自卸车举升机构的优化设计
基于ADAMS的自卸车举升机构优化设计_张毅
2005 3 专用汽车 ZH U A N YO NG Q ICHE21 基于ADAMS 的自卸车举升机构优化设计张 毅 马 力 李鹏飞武汉理工大学汽车工程学院 湖北武汉 430070 摘 要:利用A DAM S 软件中参数化建模与分析功能,建立了自卸车举升机构的参数化模型,以举升过程中工作油缸最大推力最小为优化目标,对举升机构的各铰接点位置布置进行了优化设计。
关键词:自卸车 举升机构 A DA M S 软件 优化设计中图分类号:U 469.4.03 文献标识码:A 文章编号:1004-0226(2005)03-0021-03Based on ADAMS Dump Truck Lifting MechanismOptimization DesignZhang Yi et alAbstract A variable model fo r dump truck lifting M echa nism wa s established by using A DA M S.With the maximal drive force of hy draulic cy linder as the o bjective ,o ptimization desig n to all a rticulated fulcr um s in -itial position was achieved.Key words dump truck ;lifting mechanism ;A DA M S so ftwa re ;o ptimization de sign收稿日期:2005-03-29作者简介:张 毅,男,1978年生,硕士研究生,研究方向为CAD /CA E 。
1 前言举升机构是自卸汽车上的重要工作系统之一,其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能,因此对举升机构进行优化设计是十分必要的。
目前举升机构优化设计主要是通过编程方法来实现[1],这种方法必须首先推导相关的计算公式,编写目标函数和约束函数的计算机程序,甚至优化设计程序,因而要求设计人员不仅具备良好的专业知识,而且还必须懂得优化理论,具有较扎实的数学力学基础知识和很强的计算机程序编写能力。
基于杆组理论的自卸车举升机构分析与优化设计的开题报告
基于杆组理论的自卸车举升机构分析与优化设计的开题报告一、选题背景自卸车举升机构是指用于升起自卸车货箱的装置，其结构通常包括杆组、油缸、活塞、钩锁、升降臂等。
自卸车举升机构的设计和优化对提高自卸车的卸载效率和安全性具有重要作用。
目前，国内外已经涌现了很多基于杆组理论的自卸车举升机构研究成果，但是在设计中仍然存在一些问题。
例如，某些机构在重载状态下容易产生变形，甚至出现断杆等安全隐患；一些机构在使用过程中噪声过大，影响了使用效果。
因此，如何对自卸车举升机构进行分析和优化设计，提高其稳定性、安全性和使用效果，具有一定的现实意义和研究价值。
二、研究目的本课题旨在运用杆组理论对自卸车举升机构进行分析与优化设计。
通过对机构的力学特性和结构特点进行分析和研究，探究存在的问题和不足，并提出相应的改进和优化方案，以期提高自卸车举升机构的性能和安全性。
三、研究内容1. 自卸车举升机构的分析与建模：分析自卸车举升机构的结构特点和力学特性，建立相应的模型。
2. 自卸车举升机构的静态特性分析：通过杆组理论等方法，分析机构在静载荷情况下的受力情况和变形情况，探究机构的稳定性和安全性。
3. 自卸车举升机构的动态特性分析：对自卸车举升机构进行动力学分析，探究机构的运动规律和振动情况。
