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        高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

        2020-11-06 00:04:42關(guān)彩明
        中國電氣工程學(xué)報 2020年10期
        關(guān)鍵詞:臂架高空作業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        關(guān)彩明

        摘要:伸縮臂是汽車工作裝置的主要組成部分,它直接影響到汽車的作業(yè)性能。以臂架重量的最小化作為調(diào)整的最優(yōu)目標(biāo),以強(qiáng)度和剛度等相關(guān)條件作為約束條件,創(chuàng)建出調(diào)整后的數(shù)學(xué)模型,從而得出最理想的截面類型。研究調(diào)查顯示,經(jīng)調(diào)整后的臂架最大應(yīng)力、以及質(zhì)量等參數(shù)均有所降低,在增強(qiáng)臂架綜合性能指標(biāo)的水平之上,完成了減輕自重的初步目標(biāo),期望能對作業(yè)車的臂架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作帶來些許參考價值。

        關(guān)鍵詞:高空作業(yè);結(jié)構(gòu)優(yōu)化;臂架

        臂架的綜合性能將極大地影響到汽車的作業(yè)效率。伸縮臂的質(zhì)量在整個作業(yè)車的質(zhì)量中占有很大的比例。若目前吊臂存在重量過大的現(xiàn)象,則會進(jìn)一步地影響工作效率的問題。所以,在保證工作強(qiáng)度以及工作剛度的基礎(chǔ)之下,要不斷地對臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化,用以提高臂架的自身性能。并創(chuàng)建臂架的具體化數(shù)學(xué)模型,通過部分軟件實現(xiàn)對臂架截面的尺寸等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。

        一、高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)截面形式

        對高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的截面形式的優(yōu)化與調(diào)整是截面優(yōu)化的關(guān)鍵步驟,其可以在增強(qiáng)高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的綜合能力的基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步地減小其臂架自身的質(zhì)量,最大程度上地節(jié)省所用原材料,降低作業(yè)成本。高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)如圖1所示,由圖可得,高空作業(yè)車的臂架橫截面的主要形式為矩形,其中,m、n分別為上、下蓋板的厚度大小,L為作業(yè)車臂架的上下蓋板寬度的大小,t為蓋板的厚度大小,H則為蓋板的高度大小,此五類信息為高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)。

        二、高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的有限元類分析

        優(yōu)化前,必須對臂架進(jìn)行有限元分析。在DM模塊中創(chuàng)建了臂架結(jié)構(gòu)的具體化數(shù)學(xué)模型[1]。起重機(jī)的最大的工作載荷施加在臂座的上端面之中。其方向是Y軸的負(fù)方向。在臂架側(cè)面施加120帕的風(fēng)荷載,在臂架上施加等效重量的筒體、管道等部件。u,ur的平移自由度。U2和旋轉(zhuǎn)的兩個方向。轉(zhuǎn)子被約束在氣缸和基本臂的鉸鏈連接處,并釋放其繞Z軸的轉(zhuǎn)動方向的自由度。并且在其他關(guān)節(jié)處增添相同的約束條件,通過靜力分析得到相對應(yīng)的應(yīng)力云圖以及應(yīng)變云圖。

        三、高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化

        (一)敏感度響應(yīng)分析

        在實際中完成實驗設(shè)計法時會顯示二十七個調(diào)整后的樣本,其調(diào)整的主要程序包括:開始→建立模型→靜力分析→實驗點設(shè)計→敏感度分析→最優(yōu)化設(shè)計→是否達(dá)到研究目的→是→結(jié)論。若選用以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的分析系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化,則可以獲得相對應(yīng)的響應(yīng)曲面。經(jīng)研究可知,對吊臂的最大應(yīng)力產(chǎn)生影響最大的是腹板的高度以及蓋板的寬度。對吊臂的重量參數(shù)產(chǎn)生影響最大的是蓋板的寬度,對吊臂的最大形變產(chǎn)生影響最大的是腹板的高度。

        (二)以遺傳算法為基礎(chǔ)的多方位調(diào)整方法分析

        采用以遺傳算法為基礎(chǔ)的多方位調(diào)整方法進(jìn)行實際的調(diào)整工作。以遺傳算法為基礎(chǔ)的多方位調(diào)整方法是在概率統(tǒng)計算法基礎(chǔ)之上的一種搜索方法,其對于離散變量的調(diào)整與計算具有較高的適用度[2]。在此基礎(chǔ)上,選擇多目標(biāo)的遺傳算法進(jìn)行實際的調(diào)整,則會獲得若干組待選點。在針對各個待選點進(jìn)行實際比較之后,選擇最優(yōu)化的目標(biāo),將設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入至其中,并更新算法結(jié)果。則可得出其在進(jìn)行調(diào)整前后的質(zhì)量、等效應(yīng)力的具體優(yōu)化程度。由研究調(diào)查得,吊臂最大的效力為六十三兆帕,其在原有的基礎(chǔ)上減小了十一兆帕,具體優(yōu)化的比例為百分之十五。最大變形量為十五毫米,其在原有的基礎(chǔ)上減小了零點五毫米,具體優(yōu)化的比例為百分之三。吊臂最大重量為為五百一十千克,其在原有的基礎(chǔ)上減小了五十千克,具體優(yōu)化的比例為百分之九。

