如何优化基于MATLAB的登高车四连杆机构?? 端州登高车租赁
新闻分类:公司新闻 作者:admin 发布于:2018-04-184 文字:【
大】【
中】【
小】
摘要:
如何优化基于MATLAB的登高车四连杆机构?? 端州登高车租赁, 端州登高车租赁, 登高车出租 某系列登高车在实现最大作业高度时的铲斗姿态,上扬摆角为10.9°,理论设计角度一般为16°~24°,此上扬角度越大则无效作业范围就越大,且还会使最大作业力不出现在常用工作范围内。若能仅改变摇臂和连杆长度,而不更改铲斗、斗杆及液压缸的设计参数,则可在提升铲斗作业力,使上扬摆角增大至合理范围的基础上,降低设计更改的成本,并且使最大作业力出现在更合理的作业范围内。对该结构方案采用优化设计的方法,可充分考虑安装空间、铲斗有效转角、四连杆杆长条件等因素,按照具体情况的实际需要快速、准确地获得最佳结构设计参数。
1四连杆机构介绍, 登高车铲斗作业为双曲柄四连杆机构,主要由斗杆、铲斗、摇臂、连杆及铲斗液压缸组成。以铲斗旋转中心O为原点,OA方向为X轴正向,垂直OA向上为Y轴正向建立坐标系。斗杆上A、B、F点坐标位置、铲斗尺寸、液压缸推力及液压缸安装尺寸均为已确定的参数,设定摇臂AC为X1,连杆CD为X2,X1、X2即设计变量。
fmincon函数是可以解决非线性约束的问题优化函数,主要解决连续约束函数及目标函数的数学模型,该函数是根据给定的初始值来进行梯度步长收敛的,若能给定合理的初始值,即可收敛到最优解。本文针对摇臂连杆进行优化设计,原结构是合理的,可以作为优化变量的初始值来使用。
建立数学模型依托, MATLAB中求解约束非线性规划问题的fmincon函数,编制登高车铲斗作业四连杆机构的优化设计程序,以X1、X2为设计变量,根据具体事例限定它们的取值范围并对它们进行初始化赋值;以杆长取值区间、四连杆杆长条件、铲斗旋转角度等为约束条件;以铲斗有效作业力能取最大值为优化目标,在铲斗作业过程中,依托三角形、四连杆的构建以及力矩平衡建立以下数学模型。∠ACB=arccos((X12+BC2-AB2)/(2×X1×BC))∠CAB=arccos((X12+AB2-BC2)/(2×X1×AB))∠OAC=∠OAB-∠CABOC=(OA2+X12-2×OA×X1姨×cos(∠OAC))α1=arcsin(OA×sin(OAC)/OC)β1=π-∠OAC-α1α2=arccos((X22+OC2-OD2)/(2×X2×OC))β2=arccos((OD2+OC2-X22)/(2×OD×OC))∠ODC=π-α2-β2∠ACD=α1+α2∠AOD=β1+β2∠BCD=∠ACB+∠ACDF1=F×(sin∠BCD×cot∠ACD-cos∠BCD)LIBI=OC×sinα2M=F×LIBI, F2=M/884.6其中:AB、OA、OD均为斗杆及铲斗设计尺寸,为定值;BC为铲斗液压缸为逐渐实现作业过程时的各长度值,程序中以for循环实现;∠ACB、∠CAB、∠OAC、∠ODC、∠ACD、∠AOD、∠BCD为计算过程中的各个角度,为变量;α1、α2、β1、β2为图4所示的各个重要角度,为变量;F为液压缸最大推力,为定量;F1为连杆CD上的力,为变量;M为连杆CD对O点形成的力矩,为变量;铲斗斗齿尖至铲斗与斗杆铰接点距离为884.6mm,为定量;F2为作业过程中产生的有效作业力,为变量。
优化前数据, 根据以上数学模型,利用MATLAB对优化前各个设计变量进行计算,输出计算结果及其运动仿真图形。其中有效作业力曲线的横坐标为铲斗液压缸伸出长度,其范围为0~710mm。根据图4优化前的仿真结果可知,摇臂长度X1=395.0000mm,连杆长度X2=378.5000mm,铲斗作业工作范围JDFW=173.8732°,保证最大作业距离的角度∠AOD=45.7770°,最大输出作业力Fmax=66.1kN,最小输出作业力Fmin=13.85kN,作业范围内平均力Fjun=51.63kN。
端州登高车租赁, 端州登高车租赁, 登高车出租
根据原设计中摇臂、连杆长度来确定X1与X2的范围区间,根据液压登高车专业资料的介绍,确定铲斗旋转角度,铲斗最大作业力出现在有效作业范围内等,设定关于各个变量的约束函数,对实例采用如下约束:1)290mm≤X1≤650mm;2)251mm≤X2≤650mm;3)各杆长满足双曲柄四连杆机构杆长条件;4)可达到最大作业距离,铲斗、斗杆液压缸最短时放在地上斗齿尖不允许着地,铲斗液压缸最短时∠AOD≤60°;5)铲斗工作角度区间[165°,180°] ;6)斗齿尖点E位于FO连线延长线上时,作业力不低于最大作业力的70%~80%。程序中约束函数如下:1)290mm≤X1≤650mm;2)251mm≤X2≤650mm;3)maxgan=max(OA,AC,OD,CD);mingan=min(OA,AC,OD,CD);sygan=OA+AC+OD+CD-maxgan-mingan;maxgan+mingan≤sygan;4)∠AOD1≤60°;5)165°≤∠AOD2-∠AOD1≤180°;6)MFO≥max(M)。其中:maxgan为四连杆机构中的最长杆;mingan为四连杆机构中的最短杆;sygan为四连杆机构中除去最长杆与最短杆外其他两杆的长度和;∠AOD1为铲斗液压缸最短时∠AOD的角度,保证铲斗、斗杆液压缸最短时放在地上斗齿尖不允许着地;∠AOD2为铲斗液压缸最长时∠AOD的角度;MFO为斗齿尖点E位于FO连线延长线上时的有效作业力矩。以全工作范围内铲斗最大作业力max(F2)达到最大为目标函数。2.5优化后数据,摇臂长度X1=417.9000mm,连杆长度X2=438.1000mm,铲斗作业工作范围JDFW=165.0017°,保证最大作业距离的角度∠AOD=59.9940°,最大输出作业力Fmax=68.48kN,最小输出作业力Fmin=16.65kN,作业范围内平均力Fjun=53.87N·mm,铲斗产生最大作业力时相对优化前旋转的角度为(正下、负上)XZJD=8.3310°,铲斗的上扬摆角变为19.3°。 通过优化前后的有效作业力曲线图可以看出,优化后的有效作业力变化更加平缓,更有利于铲斗作业;通过优化前后的数据对比可以看出,优化后的最大、最小及平均作业力都得到了提升,已达到了初定的优化目标。
端州登高车租赁, 端州登高车租赁, 登高车出租