4. 自卸车举升机构的优化设计：基于分析结果和存在问题，提出相应的优化方案，以期提高机构的性能和安全性。
四、研究方法1. 理论分析法：采用杆组理论等力学理论方法，对自卸车举升机构的力学特性进行分析和计算。
2. 数值模拟法：基于ANSYS等软件，对自卸车举升机构进行有限元分析，探究机构的受力情况和变形情况。
3. 试验方法：采用试验验证的方式检验机构的设计方案和优化效果。
五、预期成果1. 自卸车举升机构的分析与建模，明确机构的结构特点和力学特性。
2. 自卸车举升机构的静态特性分析，探究机构的稳定性和安全性。
3. 自卸车举升机构的动态特性分析，揭示机构的运动规律和振动情况。
某型自卸车举升机构强度分析及优化设计
某型自卸车举升机构强度分析及优化设计张敏苏新涛北汽福田汽车股份有限公司长沙汽车厂技术中心CAE分析室长沙410129摘要：本文针对市场反馈某型自卸车举升机构的三角臂结构经常失效问题，建立举升机构的多体动力学模型并进行刚柔耦合分析，发现三角臂结构强度性能不足，且与实际破坏形式一致；运用Nastran对三角臂进行尺寸优化设计，结果表明当料厚40mm时，三角臂结构性能最优；最后，通过超载举升试验进一步验证仿真结果，从而完全解决了三角臂结构失效问题。
关键字：三角臂尺寸优化MSC.Nastran0、前言专用汽车举升机构有很多种，常见的中重型卡车一般采用单顶放大机构，这种机构在整车上容易布置，举升压力小，成本低。
该机构由2根拉杆、2个三角臂及一个油缸组成（如图1所示），其中，三角臂结构性能至关重要，如果设计的较厚重，虽能保证强度及刚度性能，但材料成本增加；如果设计的较薄，可能造成屈服变形或断裂现象，进而引发举升死点、侧翻等问题，严重影响举升机构的可靠性、安全性。
图1 单顶放大举升机构根据市场反馈，某型自卸车三角臂结构经常发生屈服变形或根部断裂造成车辆侧翻事故，表明该三角臂结构存在设计缺陷，应重新进行设计。
由于三角臂结构随举升过程而发生空间位置变化，三角臂受载情况较为复杂，因此，建立举升机构动力学仿真模型、刚柔耦合分析，是三角臂结构强度分析的非常有效、实用、方便的一种方法。
本文首先运用MSC.Nastran计算并输出三角臂的约束模态应力、应变等信息的mnf 文件，再导入MSC. Adams软件中，建立刚柔耦合结构的举升机构仿真模型，计算三角臂结构动态应力；然后再次运用MSC.Nastran针对三角臂进行尺寸优化并确定三角臂厚度；最后通过举升试验验证仿真结果的准确性，以此解决三角臂结构失效问题。
1、运用有限元法建立三角臂模态中性文件三角臂为厚度30mm的Q345A（材料特性，如表1所示）板材，其有限元模型采用六面体单元（CQUAD6）单元进行网格划分（如图2所示），该模型共有个11848节点，14549个单元。
液压自卸汽车举升机构铰支点位置优化设计
取 ８ ０ｒ （ 时 Ｏ Ｏ ， 罔 １中 斜 线 区域 为 Ａ 点 可 用 ０ ｔｍ 此 ｉ Ａ＝ Ｄ） 位 置 范 同 ． 点 位 置 只 知 道 在 Ｏ 直 线 上 （ 厢 底 中 轴 ．Ｂ Ｂ 货
矩 最 大 ． 以后 逐 渐 减 小 ， 同 时 在 举 升 过 程 中 如 果 逐 步 卸
序 号 ３是 采 用 不 同 的 油 缸 参 数 （ 缸 径 与 序 号 ｌ 但 、２ 相 同 ）计 算 来 的结 果 ．其 动力 臂 比 序号 ２更 长 ： （ ６ — ８ ９ ６ ４ ６ ４ １ ０ ３ ％ ，举 升 力 比 原 方 案 减 少 ３ ％ ，效 果 ４ ）／ ４ ｘ ０ ％＝ ５ ５ 更佳 。
货 ， 则 阻 力矩 减 小更 快 ，所 以 ，在 扁 动 油 缸 举 升 时 ，如 果
