某小型輪式裝載機工作裝置優化設計

隨著我國經濟持續、健康和高速的發展，對于裝載機的需求量越來越大。然而，市面上現有裝載機大多數裝載量較大，對于只需要較小裝載量的場合，這些裝載機多余的容量就浪費掉了。為了填補行業空缺、滿足市場需求，本文將目光集中在小型輪式裝載機上，通過以某型號3噸裝載機的工作裝置為基礎，對工作裝置進行運動學分析和重新設計，開發一款新型工作裝置。

1 輪式裝載機簡介

輪式裝載機作為一種主要的工程機械在國民經濟建設中發揮著重要的作用，與履帶式的相比它具有機動性能好、不破壞路面、操作方便等優點，所以輪式裝載機得到廣泛的應用

，其性能優劣直接影響工作效率和使用壽命。輪式裝載機具有良好的機動功能和卸載功能，應用廣泛，已成為工程機械的主力機種，它是一種廣泛應用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國防等工程和城市建設等場所的鏟土運輸機械，其主要功能是對松散物料進行鏟裝及短距離運輸作業

。

采用隨機、安慰劑對照的平行試驗，對116例健康受試者進行心臟電生理QTc間期延長的研究，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QTc間期，且呈劑量和濃度相關性。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。

電機本體若無磁極檢測單元便成為同步電動機。同步電動機當負載稍有改變時必定發生失步即瞬態擺振，此刻功角實質上處于無羈狀態。電機本體必備磁極檢測單元，它能使他控逆變器轉為自控逆變器，無論負載是否變動，定子磁鏈矢量的平均轉速始終跟隨轉子磁鏈矢量的轉速保持一致。對電機本體采取直接轉矩控制時，定、轉子磁場軸線間的交角δsr便處于有控制地可行調節的受控狀態。故除了感應電動機只有對電機本體采取直接轉矩控制才能調控電磁轉矩。

2 輪式裝載機工作裝置

工作裝置是裝載機鏟裝物料的機構，其結構參數和性能對整機尺寸、性能參數和能量消耗、生產效率有著顯著影響。裝載機工作裝置由運動相互獨立的兩部分組成：連桿機構和動臂舉升機構，具體包括鏟斗、拉桿、搖臂、動臂、前車架、鏟斗油缸、動臂油缸、液壓系統等。整個工作裝置鉸接在車架上；鏟斗通過連桿和搖臂與轉斗油缸鉸接，用來裝卸物料；動臂與車架、動臂油缸鉸接，用來升降鏟斗；而鏟斗的翻轉和動臂的升降均采用液壓系統來操縱。

1．1．1 調查組 2008年3－12月就診于佳木斯大學附屬第三醫院的腦癱確診兒童的父母，剔除資料不全者，實際調查人數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。

國學大師饒宗頤說：“漢字是中華民族的肌理骨干，可以說是整個漢文化構成的因子”。某種程度上，如果“具”字少一橫，那么文化因子就丟掉一點。網絡討論已經過去，但漢字的使用危機仍未解除。期盼相關部門出臺一些系統性的保護措施，每個人也能有意識地從鼠標鍵盤中“透個氣”，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、鏟斗油缸和動臂油缸不變的前提下，通過正向試湊法和機構反算法來大致確認各鉸點的位置，再通過ADAMS軟件的模型仿真功能來進一步調整各鉸點的坐標，直到得到一個滿足要求的模型，再做進一步的優化。

3 工作裝置設計要求和思路

3.1 設計要求

裝載機要求合理選取鏟斗的結構和尺寸以減小工作阻力，達到裝滿、卸盡的目標，確保運輸平穩；舉升過程中，鏟斗傾角的最大變化量控制在10°范圍內，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，其中卸料角應大于45°；裝載機工作裝置的拉桿機構能產生足夠大的插入力和掘起力，盡量低功耗，零部件受力狀態良好；鏟斗有良好的自動放平性；避免機構間出現相互干涉、自鎖、死點等現象；盡量減小工作裝置的前懸、長度和高度，以保證裝載機的穩定性。

3.2 設計思路

采用反轉六桿機構的優點是在轉斗油缸大腔進油時進行轉斗，可以獲得比較大的鏟取力；當桿件設計合理時可以得到良好的平移性和自動放平性；結構比較簡單緊湊，操縱者具有良好的視野。缺點是如果設計不合理各桿件間容易發生干涉，影響工作裝置的正常工作。

4 工作裝置優化設計

4.1 分析模型

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

；∠ABC、∠BCD和∠FED為傳動角;H1是最小卸載距離，H2是最大卸載高度；DE是動臂長度。

本文研究的裝載機采用反轉六桿機構，如圖1所示，該機構具有良好的綜合性能，在國內外裝載機領域均被廣泛使用。裝載機所屬的反轉六桿機構具有幾個工況：地面插入工況、收斗工況、舉升工況、運輸工況、卸料工況和放平工況，本文主要考慮四種典型狀態：鏟崛工況、運輸工況、最高位置工況和高位卸載工況，如圖2所示

