隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康和高速的發(fā)展，對(duì)于裝載機(jī)的需求量越來(lái)越大。然而，市面上現(xiàn)有裝載機(jī)大多數(shù)裝載量較大，對(duì)于只需要較小裝載量的場(chǎng)合，這些裝載機(jī)多余的容量就浪費(fèi)掉了。為了填補(bǔ)行業(yè)空缺、滿足市場(chǎng)需求，本文將目光集中在小型輪式裝載機(jī)上，通過(guò)以某型號(hào)3噸裝載機(jī)的工作裝置為基礎(chǔ)，對(duì)工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和重新設(shè)計(jì)，開發(fā)一款新型工作裝置。

1 輪式裝載機(jī)簡(jiǎn)介

輪式裝載機(jī)作為一種主要的工程機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，與履帶式的相比它具有機(jī)動(dòng)性能好、不破壞路面、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，所以輪式裝載機(jī)得到廣泛的應(yīng)用

，其性能優(yōu)劣直接影響工作效率和使用壽命。輪式裝載機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)功能和卸載功能，應(yīng)用廣泛，已成為工程機(jī)械的主力機(jī)種，它是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國(guó)防等工程和城市建設(shè)等場(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械，其主要功能是對(duì)松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)

。

采用隨機(jī)、安慰劑對(duì)照的平行試驗(yàn)，對(duì)116例健康受試者進(jìn)行心臟電生理QTc間期延長(zhǎng)的研究，氯喹（1 000 mg）單用或與口服阿奇霉素（500 mg、1 000 mg、1 500 mg，每日1次）合用。與阿奇霉素合用可延長(zhǎng)QTc間期，且呈劑量和濃度相關(guān)性。與單用純氯喹相比，與500 mg、1 000 mg和1 500 mg阿奇霉素合用的QTcF的最大均值（95%置信上限）增加，分別為5（10）ms、7（12）ms和9（14）ms。

電機(jī)本體若無(wú)磁極檢測(cè)單元便成為同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)當(dāng)負(fù)載稍有改變時(shí)必定發(fā)生失步即瞬態(tài)擺振，此刻功角實(shí)質(zhì)上處于無(wú)羈狀態(tài)。電機(jī)本體必備磁極檢測(cè)單元，它能使他控逆變器轉(zhuǎn)為自控逆變器，無(wú)論負(fù)載是否變動(dòng)，定子磁鏈?zhǔn)噶康钠骄D(zhuǎn)速始終跟隨轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康霓D(zhuǎn)速保持一致。對(duì)電機(jī)本體采取直接轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線間的交角δsr便處于有控制地可行調(diào)節(jié)的受控狀態(tài)。故除了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只有對(duì)電機(jī)本體采取直接轉(zhuǎn)矩控制才能調(diào)控電磁轉(zhuǎn)矩。

2 輪式裝載機(jī)工作裝置

工作裝置是裝載機(jī)鏟裝物料的機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能對(duì)整機(jī)尺寸、性能參數(shù)和能量消耗、生產(chǎn)效率有著顯著影響。裝載機(jī)工作裝置由運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立的兩部分組成：連桿機(jī)構(gòu)和動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)，具體包括鏟斗、拉桿、搖臂、動(dòng)臂、前車架、鏟斗油缸、動(dòng)臂油缸、液壓系統(tǒng)等。整個(gè)工作裝置鉸接在車架上；鏟斗通過(guò)連桿和搖臂與轉(zhuǎn)斗油缸鉸接，用來(lái)裝卸物料；動(dòng)臂與車架、動(dòng)臂油缸鉸接，用來(lái)升降鏟斗；而鏟斗的翻轉(zhuǎn)和動(dòng)臂的升降均采用液壓系統(tǒng)來(lái)操縱。

1．1．1 調(diào)查組 2008年3－12月就診于佳木斯大學(xué)附屬第三醫(yī)院的腦癱確診兒童的父母，剔除資料不全者，實(shí)際調(diào)查人數(shù)128名，年齡（30．93±4．06）歲，父親44名，母親84名。兒童年齡（2．69±1．77）歲，男73名，女55名，男女比例1．33∶1。

國(guó)學(xué)大師饒宗頤說(shuō)：“漢字是中華民族的肌理骨干，可以說(shuō)是整個(gè)漢文化構(gòu)成的因子”。某種程度上，如果“具”字少一橫，那么文化因子就丟掉一點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)討論已經(jīng)過(guò)去，但漢字的使用危機(jī)仍未解除。期盼相關(guān)部門出臺(tái)一些系統(tǒng)性的保護(hù)措施，每個(gè)人也能有意識(shí)地從鼠標(biāo)鍵盤中“透?jìng)€(gè)氣”，在那些豎折彎鉤中，激活中華文化的生命力。

