關於ADAMS重型自卸車舉升機構的模擬最佳化研究論文

　　引言

　　近年來,隨著經濟的發展,市場對重型自卸車的需求量大大增加,這類自卸車廣泛應用於使用條件比較惡劣的礦山工地,舉升機構是自卸車的核心機構,設計時既要考慮運動學問題,又要考慮機構的強度問題。若舉升機構設計不當,容易發生結構的早期斷裂現象。自卸車的舉升機構可分為直推式和連桿組合式兩大類。直推式設計簡單,易於計算,但油缸行程長,一般採用多級油缸,成本高。連桿組合式油缸行程短,可採用單級油缸,製造工藝簡單,機構經最佳化後可得到較小的油缸力曲線,但由於其結構複雜,設計計算比較困難。

　　傳統的設計方法是採用“作圖法” ,效率低且精度差。近來出現利用計算機編制最佳化程式進行設計的一些方法,計算精度得到了提高,但程式一般只針對一種型別的舉升機構,程式通用性差而除錯工作量大,如何保證程式的可靠性也是令人頭疼的問題。隨著CAE技術的成熟,虛擬樣機技術得到了廣泛應用,工程技術人員可以利用CAD軟體建立三維機構模型,在CAE軟體中對其施加鉸鏈及運動約束,模擬現實中的機構運動並進行模擬最佳化,得到所需的設計資料,精確度高並大大縮短開發週期,降低了成本。

　　採用世界一流的多體動力學模擬軟體—— ADAM S的虛擬樣機技術,對某汽車廠重型自卸車的浮動油缸式舉升機構進行模擬最佳化研究,目的是對原有機構進行最佳化,在給定舉升質量和滿足最大舉升角的前提下,改變機構尺寸,使油缸舉升力最小,降低油缸的製造成本。

　　1 虛擬樣機的建立

　　1. 1 建立模型

　　ADAMS軟體的建模能力不強,虛擬樣機的三維模型可利用Catia、UG等三維CAD軟體建立,再匯入ADAMS軟體中。本次設計為了簡化模型、加快設計進度,在ADAM S直接建立圖1所示的抽象模型,並不影響計算結果。

　　長方體為裝載貨物的車箱,總質量為40 t,假設在工作過程中總質量不發生變化; A 為後鉸鏈點, BD為拉桿, CE為油缸, DEF為三角板。A～ F 點均為圓柱副連線,油缸CE由兩個連桿組成,相對運動為滑動副,施加平移驅動。施加運動副時,要注意其方向正確性並不得有多餘約束,否則不能完成運動模擬。

　　要找到一個最佳位置,使油缸舉升力最小,並滿足自卸車其它方面的要求。各點的初始位置可以由原車型各點的設計位置來確定, A 點為原點。

　　1. 2 虛擬樣機的模擬

　　模型建立後進行一次模擬,油缸行程按850 mm,輸出油缸舉升力隨活塞行程的變化曲線(見圖2)。油缸舉升力最大值為( 6. 88× 105 ) N.

　　1. 3 模型的引數化

　　進行最佳化要定義設計變數,設計變數的值是可以改變的。以B～ F 點的x、y 座標作為設計變數,當各點的`座標變化時,杆件和結構尺寸也發生相應的改變,系統自動修改模型,不需要人工干預,提高了最佳化效率。

　　定義設計變數的值時要注意它們的取值範圍,這個取值範圍取決於車箱底架及副車架的結構佈置,並不與舉升機構產生干涉。將定義好的設計變數代入各點座標中,即完成了虛擬樣機的引數化過程。

　　1. 4 建立約束條件

　　為了使自卸車能將貨物卸乾淨,舉升角應大於貨物的安息角。該型自卸車主要用於運載煤炭,煤炭的安息角為27°～ 45°,設計時最大舉升角取50°,在最佳化過程中需要滿足這一約束條件。定義約束條件時首先定義一個“測量” (取名ME A_ AN GL E )以獲得模擬過程中的舉升角.

　　2 最佳化計算

　　前述工作完成後便可進行最佳化分析。在滿足約束條件的前提下,最佳化程式在設計變數的取值範圍內自動對其進行調整,最終得到使油缸力最小的設計變數值。軟體ADAMS /View 提供了一個友好的使用者介面,可以輸出各種力、位移、速度、加速度等曲線,便於使用者直觀瞭解在最佳化過程中約束條件、目標函式等“測量”的變化情況。

　　本次最佳化涉及十個設計變數,要在一次計算中同時對這麼多的設計變數進行最佳化,往往由於計算過程中各設計變數的取值產生矛盾,而使計算失敗。因此,對於這種設計變數較多的情況,應先對部分設計變數進行最佳化,得到一個最佳化結果,再對其它設計變數進行最佳化。

　　為了確定第一次最佳化的設計變數,需要對每一個設計變數進行分析,研究其敏感度,即對目標函式的影響程度,選擇最高的變數作為第一次最佳化的設計變數

　　3 結束語

　　本次最佳化的結果,確定了關鍵點的座標,也就確定了機構的最佳尺寸。ADAMS模擬的另一個應用是求出支點( A、B、C、F 點)的反力,為車架和車箱的結構計算提供載荷條件。而舉升機構的進一步有限元計算也可以在ADAMS中進行,這時要建立機構的實體模型,透過CAE軟體(如Nastran、AN SYS等)轉換為中性檔案,再匯入ADAMS中計算。