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。

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     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。

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