轮式装载机工作装置多学科协同优化技术研析.pdf

轮式装载机工作装置多学科协同优化技术的研究 摘 要 轮式装载机是_=种广泛应用于高速公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程 的土石方施工机械。工作装置是轮式装载机直接实现铲装物料的机构，工作装置设计合理 与否关系到整机的结构尺聿、作业效率、作业成本和使用寿命。工作装置优化设计时需要 考虑铲斗截面几何形状，需要考虑连杆机构9个铰接点的位置，需要考虑机构撕裂、干涉、 平移性、自动放平性等性能约束，已有的研究通常针对工作装置铲斗机构或连杆机构某一 部分进行。工作装置是一个整体，对各个部分分别进行优化然后进行组合显然难以实现整 体最优，因此本文将多学科协同优化设计的思想引入到工作装置设计中来。 主要研究内容包括： 在第一章中首先介绍了装载机工作装置优化设计研究现状及存在的问题，然后介绍了 多学科综合优化设计基本思想和主要研究内容，最后提出将多学科协同优化设计思想应用 到工作装置设计中。 在第二章中首先介绍了轮式装载机工作装置传统设计过程，然后提出将装载机工作装 置分解为机构学和结构学两个子学科，建立了工作装置多学科协同优化过程模型，以指导 第三章、第四章和第五章的优化。 第三章对工作装置机构学子学科进行优化。工作装置机构学子学科又分为铲斗机构子 学科与连杆机构子学科，铲斗机构子学科的优化采用无约束条件优化算法与灵敏度分析相 结合的方法，连杆机构子学科在灵敏度分析的基础上采用罚函数一遗传算法进行优化。通过 灵敏度分析，找出了对工作装置优化设计影响程度较大的设计变量，使得设计人员在进行 工作装置优化设计和设计变更时可以重点考虑。 第四章对工作装置结构学子学科进行优化。装载机工作装置包括铲斗、动臂、摇臂等 多个部件，由于工作量的原因本文只对动臂进行了研究。采用基于数值计算的有限元法对 动臂进行了结构分析与优化，并对动臂结构设计变量进行了灵敏度分析，为第五章多学科 协同优化设计准备初始条件与结构学子学科局部灵敏度值。 第五章根据第三章和第四章的分析结果，采用改进的基于全局灵敏度法方程的并行子 空间算法，对工作装置机构学子学科优化和结构学子学科优化进行了综合，以某型号装载 机为例进行了运动学仿真，与优化前的模型进行了比较分析，结果表明多学科优化方法能 改进工作装置主要工作性能。 最后对全文进行了总结和展望。 关键词：轮式装载机，工作装置，多学科协同优化，并行子空间算法，全局灵敏度方程， 遗传算法 Researchon ofWheel Optimization MuItidisciplinary Loader Device Working Abstract WheelloaderiSakindofconstructionwhichhasbeen usedin machinery widely highway, andotherinfrastructure the electricity,harbor,mine projects．As railway,construction，water isrelated deviceofthewheelloaderisthe whichloadmaterialsand working component directly whole costandservice tothesizeofthewheelloader struc眦，operatingefficiency,oper