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如何優(yōu)化吊籃車動(dòng)臂變幅機(jī)構(gòu) 南海區(qū)轄桂城街道,里水鎮(zhèn)、九江鎮(zhèn)、丹灶鎮(zhèn)、大瀝鎮(zhèn)、獅山鎮(zhèn)、西樵鎮(zhèn), 主要從事起重機(jī)械高空設(shè)備租賃、吊車、登高車、高空作業(yè)車、園林和高空作業(yè)機(jī)械租賃業(yè)務(wù) 佛山南海吊籃車出租, 佛山南海吊籃車, 吊籃車出租 在曲臂吊籃車起升過程中,動(dòng)臂液壓缸主要為起升作用,且操作比較頻繁,故其性能直接影響整車起吊性能。在ADAMS中,根據(jù)曲臂式吊籃車各零部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,在其連接處建立符合實(shí)際情況的運(yùn)動(dòng)副。根據(jù)曲臂式吊籃車在不同幅度下的額定起重載荷,在吊臂末端施加相應(yīng)的載荷。由于曲臂式吊籃車的動(dòng)力來源于動(dòng)臂液壓缸或吊臂液壓缸,故在動(dòng)臂液壓缸或吊臂液壓缸滑移運(yùn)動(dòng)副上施加控制函數(shù)。為使曲臂吊籃車在收縮狀態(tài)下運(yùn)輸時(shí)符合國家標(biāo)準(zhǔn),寬度限定為2.5m,保證車體不超寬。所以,增加收縮到運(yùn)輸狀態(tài)的過程更加貼近曲臂吊籃車的真實(shí)工況。本文將曲臂吊籃車的工作過程從6節(jié)臂全部展開狀態(tài)回縮到蜷縮狀態(tài),再將其一一展開,吊臂從最高位置下放到接近地面再返回到最高位置為一個(gè)工況過程,直到6節(jié)臂全部動(dòng)作完為一個(gè)工作循環(huán)。運(yùn)動(dòng)過程,運(yùn)動(dòng)軌跡依序?yàn)閍~q,為全工況下的一個(gè)循環(huán)過程,其中d→e→d為一個(gè)工況過程,以此類推。為保證吊臂起重性能,在吊臂起升到最高位置時(shí),吊臂與地面的仰角為75°。當(dāng)動(dòng)臂繞動(dòng)臂與轉(zhuǎn)臺(tái)鉸點(diǎn)C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)超過限定時(shí),仿真運(yùn)動(dòng)方向反向繼續(xù)。在吊臂變幅到最低位置時(shí),吊臂角度不再變小。當(dāng)?shù)蹉^到達(dá)模擬地面高度時(shí),仿真運(yùn)動(dòng)方向反向繼續(xù)。
對(duì)曲臂吊籃車整個(gè)工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱,存在偏載,故各連桿受力變化曲線不一樣。經(jīng)仿真可測(cè)得在全工況下各構(gòu)件的受力變化情況,圖3為一變機(jī)構(gòu)各桿件受力變化曲線, 二変機(jī)構(gòu)各桿件受力變化曲線。 二變機(jī)構(gòu)各桿件受力變化曲線構(gòu)各構(gòu)件受力在各工況下基本保持不變,而二変機(jī)構(gòu)各構(gòu)件受力則從工況1到工況7逐漸增大,即伸臂伸越長與桿件受力成正比。一變機(jī)構(gòu)中連桿2、連桿4、轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)臂鉸點(diǎn)F在伸臂處于水平位置時(shí)受力最大,連桿1和連桿3則在吊臂起吊瞬間受力最大;二変機(jī)構(gòu)中連桿5、連桿7和動(dòng)臂吊臂鉸點(diǎn)G在伸臂處于水平位置時(shí)受力最大,連桿6和連桿8則在吊臂從蜷縮狀態(tài)到展開過程中受力最大。機(jī)構(gòu)仿真過程中,2液壓缸的受力變化曲線。 動(dòng)臂液壓缸的最大受力值為1300kN,發(fā)生在工況2吊臂處于水平位置;吊臂液壓缸的最大受力值為1450kN,發(fā)生在工況7吊臂處于水平位置。為改善液壓缸壓力,提高吊籃車工作性能,對(duì)一變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 根據(jù)曲臂式吊籃車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),吊籃車在作業(yè)過程中動(dòng)臂液壓缸在起吊作業(yè)過程中為主要起升作用,用于變幅起吊,受力較大且操作比較頻繁,故動(dòng)臂液壓缸是影響吊籃車舉升能力的主要因素。因此,優(yōu)化目的是減小動(dòng)臂液壓缸的壓力,以動(dòng)臂液壓缸在舉升過程中的最大受力值最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),則目標(biāo)函數(shù)為F(X)=Min(MaxofF動(dòng)臂)。
