ADAMS在变幅机构铰点位置优化中的应用_徐怀玉

DV_6
REAL
-470
最小值 1850 10 -15 -5 453 -450
mm 最大值 1935
35 35 5 513 490
表 2 各设计变量的敏感度
设计变量
初始值
初始值处敏感度
DV_1
1891
2.4959
DV_2
27
-5.9307
DV_3
0
23.861
DV_4
0
-195
DV_5
483
-77.253
Application of ADAMS to optimize hinge
SRLQWORFDWLRQRIOXI¿QJPHFKDQLVP
During the design period of a type truck-mounted concrete boom pumps, the YLUWXDOSURWRW\SHPRGHORIWKHOXIÀQJGULYH mechanism is built by dynamical simulation software ADAMS. The simulation of the OXIÀQJGULYHZRUNLQJVLWXDWLRQLVFRQGXFWHG WRJHWWKHOXIÀQJF\OLQGHUIRUFHWLPHFXUYH Based on that, with the aim of the least of the load change, the position of three pinconnected joints of three pin-connected MRLQWV RI WKH OXIÀQJ GULYH PHFKDQLVP LV optimiaed. The result indicates that the optimized results improve the luffing cylinder situation, reduce the hydraulic VKRFNFRQGXFWHGE\OXIÀQJF\OLQGHU
在铰点 B 处建立传感器，利用传感器控制一节 臂与水平的夹角≥ 90°时终止仿真，模拟一节臂从水 平转动到垂直位置的工作过程。测量变幅油缸受力， 获得变幅油缸受力随角度的变化曲线如图 3 所示。
经过与解析法获得的油缸受力变化曲线对比， 两 者 极 为 接 近。 说 明 建 立 的 ADAMS 虚 拟 样 机 模 型及其仿真步骤是准确的，能够反映初始模型的 受力状态。
图 4 目标函数的迭代过程
由系统提供的优化结果可从信息窗口获得，如 表 3 所示。
82
图 5 目标函数优化结果
表 3 设计变量前后对比
设计变量
初始值
DV_4
0
DV_5
483
DV_6
-470
mm 优化后 2.373 485.23 -471.36
将优化后的坐标值输入到初始模型中获得优化 后模型，再次对其进行工作状态仿真，获得变幅 油缸的受力曲线。经过对比可以看出，优化后油 缸的受力曲线变化平缓，最大值降低，受力变化 程度减小，明显改善了油缸的受力状况，见图 6。
[ 收稿日期 ]2010-12-17 [ 通讯地址 ] 王磊磊，徐州市经济开发区桃山路 19 号
2011.03（上） 81
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设计计算 DESIGN & CALCULATION
图 2 虚拟样机模型
图 3 油缸受力曲线
2 铰点位置优化分析
2.1 确立优化目标函数 变幅过程中，变幅油缸中的压力取决于活塞
杆承受的载荷。活塞杆受力最大值与最小值之差越 小，液压系统受力变化就越小，液压冲击就越小。 而变幅过程中变幅油缸活塞杆受力状况与变幅三铰 点（A、B、）位置密切相关。
ADAMS 在变幅机构铰点位置优化中的应用
徐怀玉，郑永生，王磊磊 （徐工机械建设机械分公司，江苏 徐州 221004）
[ 摘要 ] 以某型号混凝土泵车为研究对象，利用动力学仿真软件 ADAMS 建立其一节臂变幅机构的 虚拟样机，对变幅机构的工作过程进行仿真，获得变幅油缸力随时间变化的曲线。以变幅过程中油缸力 变化最小作为优化目标，对变幅机构的三铰点位置进行优化。结果表明，优化后的铰点位置改善了变幅 油缸的受力状况，减少了变幅对液压系统的冲击，该方法可为类似机构的优化设计提供参考。
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MANUFACTURING PROCESS
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Research of thermal error compensation technology of slewing
以某型号混凝土泵车方案设计阶段的初始模 型 为 研 究 对 象， 利 用 ADAMS 对 其 一 节 臂 的 变 幅 机构进行仿真分析，进而对其铰点位置进行优化 改进，最后根据优化结果改进初始模型的铰点位 置，获得了更加合理的变幅机构模型。
立的虚拟样机模型如图 2 所示。
1 建立虚拟样机模型
图 1 变幅机构示意图
DV_6
-470
106.06
从 表 2 可 以 看 出，DV_4、 DV_5、 DV_6 的 敏 感度最大，即对目标函数的影响最大，因此选择 DV_4、DV_5、DV_6 为最终优化的设计变量。 2.4 优化过程
优化设计时以 DV_4、DV_5、DV_6 作为设计变 量，取目标函数的最小值作为优化目标，然后进行 优化分析。系统完成对机构的优化后，通过曲线窗 口，可以直观地看到目标函数在优化过程中的变化 情况。如图 4 所示。目标函数迭代的数据则通过系 统提供的优化结果信息窗口获得，见图 5。
通常衡量变幅机构的工作性能多采用多目标 函数。本文在优化过程中虽考虑了油缸受力大小 与液压冲击的因素，但仍局限于单目标优化，不 能全面优化变幅机构的工作性能——如同等工况 下所需驱动力最小、结构最紧凑等。今后可以考 虑采用加权法，以加权系数建立综合性能的目标 函数，使得优化过程更贴近实际，获得最优化的 变幅机构。
[ 参考文献 ]
[1] 郑建荣 .ADAMS 虚拟样机技术入门与提高 [M]. 北京 ： 机械工业出版社，2002.