油 缸 举 升 力动 力 力臂 越 长 ， 则 所 需 的 举 升 力 越 小 ，油 缸 压
力 越 省 ，效 果 越 佳 。 延长 Ａ Ｂ．过 Ｏ 点 作 垂 线 与 Ａ Ｂ延 长 线 于 Ｃ ．Ｏ 即 为 Ｃ
参考 文 献 ：
求出Ｏ Ｃ的 最 大 值 （ 一。 具 体 就 是 将 前 述 所 求 一 系列 ） Ｃ 有 效 点 Ａ，Ｂ （ 点 所 对 应 的 Ｏ Ｂ） Ａ、 ０ 数 值 代 入 式
（） ３ ，用 计 算 机 算 出对 应 的 一 系 列 Ｏ Ｃ值 ，其 中 最 大 值 为本 例 所 优 化 的 结 果 （ ０ 一） 如 图 ２所 示 。 即 Ｃ 。
科 ，高 级 讲 师 。研 究 领 域 ： 内燃 机 构 造 、机 械 制 造 工 艺 学 。 已发 表论文 １ 篇。 １
自卸车举升机构设计
目录摘要............................................................. Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (3)1.1 课题的提出 (3)1.2 专用汽车设计特点 (5)1.3课题的实际意义 (6)1.4 国内外自卸汽车的发展概况 (7)第2章轻型自卸车主要性能参数的选择 (13)2.1整车尺寸参数的确定 (13)2.2质量参数的确定 (14)2.3其它性能参数 (16)2.4本章小结 (16)第3章自卸车车厢的结构及设计 (17)3.1 自卸汽车车厢的结构形式 (17)3.1.1车厢的结构形式 (17)3.1.2车厢选材 (18)3.2车厢的设计规范及尺寸确定 (19)3.2.1车厢尺寸设计 (19)3.2.2车厢内框尺寸及车厢质量 (20)3.3车厢板的锁启机构 (17)3.4 本章小结 (17)第4章自卸举升机构的设计 (18)4.1自卸举升机构的选择 (18)4.1.1举升机构的类型 (18)4.1.2自卸汽车倾卸机构性能比较 (21)4.2举升机构运动及受力分析及参数选择 (23)4.2.1机构运动分析 (30)4.2.2举升机构受力分析及参数选择 (32)4.3本章小结 (26)第5章液压系统设计 (27)5.1液压系统工作原理及结构特点 (27)5.1.1工作原理 (27)5.1.2液压系统结构布置 (28)5.1.3 液压分配阀 (28)5.2油缸选型及计算 (29)5.3油箱容积及油管内径计算 (30)5.4取力器的设计 (31)5.5本章小结 (42)第6章副车架的设计 (43)6.1副车架的截面形状及尺寸 (43)6.2副车架前段形状及位置 (44)6.2.1 副车架的前端形状及安装位置 (44)6.2.2 纵梁及横梁的连接设计 (46)6.2.3 副车架及主车架的连接设计 (36)6.3副车架主要尺寸参数设计计算 (37)6.3.1副车架主要尺寸设计 (37)6.3.2副车架的强度刚度弯曲适应性校核 (37)6.4本章小结 (44)结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)第1章绪论1.1 课题的提出专用自卸车是装有液压举升机构，能将车厢卸下或使车厢倾斜一定角度，货物依靠自重能自行卸下或者水平推挤卸料的专用汽车。
自卸车D型举升机构优化设计
看 举 升机 构 各 个 构件 在举 升 过 程 中 有 无 运 动 干 涉 ． 力 受 是否合理 ；
２运 动 分 析 ）
示 的等效模 型。该模 型实 际上也就是 举升机 构 的原 理机构
模 型 ， 图 １所 示 ： 车 如 以
是否完成预期 的运动（ 即能否完成 白卸）在运动仿真过 ，
标， 以下 相 同 ）