        四、功能實現(xiàn)

        (一)工作平臺的自動調(diào)整

        根據(jù)作業(yè)平臺的內(nèi)置角度的傳感器來調(diào)平工作平臺,作業(yè)平臺的傾斜角度是實時進(jìn)行測量的,然后將其輸入到調(diào)頻控制器當(dāng)中。接下來再依據(jù)傾斜角度來控制調(diào)平控制器的調(diào)平比例閥動作,使得平臺恢復(fù)到正常的水平狀態(tài),然后采用閉環(huán)控制來進(jìn)行調(diào)平[3]。

        為了能夠使得作業(yè)平臺的安全性得到保障,調(diào)平控制裝置的安全性措施有以下幾個方面。

        (1)調(diào)頻控制器有自己的規(guī)定時間,嗯,比如說每隔20ms就會通過CAN通訊,給主控制器傳達(dá)狀態(tài)信息,在規(guī)定的時間之內(nèi),如果主控制器沒有接受調(diào)頻控制器的狀態(tài)信息,那么主控制器將會把所有的動作自動斷開,蜂鳴器發(fā)出聲音,報警燈閃爍,一直到恢復(fù)到正常狀態(tài)。

        (2)主控制器也會有自己的規(guī)定時間,比如說在每隔20ms就會得到傾斜的角度的數(shù)據(jù),這個數(shù)據(jù)是由調(diào)頻控制器測量到的。一旦傾斜的角度小于-10度或者是大于+10度時,那么主控制器將會把所有的動作都斷開,蜂鳴器會發(fā)出聲響,報警燈也會閃爍,一直到恢復(fù)到正常狀態(tài)[4]。

        (3)調(diào)平比例閥也有自己的機(jī)械操作手柄,在出現(xiàn)危急情況時,可以用手動來調(diào)平操作。

        (二)安全保護(hù)

        1)動作互鎖

        支腿沒有得到支撐前,臂會處于一個鎖定的狀態(tài),支腿得到支撐之后,自動會把臂的鎖定解除,如果臂一旦遠(yuǎn)離臂的支架,那么支腿就會自己處在一個鎖定的情形,然后就不能在進(jìn)行操作了,在完成工作之后,臂支架的臂就會自動回縮,然后支腿的鎖定也會自己解除掉,接下來在完成支腿的操作。在特殊的情況下,會設(shè)置一個解鎖的開關(guān)[5]。

        2)防傾倒保護(hù)

        因為車輛其自身的工作區(qū)域較大,其在進(jìn)行實際操作之前必須要完成對安全作業(yè)范圍的劃定工作,并且精確地求出具體范圍,從而避免在車輛在進(jìn)行實際作業(yè)過程中出現(xiàn)傾倒的問題??梢岳肞LC技術(shù)進(jìn)行程序控制,當(dāng)技術(shù)工作人員進(jìn)行有可能發(fā)生傾倒的操作時,對此動作進(jìn)行拒絕響應(yīng),并且及時提醒操作人員此安全隱患問題,在操作人員完成降低安全隱患系數(shù)的操作時,完成響應(yīng)操作,此時,可以確保傾倒問題盡可能小幾率的發(fā)生,從而進(jìn)一步地避免操作人員發(fā)生誤觸等操作失誤的問題。

        結(jié)語:本篇文章是根據(jù)復(fù)雜混合臂架結(jié)構(gòu)高空作業(yè)車的一些特點,比如說:處理量很大、數(shù)據(jù)信息采集很多以及邏輯關(guān)系很復(fù)雜的特點。根據(jù)這種提出了一種控制系統(tǒng)的設(shè)計形式,這種形式是以CAN-BUS控制總線以及智能控制系統(tǒng)為基本,讓作業(yè)平臺的動作更加的靈敏、平穩(wěn),讓作業(yè)平臺的運(yùn)動軌跡以及工作狀態(tài)都實現(xiàn)了智能化的控制,使得作業(yè)效率有了更明顯的提高,并且還保障了作業(yè)的可靠性以及安全性,給和他相似的車輛,特別是給復(fù)雜結(jié)構(gòu)高空作業(yè)車的開發(fā)提供了很好的借鑒。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉志,紀(jì)愛敏,張磊,王豪,趙仲航.剪叉式高空作業(yè)平臺上車液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[J].機(jī)電工程,2020,37(06):600-606.

        [2]董洪月,張澤華,閆曉玲.履帶式高空作業(yè)車行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計[J].液壓氣動與密封,2020,40(04):5-7.

        [3]李前進(jìn),張勝利,王志勇,姜文光.高空作業(yè)車臂架輕量化設(shè)計與改進(jìn)[J].建筑機(jī)械化,2019,40(03):21-23.

        [4]夏林焱. 高空作業(yè)車臂架優(yōu)化設(shè)計及多體動力學(xué)分析[D].中南林業(yè)科技大學(xué),2018.

        [5]李向良. 折疊式高空作業(yè)車臂架結(jié)構(gòu)仿真分析與優(yōu)化設(shè)計[D].河北工程大學(xué),2018.

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