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對(duì)一變幅連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),將一變幅機(jī)構(gòu)的A、B、C、D、E等5個(gè)鉸點(diǎn)的空間位置定義為優(yōu)化變量,建優(yōu)化模型。利用ADAMS的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能將關(guān)鍵鉸點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)作為設(shè)計(jì)變量,共設(shè)置了10個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。2.3約束條件的確定對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化時(shí),需要考慮多方面的約束,針對(duì)曲臂變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況增加優(yōu)化約束條件:曲臂變幅機(jī)構(gòu)的總體尺寸和整體布局,對(duì)設(shè)計(jì)變量上下限進(jìn)行了設(shè)定,為±50mm;且在蜷縮狀態(tài)時(shí),總體寬度L≤2500mm。 由于設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度不同,同時(shí)考慮10個(gè)設(shè)計(jì)變量,勢(shì)必造成迭代次數(shù)增加,為提高計(jì)算效率,在優(yōu)化設(shè)計(jì)之前,對(duì)一變幅連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行靈敏度設(shè)計(jì)研究。由于不同設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度不同,通過設(shè)計(jì)研究對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化分析,可得到設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)參數(shù)化優(yōu)化目標(biāo)的敏感度等信息。 設(shè)計(jì)研究得到的對(duì)動(dòng)臂液壓缸最大驅(qū)動(dòng)力敏感度最高的4個(gè)變量作為最終設(shè)計(jì)變量,對(duì)一變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化目標(biāo)是動(dòng)臂液壓缸受力最大值最小,優(yōu)化方法選擇二次規(guī)劃法。為優(yōu)化前后各鉸點(diǎn)坐標(biāo)的變化情況,在全工況下優(yōu)化前后的動(dòng)臂液壓缸受力變化曲線,動(dòng)臂液壓缸優(yōu)化前后的受力最大值的變化曲線。PARAM_5、PARAM_6為轉(zhuǎn)臺(tái) 動(dòng)臂液壓缸優(yōu)化前后受力最大值變化和動(dòng)臂鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù),優(yōu)化分析中通過多次仿真試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),此鉸點(diǎn)的位置對(duì)動(dòng)臂液壓缸力的影響較大。因此,在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意轉(zhuǎn)臺(tái)和動(dòng)臂根部鉸接點(diǎn)位置的尋優(yōu),以減小機(jī)構(gòu)系統(tǒng)油路中的壓力沖擊。 優(yōu)化后液壓缸最大作用力較優(yōu)化前下降了7%。優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)在一定程度上改善了液壓缸壓力,提高了液壓系統(tǒng)的使用壽命。將優(yōu)化后的鉸點(diǎn)位置坐標(biāo)輸入到模型中重新進(jìn)行受力計(jì)算,得到一變幅機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后各構(gòu)件或鉸點(diǎn)的最大受力值對(duì)比。優(yōu)化前后一變機(jī)構(gòu)各構(gòu)件和轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)臂鉸點(diǎn)F受力均有所下降,下降幅度最小為6.6%,最大可達(dá)23%,效果明顯,驗(yàn)證了優(yōu)化的合理性,達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
通過動(dòng)力學(xué)仿真分析得到了全工況下各構(gòu)件及液壓缸的受力變化曲線,為減小動(dòng)臂液壓缸的最大受力,對(duì)動(dòng)臂變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析,優(yōu)化結(jié)果改善了液壓缸的受力,降低了一變各桿件的受力,得到了更加合理的曲臂變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的,從而驗(yàn)證了該優(yōu)化方法可行有效,為該方法在其他類似機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新思路。
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