—一 １５０ ａ 、 分 别 表 示 Ａ 点 的 纵 、 坐 ２． （ Ａ 横
Ｌ 一 １０ ４ １ Ｌ － ２ ０ ０ Ｌ 一７ ８ ２ １ ． － ７ ． ７ ，
， ２． 一１３ ７ ５
３ 对 虚拟样机 进行运 动仿真分 析
借 助 Ａ ＭＳ进行 运 动 仿 真分 析 的主 要包 括 ： ＤＡ １干 涉 分 析 ）
摘要 ： 利用 Ａ Ａ Ｄ ＭＳ软件 中参数化 建模 与分析 功能 ， 立 了 自卸车举升 机构 的参数化 模 型 ， 建 以举 升 过程 中工作 油缸 最大推 力 最小
为优 化 目标 ， 对举升机 构 的各铰接 点位 置布置进行 了优化 设计 。
关键 词 ： 卸 汽车 自
举升机 构
仿真
优化 设计
・
４ ・ ２
文章 编 号 ：０ ２ ６ ８ （ ０ ８ ０ —０ ４ —０ １０ — ８ ６ ２０ ）６ ０ ２ ３
自卸 车 Ｄ型 举升 机 构优 化 设计
李 宝 华 ， 志 勇 ， 国 华 ， 景 华 胡 侯 于
（ 内蒙古＿ 业 大学机械 学 院， ７ － 内蒙 古 ０ ０ ５ ） １０ ８
Ｋｅ￣ｏ ｄ ： ｕ ｒ ｃ ｌ ｔ ｇ ｍ ｅ ｈ ｎｓ ，ｉ ｕａｉｎ，ｏ ｔｍｉａｉｎ ｄ ｓｇ ）ｖ ｒ ｓ ｄ ｍｐ Ｉｕ ｋ，ｉ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｓｍ ｌｔｏ ｆｎ ｐ ｉ ｚｔｏ ｅ ｉｎ
自卸车举升机构的优化设计
自卸车举升机构的优化设计摘要：自卸车举升机构在工业生产中起着重要的作用。
本文针对自卸车举升机构的不足之处进行了优化设计，通过对设计过程中的问题进行分析，提出了可以改进的措施，并对改进后的设计效果进行了验证。
结果表明，优化设计后的自卸车举升机构具有更高的可靠性和安全性，能够更好地满足工业生产的需求。
本文为自卸车举升机构的优化设计提供了有价值的参考和借鉴。
关键词：自卸车；举升机构；优化设计；可靠性；安全性正文：一、引言自卸车作为一种重要的物流运输工具，在现代工业生产中起着不可替代的作用。
而自卸车的举升机构作为核心部件，承担着车辆卸货的重要任务。
然而，由于自卸车举升机构的设计问题，会给车辆的使用过程带来不便和风险。
为了解决这些问题，本文将对自卸车举升机构进行优化设计，提高其可靠性和安全性，更好地适应工业生产的需求。
二、自卸车举升机构设计存在的问题在实际的自卸车举升机构设计中，存在着一些问题：1. 机构设计不合理。
一些举升机构的结构设计过于复杂，维修困难，从而增加了维护成本和时间。
2. 工作效率低下。
一些机构在卸货时需要进行多次调整，卸货效率低下，增加了卸货时间和成本。
3. 安全性低。
一些机构卸货时容易出现卡滞、拖沓等情况，给车辆的使用带来了风险。
三、优化设计方案针对以上问题，本文基于自卸车举升机构的实际使用需求，设计了以下优化方案：1. 优化机构结构。
减少机构的结构复杂度，将机构的所有部分都设计成具有可拆卸性和维护性，方便维修。
2. 直接控制机构。
引入直接控制机构，减少卸货需要多次调整的情况，提高卸货效率。
3. 采用防滞系统。
设计防滞系统，避免卡滞等情况的发生，提高卸货安全性。
四、设计效果验证为了验证以上优化设计方案的有效性，本文进行了实际应用，并进行了性能测试。
结果表明，优化后的自卸车举升机构具有以下优点：1. 结构简单，易于维护。
2. 卸货效率高。
3. 卸货过程安全可靠。
五、结论本文针对自卸车举升机构设计存在的问题进行了优化设计，并进行了实际应用和验证。
基于整车的自卸车举升机构优化设计平台开发的开题报告
基于整车的自卸车举升机构优化设计平台开发的开题报告一、选题背景自卸车是一种重要的运输工具，广泛应用于工程建设、城市环卫、矿山运输等领域。