本文研究的輪式裝載機(jī)具有指定的卸載高度和卸載距離，在鏟斗幾何形狀不變、鏟斗油缸和動(dòng)臂油缸不變的前提下，通過(guò)正向試湊法和機(jī)構(gòu)反算法來(lái)大致確認(rèn)各鉸點(diǎn)的位置，再通過(guò)ADAMS軟件的模型仿真功能來(lái)進(jìn)一步調(diào)整各鉸點(diǎn)的坐標(biāo)，直到得到一個(gè)滿足要求的模型，再做進(jìn)一步的優(yōu)化。

3 工作裝置設(shè)計(jì)要求和思路

3.1 設(shè)計(jì)要求

裝載機(jī)要求合理選取鏟斗的結(jié)構(gòu)和尺寸以減小工作阻力，達(dá)到裝滿、卸盡的目標(biāo)，確保運(yùn)輸平穩(wěn)；舉升過(guò)程中，鏟斗傾角的最大變化量控制在10°范圍內(nèi)，保證工作裝置的平移性，防止物料溢出；保證必要的卸料角、卸載高度和卸載距離，其中卸料角應(yīng)大于45°；裝載機(jī)工作裝置的拉桿機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生足夠大的插入力和掘起力，盡量低功耗，零部件受力狀態(tài)良好；鏟斗有良好的自動(dòng)放平性；避免機(jī)構(gòu)間出現(xiàn)相互干涉、自鎖、死點(diǎn)等現(xiàn)象；盡量減小工作裝置的前懸、長(zhǎng)度和高度，以保證裝載機(jī)的穩(wěn)定性。

3.2 設(shè)計(jì)思路

采用反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在轉(zhuǎn)斗油缸大腔進(jìn)油時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)斗，可以獲得比較大的鏟取力；當(dāng)桿件設(shè)計(jì)合理時(shí)可以得到良好的平移性和自動(dòng)放平性；結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單緊湊，操縱者具有良好的視野。缺點(diǎn)是如果設(shè)計(jì)不合理各桿件間容易發(fā)生干涉，影響工作裝置的正常工作。

4 工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 分析模型

將裝載機(jī)各部分簡(jiǎn)化成以下模型，如下圖3所示。其中：A、B、C、D、E、F、G、H和I為鉸點(diǎn)

；∠ABC、∠BCD和∠FED為傳動(dòng)角;H1是最小卸載距離，H2是最大卸載高度；DE是動(dòng)臂長(zhǎng)度。

本文研究的裝載機(jī)采用反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)，如圖1所示，該機(jī)構(gòu)具有良好的綜合性能，在國(guó)內(nèi)外裝載機(jī)領(lǐng)域均被廣泛使用。裝載機(jī)所屬的反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)具有幾個(gè)工況：地面插入工況、收斗工況、舉升工況、運(yùn)輸工況、卸料工況和放平工況，本文主要考慮四種典型狀態(tài)：鏟崛工況、運(yùn)輸工況、最高位置工況和高位卸載工況，如圖2所示

。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

綜合考慮各因素影響后，制定了下述優(yōu)化方案：

這天，杏子娘來(lái)看女兒了。上次回家，杏子就把自己的丑事跟娘和盤托出了。杏子見(jiàn)了娘，眼淚嘩嘩地流，躲房里跟娘說(shuō)，這孩子不打下來(lái)，我就只有死路一條了。娘說(shuō)，我聽(tīng)人說(shuō)，吃半生不熟的綠豆可以打胎，你不妨試試看。杏子就照著煮了綠豆，拼著命吃了大半碗，幾天過(guò)去了，還是不見(jiàn)效。

(1)目標(biāo)函數(shù)：將平移性作為優(yōu)化目標(biāo)。平移性是指鏟斗油缸封閉后，動(dòng)臂在舉升過(guò)程中，連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能使鏟斗在收斗位置保持平移的能力，一般通過(guò)將動(dòng)臂舉升過(guò)程中最大收斗角和最小收斗角的差來(lái)體現(xiàn)

，即F=U

U

，其中U

、U

分別對(duì)應(yīng)收斗角的最大值和最小值。

(3)約束條件：包括邊界約束、性能約束(平移性約束、傳動(dòng)角約束、卸料角約束、拉桿長(zhǎng)度約束、動(dòng)臂油缸長(zhǎng)度初始約束和鏟斗油缸長(zhǎng)度初始約束)

。

(2)設(shè)計(jì)變量：考慮到機(jī)架、鏟斗、動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸、搖臂等的結(jié)構(gòu)尺寸都被要求不變，精簡(jiǎn)為以下幾個(gè)設(shè)計(jì)變量X

、X

、Y

、X

、Y

、V

、α，分別是鉸點(diǎn)A的橫坐標(biāo)，D、I的橫縱坐標(biāo)，α是DE與Y軸的夾角。其余變量可通過(guò)上述設(shè)計(jì)變量來(lái)表示。

4.3 ADAMS軟件介紹

上述表格是測(cè)量曲線的一些特殊值，結(jié)合曲線可以得到以下結(jié)論：

(2)在動(dòng)臂舉升過(guò)程中，傳動(dòng)角1最小值為9.8859°，超出了限定范圍，這不滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

