混合臂式高空作业车变幅系统铰点位置优化

发布时间：2020-07-22 01:04

【摘要】：高空作业车是一种将人从地面举升至高空作业的机械设备,广泛应用于我国的市政、园林等领域。高空作业车主要的工作动作是臂架的变幅运动,而支持臂架变幅运动的驱动力来自于驱动油缸的伸出与缩回,所以油缸对臂架作用力的作用位置直接影响着臂架变幅过程中的各种性能。因此,对臂架变幅铰点位置的研究就显得尤为重要。现有臂架变幅油缸铰点位置优化的研究,大多先以静力平衡的理论建立铰点力随变幅角度变化的关系,然后进行单目标或多目标优化,属于静力学范畴。针对臂架结构形式复杂的混合臂式高空作业车,本文充分考虑臂架变幅过程中惯性力对变幅性能的影响,以平台起升最快、高度最大、加速度最小以及整个动态过程中各铰点应力最小为目标,在基于传统静力学理论优化的基础上采用响应面法,运用动力学、有限元和归回分析的理论对混合臂式高空作业车各节臂架变幅油缸铰点位置进行多目标优化。完善了现有优化方法在动力学性能方面考虑的不足,改善了高空作业车臂架变幅铰点处的受力情况。本文的主要研究内容如下:(1)以静力学和解析几何等理论建立臂架变幅系统的数学模型,得到各节臂架变幅油缸力随各变幅角度变化的函数关系,以此确定各变幅油缸力相对最大时的臂架位姿。(2)在此臂架位姿下,将臂架变幅油缸铰点的位置尺寸作为设计变量,各节臂架变幅油缸力均相对最小作为优化目标,确定边界条件,运用遗传算法进行优化。(3)对优化后的模型进行模态分析,并运用Workbench模拟了臂架起升的全过程,记录了此过程中各节臂架变幅油缸铰点处应力的变化情况及作业平台的运动学信息。(4)在基于静力学优化方法得到的结果上进一步优化。运用响应面法建立了优化目标关于设计变量的完全二次响应面模型。以此模型进行多目标优化,并将结果以新的设计参数代入有限元模型分析验证。结果表明:在考虑惯性力对臂架变幅所带来的影响时,第一节臂架与油缸铰点处所受应力最大值减少了6.2%、第二节臂架与油缸铰点处所受应力最大值减少了10.5%、第三节臂架与油缸铰点处所受应力最大值减少了4.6%、作业平台起升速度(竖直方向)增加了4%、平均加速度减少了28.2%、瞬时最大加速度减少了8.3%、飞臂与飞臂变幅油缸铰点处所受应力最大值减少了26.2%、调平油缸与飞臂连接座铰点处所受应力最大值减少了11.5%、作业平台在模拟时间内所达到的高度增加了2.1%。说明此优化方法有效可行。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH211.6
【图文】：

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而后逐渐降温，直到现在的平稳发展。虽然目前对工程机械的需求量上不如爆发式发展时期需求巨大，但对于国家建设而言，工程机械的需求量依然维持在一个必须的范围内今后的发展不再是量的增长，而是质的保证和提高。高空作业平台车作为一种举升设备遍及于我国的市政维修、园林园艺、地产房建和国防建设等众多领域。高空作业平台车不仅有着安全稳定、移动便捷、驾驶方便等一般工程机械设备的普遍优点，而且还有着其特殊的功能：载人高空作业的功能特点。高空作业车是一种类似于臂架式起重机的工程机械，与一般起重机吊载货物将其举升至指定地点的功能不同的是，高空作业平台车的货物被换成了人，它是将人承载在飞臂末端的载人平台，从地面举升至指定高度的某处，从而支持工作人员从事高空作业的一种举升设备。因此，只要是需要工作人员在高空进行工作的场合，大多都要用到高空作业平台车。比如对城市供电线的抢修、对高层建筑的清洁以及对树木的修剪等。根据 GB/T 9465-2008《高空作业车国家标准》中对各种形式高空作业平台车的分类可将其分为伸缩臂式（S）、折臂式（Z）、混合式（H）车和垂直升降式（C）高空作业车四种，如图 1.1。

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第一章绪论的函数关系，以此确定各变幅油缸力达到相对最大时的臂架臂架位姿为危险位姿，臂架变幅油缸铰点位置尺寸为设计变力、第二节臂架变幅油缸力和第三节臂架变幅油缸力相对最变量边界条件，基于静力学、遗传算法等理论对铰点位置尺析优化后模型的动力学信息，运用 Ansys Workbench 模拟模型的全过程，并记录了此过程中各节臂架变幅油缸铰点处应力起升速度、加速度等运动学信息。于静力学优化的结果上进一步优化。运用基于拉丁超立方试关于设计变量的完全二次响应面模型。以此模型进行多目标以新的设计参数代入有限元模型分析并验证。

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图 2.3 第三节臂架变幅油缸力Figure 2.3 The third boom luffing cylinder force图 2.5 第一节臂架变幅油缸力Figure 2.5 The first boom luffing cylinder force图 2.4 第二节臂架变幅油缸力Figure 2.4 The second boom luffing cylinderforce2.4 本章小结本章对混合臂式高空作业车变幅系统作了静力学分析。主要针对混合臂式高空作业车变幅臂架及变幅油缸力作了具体分析与推导：将实际臂架模型作了适当简化，建立了

【参考文献】