举升机构是自卸车中重要的组成部分，起到卸载物料的关键作用。
但是，目前自卸车举升机构的设计存在一些问题，如使用寿命短、易损件多、操作不便等。
因此，研究和优化自卸车举升机构的设计成为当前的研究热点和难点。
二、选题意义优化自卸车举升机构的设计有助于提高自卸车的使用寿命、降低维修费用、提高运输效率和安全性。
此外，自卸车的应用范围广泛，优化举升机构的设计也可推动行业发展。
三、研究内容本研究将基于整车的自卸车举升机构的问题，开发一个优化设计平台。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 研究目前自卸车举升机构的设计存在的问题，如易损件多、使用寿命短、操作不便等。
2. 选取常见的自卸车举升机构结构，建立相应的数学模型。
3. 运用现代CAD/CAE/CAM技术，设计优化举升机构的各个部分，如举升支架、卸料缸、油缸等。
4. 完成举升机构的三维建模和仿真分析，寻求最优解，提高举升机构的可靠性和耐久性。
5. 搭建基于Web的优化设计平台，实现自卸车举升机构的快速设计和优化。
四、研究方法本研究采用系统工程的方法，将整个自卸车举升机构的设计看作一个系统。
具体方法如下：1. 以需求为导向，采用数据库技术，搜集举升机构的使用情况和维修记录等数据，以此为依据对举升机构的设计提出优化建议。
2. 运用CAD软件，建立举升机构的三维模型，包括机构、驱动装置、执行机构等部件。
3. 利用有限元软件进行静力学和动力学分析，找出设计的问题和可能出现的故障，提出改进措施。
4. 制定基于Web的设计平台的框架和模块，并实现相应的功能。
五、预期成果本研究的预期成果包括：1. 发现和解决自卸车举升机构的设计问题，提高举升机构的可靠性、耐久性和安全性。
2. 建立三维模型，并进行仿真分析，提高举升机构的设计水平。
3. 制定基于Web的优化设计平台，实现自卸车举升机构的快速设计和优化。
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２０１０．３． ＨＥＡＶＹ ＴＲＵＣＫ《重型汽车》
１５
□文／王臣涛（合肥工业大学）
引 言
自卸运输车的举升机构对其生产效率及性能有很大的影响。
因此，合理选择举升机构的结构参数，将极大提高自卸车的工作能力。
作为组合式举升机构的一种，前推连杆放大式（也称“T ”式或马勒里式）举升机构具有横向刚度好、举升转动圆滑平顺、举升力系数小等优点，特别适用于大吨位自卸汽车，被公认为是一种较好的举升机构。
本文以最大举升力系数和油压波动系数为优化目标函数，对某新开发自卸车“T ”式举升机构进行了优化分析，获得了较好的举升力系数曲线及油压特性曲线，对该车型的开发设计起了一定的指导作用。
１ 动力学模型的建立及仿真
１．１ 模型建立
模型中一些结构简单的构件直接在ADAMS 中建立，对于结构复杂的构件通过UG 建立，然后再导入到ADAMS 中，活塞缸与活塞之间通过移动副连接并加一驱动函数来模拟液压油对活塞的推力作用，建立的动力学模型的约束拓扑结构如图1。
１．２ 仿真分析
在仿真过程中，最大举升角度为50°，货物为整体结构，且不考虑货物的安息角，仿真结束后得到该车型以及
自卸车举升机构的
优化设计
标杆样车的举升力系数、油缸压力随货箱翻转角的变化曲线如图2、图3。
图３ 油缸油压随货箱翻转角的变化曲线工程实际中要求油压特性符合以下条件：
(1) 最大油压值不在初始时出现，而在举升角为5°～θ
max
时达到；
(2) 举升过程中的最大油压值P
max 不高于初始油压值P
的8%；
(3) 最大油压值在允许值范围内尽可能小；
(4) 油压波动较小。
从仿真结果可以看出：