在ADAMS軟件里對(duì)簡(jiǎn)化后的裝載機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并測(cè)量仿真曲線。仿真主要包含四個(gè)階段：(1)鏟斗收斗動(dòng)作：動(dòng)臂油缸閉鎖，鏟斗油缸伸長(zhǎng)；(2)鏟斗舉至最高位置：閉鎖轉(zhuǎn)斗油缸，伸長(zhǎng)動(dòng)臂油缸；(3)鏟斗卸料動(dòng)作：動(dòng)臂油缸閉鎖，鏟斗油缸縮短；(4)鏟斗油缸閉鎖，動(dòng)臂油缸縮回至初始長(zhǎng)度，整個(gè)工作裝置回到初始位置。完成上述動(dòng)作后，即完成了整個(gè)工作循環(huán)。

ADAMS是機(jī)械體統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，是由美國(guó)MDI公司開發(fā)的一款虛擬樣機(jī)軟件。在ADAMS軟件中，可以完成對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的幾何建模、結(jié)構(gòu)分析，以及求解各種運(yùn)動(dòng)量(包括位移、速度和加速度)。軟件通過(guò)建立虛擬樣機(jī)幾何模型、添加約束和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真；再對(duì)機(jī)構(gòu)施加載荷，可以完成動(dòng)力學(xué)仿真。在仿真完成后，可以輸出結(jié)果曲線，并對(duì)其做處理。通過(guò)ADAMS軟件，可實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)的參數(shù)化建模及設(shè)計(jì)，并對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行參數(shù)化分析。這樣提高了樣機(jī)的性能，還能掌握結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)性能

。

(1)在仿真過(guò)程中，工作裝置能夠順利完成一個(gè)工作循環(huán)，未發(fā)生卡死或干涉現(xiàn)象。

在ADAMS軟件中對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，建立模型并進(jìn)行仿真；然后，在約束的條件下對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足最初的設(shè)計(jì)要求

。

“唰”，田志芳跳下馬，這把向陽(yáng)花和士兵都嚇一跳，士兵趕緊來(lái)扶田志芳，怕她跌倒挨處分，田志芳反倒一把抓住士兵的手，“我們結(jié)婚吧。”

(3)鏟斗卸料角為39.6803°，小于設(shè)計(jì)的上述表格是測(cè)量曲線的一些特殊值。

參加本次調(diào)查的藏族大學(xué)生均來(lái)自中國(guó)海洋大學(xué)，共計(jì)63名，其中有效問(wèn)卷62份，分別由20名男生和42名女生組成，他們的年齡在20至24周歲。

(4)在運(yùn)輸位置時(shí)，鏟斗轉(zhuǎn)過(guò)角為51.7982°，超過(guò)設(shè)計(jì)所需的47°；觀察圖形，可計(jì)算出裝置的平移性為13.5342°，滿足要求，但是平移性能一般。

(5)最小收斗角的位置與下限收斗位置相重合；最大收斗角的位置不與上限收斗位置重合，并且位于動(dòng)臂水平位置和上限收斗位置之間。收斗角增大的速度隨著舉升高度的增加逐漸變緩。

基于上述問(wèn)題，我們需要利用ADAMS軟件進(jìn)行仿真優(yōu)化，通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)變量的取值范圍，實(shí)現(xiàn)模型的優(yōu)化。仿真分析的過(guò)程是通過(guò)ADAMS/Solver求解程序?qū)崿F(xiàn)的，結(jié)束之后，程序自動(dòng)回到之前ADAMS/View界面。優(yōu)化時(shí)，先設(shè)置好時(shí)間和步數(shù)，再選擇算法，經(jīng)過(guò)幾輪計(jì)算，得到優(yōu)化結(jié)果

。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，模型克服了初始模型的一些性能缺陷，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在舉升工況中，優(yōu)化后的模型較參考模型舉升的平移性更好，這樣物料在舉升過(guò)程中溢出的更少，性能明顯改善。鏟斗的自動(dòng)放平性也有了明顯優(yōu)化，之前鏟斗的傾角大于15°，優(yōu)化后模型不足5°。這樣得到了一組滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化解，基于該解得到新的工作裝置，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目的。

5 結(jié)論

本文以某型號(hào)輪式裝載機(jī)為研究對(duì)象，在ADAMS軟件里建立了裝載機(jī)工作裝置的參數(shù)模型，并對(duì)其進(jìn)行了模型仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了滿足設(shè)計(jì)要求的一組優(yōu)化值，證明了通過(guò)ADAMS軟件對(duì)裝載機(jī)工作裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的方案是可行有效的，通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)變量的取值還可以得到其他優(yōu)化值。借助計(jì)算機(jī)仿真軟件來(lái)解決實(shí)際工程中遇到的問(wèn)題，可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、提高效率，對(duì)其他型號(hào)的裝載機(jī)優(yōu)化有著一定的借鑒意義。

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