[2] 李柳，程志红 . 装载机工作装置参数化建模优化分析 [J]. 煤矿机械，2006,(27).
[3] 杨帆 . 一种典型连杆机构的运动学仿真与优化 [J]. 南昌 工程学院学报，2008,(12).
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该型号混凝土泵车一节臂变幅机构的结构形 式如图 1 所示，由转台、一节臂、变幅油缸组成， 铰点位置分别为 A、B、C。
考虑到仿真分析的目的在于考察油缸受力及铰 点位置优化分析，因此在 ADAMS 中建立虚拟样机 模型时无需考虑其模型外形的相似性，直接将变幅 油缸、一节臂、转台的质量属性、位置尺寸等参数 赋予虚拟样机模型中。转台采用固定副连接，A、B、 C 三铰点采用转动副，变幅油缸活塞杆与缸筒直接 采用平移副连接。模拟油缸运动在平移副上添加直 线运动副，设置驱动值为 STEP(time,0,0,20,1200)。建
优化结果改进了三铰点的合理位置，进而优 化了初始模型，获得更加合理的变幅机构模型。
3 结束语
本 文 通 过 动 力 学 仿 真 软 件 ADAMS 对 某 型 号 混凝土泵车一节臂变幅机构模型进行了建模仿真 和优化分析，建立测量函数，获得变幅油缸力随 时间的变化曲线，并以变幅油缸受力曲线的变化 幅度最平缓为优化目标，对变幅机构三铰点的位 置进行了迭代寻优。通过优化，改善了变幅油缸 的受力状况，减少了液压油路中的压力冲击，为 变幅机构参数、油缸设计提供了准确参考。
XU Huai-yu，ZHENG Yong-sheng，WANG Lei-lei
混凝土泵车臂架变幅机构的结构参数直接影 响到结构的紧凑性、臂架的稳定性以及系统的可靠 性，目前对于此类变幅机构的设计优化，大多采用 解析法和作图法。解析法求解过程复杂、可视性 差，而作图法求解不容易得到精确优化结果。本文 利用动力学仿真软件 ADAMS 对变幅机构进行仿真 优化分析，可为类似机构的优化设计提供参考。
综合考虑油缸受力大小、液压系统冲击等因 素， 以 变 幅 油 缸 受 力 曲 线 的 标 准 偏 差（STDEV） 最小作为优化目标。 2.2 参数化（确立优化设计变量）
创建设计变量，将三铰点 A、B、C 的坐标进 行参数化，三铰点的坐标分别为
A 点 （DV_1,DV_2) B 点 （DV_3,DV_4) C 点 （DV_5,DV_6) 确 立 DV_1、DV_2、DV_3、DV_4、DV_5、DV_6 为优化设计变量，根据总体结构布置，油缸行程等外 部因素，确定 6 个设计变量的取值范围，见表 1。 2.3 设计研究 以变幅缸受力曲线的标准偏差为目标，利用 ADAMS/View 提 供 的 设 计 研 究 功 能 对 每 个 变 量 进 行优化，从生成的设计研究报告及优化过程曲线可
以得出以下信息 ：（1）设计变量的变化对样机性能 的影响 ；（2）设计变量的最佳取值 ；（3）设计变量 的灵敏度。设计变量优化后的结果如表 2 所示。
表 1 铰点坐标的取值范围
变量名称 变量类型 标准值
DV_1
REAL
1891
DV_2
REAL
27
DV_3
REAL
0
DV_4
REAL
0
DV_5
REAL
483
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Kinematical emulation of hydraulic excavator equipment based on ADAMS
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Impact analysis of the paver tamper and vibrator working parameters
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[4] 郑夕健 . 基于 ADAMS 的汽车起重机蝙蝠机构优化设计 [J]. 机械与电子，2008,(7).
图 6 优化前后油缸受力对比
2011.03（上） 83
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[ 关键词 ] 变幅机构 ；ADAMS ；仿真分析 优化目标 [ 中图分类号 ]TP39 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号 ]1001-554X（2011）-03-0081-03
Application of ADAMS to optimize hinge point location of luffing mechanism
ring’s ball track in the dry turning
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