。

4.2 優化設計

綜合考慮各因素影響后，制定了下述優化方案：

這天，杏子娘來看女兒了。上次回家，杏子就把自己的丑事跟娘和盤托出了。杏子見了娘，眼淚嘩嘩地流，躲房里跟娘說，這孩子不打下來，我就只有死路一條了。娘說，我聽人說，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，幾天過去了，還是不見效。

(1)目標函數：將平移性作為優化目標。平移性是指鏟斗油缸封閉后，動臂在舉升過程中，連桿機構應能使鏟斗在收斗位置保持平移的能力，一般通過將動臂舉升過程中最大收斗角和最小收斗角的差來體現

，即F=U

U

，其中U

、U

分別對應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、傳動角約束、卸料角約束、拉桿長度約束、動臂油缸長度初始約束和鏟斗油缸長度初始約束)

。

(2)設計變量：考慮到機架、鏟斗、動臂油缸、鏟斗油缸、搖臂等的結構尺寸都被要求不變，精簡為以下幾個設計變量X

、X

、Y

、X

、Y

、V

、α，分別是鉸點A的橫坐標，D、I的橫縱坐標，α是DE與Y軸的夾角。其余變量可通過上述設計變量來表示。

4.3 ADAMS軟件介紹

上述表格是測量曲線的一些特殊值，結合曲線可以得到以下結論：

(2)在動臂舉升過程中，傳動角1最小值為9.8859°，超出了限定范圍，這不滿足設計要求。

4.4 工作裝置的運動學仿真

在ADAMS軟件里對簡化后的裝載機進行運動學仿真，并測量仿真曲線。仿真主要包含四個階段：(1)鏟斗收斗動作：動臂油缸閉鎖，鏟斗油缸伸長；(2)鏟斗舉至最高位置：閉鎖轉斗油缸，伸長動臂油缸；(3)鏟斗卸料動作：動臂油缸閉鎖，鏟斗油缸縮短；(4)鏟斗油缸閉鎖，動臂油缸縮回至初始長度，整個工作裝置回到初始位置。完成上述動作后，即完成了整個工作循環。

ADAMS是機械體統動力學分析軟件，是由美國MDI公司開發的一款虛擬樣機軟件。在ADAMS軟件中，可以完成對機械系統的幾何建模、結構分析，以及求解各種運動量(包括位移、速度和加速度)。軟件通過建立虛擬樣機幾何模型、添加約束和運動驅動，實現對模型的運動學仿真；再對機構施加載荷，可以完成動力學仿真。在仿真完成后，可以輸出結果曲線，并對其做處理。通過ADAMS軟件，可實現虛擬樣機的參數化建模及設計，并對虛擬樣機進行參數化分析。這樣提高了樣機的性能，還能掌握結構復雜的機械系統的動力學和運動學性能

。

(1)在仿真過程中，工作裝置能夠順利完成一個工作循環，未發生卡死或干涉現象。

在ADAMS軟件中對裝載機工作裝置進行建模、運動學分析和結構優化設計。首先，建立模型并進行仿真；然后，在約束的條件下對模型進行優化設計，滿足最初的設計要求

。

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

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

參加本次調查的藏族大學生均來自中國海洋大學，共計63名，其中有效問卷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)在運輸位置時，鏟斗轉過角為51.7982°，超過設計所需的47°；觀察圖形，可計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。

基于上述問題，我們需要利用ADAMS軟件進行仿真優化，通過改變設計變量的取值范圍，實現模型的優化。仿真分析的過程是通過ADAMS/Solver求解程序實現的，結束之后，程序自動回到之前ADAMS/View界面。優化時，先設置好時間和步數，再選擇算法，經過幾輪計算，得到優化結果

。

經過優化后，模型克服了初始模型的一些性能缺陷，達到設計要求。在舉升工況中，優化后的模型較參考模型舉升的平移性更好，這樣物料在舉升過程中溢出的更少，性能明顯改善。鏟斗的自動放平性也有了明顯優化，之前鏟斗的傾角大于15°，優化后模型不足5°。這樣得到了一組滿足設計要求的優化解，基于該解得到新的工作裝置，實現優化目的。

5 結論

本文以某型號輪式裝載機為研究對象，在ADAMS軟件里建立了裝載機工作裝置的參數模型，并對其進行了模型仿真和優化設計，得到了滿足設計要求的一組優化值，證明了通過ADAMS軟件對裝載機工作裝置進行運動分析的方案是可行有效的，通過調整設計變量的取值還可以得到其他優化值。借助計算機仿真軟件來解決實際工程中遇到的問題，可以縮短設計時間、提高效率，對其他型號的裝載機優化有著一定的借鑒意義。

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