(1) 该车型举升机构油压最大值出现在翻转角5～8°，符合理想的油压特性基本要求；
(2) 标杆样车在整个的自卸过程中所需的举升力较小，举升性能相对于该车型较好，但是其举升力最大值出现在初始位置，不符合理想的油压特性曲线；
(3) 该车型举升机构在整个的自卸过程中所需的举升力偏大，油缸油压的变化也较大，对油缸使用不利，需要对举升机构进行进一步的优化。
２ 模型参数化
２．１ 目标函数的建立
一般来说在自卸机构设计中，需要同时考虑所需油缸推力的大小和油缸压力的波动。
理论上来说，如果只是单纯的以一个性能参数为目标函数，无法得到既满足油缸推力最小又使得油缸压力波动最小的优化结果，为此，我们提出了一种通过加权系数综合考虑举升力系数以及油缸压力波动系数的优化方案。
(1) 以式（1）为目标函数，通过改变举升机构中各个关键铰点坐标，得出几组优化结果；
minF(x)＝wf・KF＋wp・KP （1）式中wf+wp=1（0≤wf≤1，0≤wp≤1）；
本文中取w f=0.7，w p=0.3。
wf——举升力系数加权系数；
wp——油压波动系数加权系数；
KF——举升力系数=油缸实际作用力／举升重量；
KP——油压波动系数＝（最大油压－平均油压）／平均油压。
(2) 考虑整车总布置的限制进行筛选，最终确定一组优化结果。
２．２ 设计变量及约束条件
本文选取A、B、C、D、E、O6个点的x,z坐标（即各安装点在整车上的前后和上下位置）对模型进行参数化（见图4），并且根据整车总布置的要求, 确定各个设计变量的变化范围，具体如表1。
图４ 关键点位置示意图
另外，由于整车总布置以及设计要求的限制，还需如下约束。
(1) 举升角θmax≥50.0度；
(2) 铰点C在举升过程中距货箱地板的距离d mi n≥70.0mm；
(3) 机构空间尺寸：举升机构长度Lmax≤1530.0mm，高度Hmax≤340.0mm；
货厢后铰支点Ｏ至其后挡板内壁最小距离：Lomin≥
表１ 设计变量取值范围Ｑｉｃｈｅｓｈｅｊｉ
《重型汽车》ＨＥＡＶＹ ＴＲＵＣＫ ２０１０．３．
１６
350.0mm。
３ 优化分析
首先对设计变量进行设计研究，研究各个设计变量对目标函数的敏感度，结果如图5。
从图中我们可以明显看出，D V_4、D V_6、D V_8、D V_10即铰点B、C、D、E的z坐标对目标函数的敏感度较大，因此，选取这四个设计变量对目标函数进行优化分析，优化前后设计变量对应点的坐标值如表2，主要性能参数的对比如表3，优化后举升机构的举升力系数曲线以及油压特性曲线分别如图6、图7。
表２ 优化前后设计变量取值（ｍｍ）
表３ 优化前后主要性能参数对比表
图５ 设计变量对目标函数的敏感度
由优化结果可以看出：
(1) 优化后，举升力系数与油缸油压特性曲线整个的向下偏移了一段，所需油缸推力最大值、举升力系数最大值以及油缸压力最大值都减小了9.6%，举升性能得到大大改善。
(2) 优化后，初始位置举升力系数为1.759，比优化前降低了12.8%，油压波动系数为0.236，比优化前降低了13.2%，显然，优化后的举升机构所需油压在初始位置较低，随着翻转角的增大逐步增加，在翻转角约为7度的时候达到最大，油压最大值高于初始值3.9%≤8%，并且在整个自卸过程中，油压特性曲线变化平缓，油压波动系数较小，符合油压特性曲线的要求。
(3) 优化后，初始位置举升力系数、最大举升力系数以及油压波动系数都优于标杆样车，即使是举升过程的后半段也已达到标杆样车的水平。
从以上的结果综合看来，该优化方案满足设计要求，且比原方案和样车方案举升性能都得到很大的提高。
参考文献略。
Ｑｉｃｈｅｓｈｅｊｉ
２０１０．３． ＨＥＡＶＹ ＴＲＵＣＫ《重型汽车》１７。