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起重机有关毕业论文怎么写 和汽车起重机双桥转向摇臂机构建模与优化有关毕业论文模板范文

版权:原创标记原创 主题:起重机范文 类别:毕业论文 2024-01-26

《汽车起重机双桥转向摇臂机构建模与优化》

该文是起重机有关论文写作资料范文与汽车起重机和摇臂和双桥类论文怎么写。

(四川长江工程起重机有限责任公司,四川 泸州 646000)

摘 要:文章旨在通过方向余弦及矢量相乘的空间坐标变换理论对摇臂机构进行建模,对双摇臂机构进行运动分析,建立空间数学模型;考虑车辆的真实行驶状况引入加权函数,转向轮理论转角和实际转角差值的平方和较小为目标进行设计;使用公司车辆进行实车改进设计对此设计方法进行验证,验证结果表明该方法可行且高效.

关键词:坐标变换;摇臂机构;方向余弦;数学建模;汽车起重机  文献标识码:A

中图分类号:TH122  文章编号:1009-2374(2017)01-0022-03  DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.011

1 概述

随着国民经济的飞速发展,商用车在汽车市场中所占的比重也越来越大,尤其是重型特种车辆,例如起重机这种特种工程车辆,是国家在大力发展经济中必不可少的一部分.随着起重机作业环境的多样化,随之而来的是吨位的增加,车身变得更长、更宽,甚至越来越多轴化.在这种时代背景下,如何提高车辆在过弯时候的稳定性并减少轮胎的磨损量已经成为起重机在设计时不得不考虑的部分.起重机的转向系统中,使用的是梯形转向系统,这种情况下,如果转向杆设计不合理会造成轮胎的非正常磨损,使得整个转向杆系的受力变大,损害车辆的转向性能和车辆行驶的安全性.而影响整个转向系统的关键是摇臂机构,以往很多文献皆采用分块方法对其独立分析来研究它的性能,使得精度较低,通用性不强.参考文献[1]中使用空间几何方法进行数学建模,使用MATLAB工具箱中设立约束进行优化,文中数学模型不精确,结果具有一定的参考意义.本文主要采用空间坐标变换的方法,对空间坐标使用方向余弦和矢量进行运算并对摇臂机构进行分析,很好地解决了转向摇臂的数学建模和优化分析,具有一定的通用性.

2 双摇臂机构的空间数学建模

2.1 双摇臂机构的运动学分析

图1所示的是一种典型的双摇臂机构模型,由两个空间四杆机构 1 3 O ABO , 2 4 O EFO 和一个平面四杆机构O CDO 组成,其中O A 1 是前摇臂,O E 2 是后摇臂,O C 1 是前摆杆,O D 2 是后摆杆,CD是摇臂间拉杆,AB是前拉杆,EF是后拉杆,BO3是前转向节臂,FO4是后转向节臂, 1 O 、2 O 点为垂臂旋转中心点, 3 O 、4 O 为轮胎旋转中心点.它们的运动关系为:前转向节臂BO3→前拉杆AB→前摇臂O A 1 、前摆杆O C 1 →后摆杆O D 2 、后摇臂O E 2→后拉杆EF→后转向节臂FO4.为了建立双转向轴系统摇臂结构的数学模型,使用空间坐标变换和刚体运动学理论进行分析.

2.2 一轴内轮转角1θ 与垂臂O1AC摆角1? 的传动关系及总传动关系式

车轮转向角度是由多个转动效应叠加而成的,其中包括转向轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角以及主销转角.由于前三个角度的叠加角度相对较小,为了降低建模分析复杂程度,因此文中认为主销转角就是车轮转角.

首先,建立坐标系.如图2所示,以1 O 为坐标原点建立总体坐标系O XYZ 1 ,O X 1 轴为水平向后为正,OY 1 轴为垂直向内为正,O Z 1 轴为垂直向上为正.同时以一轴的转向节球头销中心B到主销轴线的垂足3 O 为原点,建立连体坐标系 3 1 1 1 O X Y Z , 3 1 O Y 轴以O B 3 的方向为正, 3 1 O Z轴以主销的方向为正, 3 1 O X 轴的方向符合右手坐标系定义,则B点的连体坐标值为

连体坐标系 3 1 1 1 O X Y Z 相对于总体坐标系的三个平移分量为(即3 O 点在总体坐标系中的坐标值,具体由总体布置决定):

H31等于XO3;H32等于YO3;H33等于ZO3

通过将点的连体坐标系中坐标值进行空间坐标变换,得到在总体坐标系中的坐标值的关系为:

式中: X,Y,Z 为点在总体坐标系O XYZ 1 中的坐标值; 1 1 1 X ,Y ,Z 为点在连体坐标系 3 1 1 1 O X Y Z 中的坐标值; 1 l ,1 m , 1 n 为 3 1 O X 轴在总体坐标系中的方向余弦; 2 l , 2 m ,2 n 为 3 1 O Y 轴在总体坐标系中的方向余弦; 3 l , 3 m , 3 n 为3 1 O Z 轴在总体坐标系中的方向余弦.下面先求连体坐标轴在总体坐标系中各自的方向余弦.

3 1 O Y 轴的方向余弦( 2 l , 2 m , 2 n ).由于 3 1 O Y 轴与O B 3线重合,即只要求得O B 3 线的方向余弦也就求得( 2 l ,2 m , 2 n ),由方向余弦定义可得:

式中: 2 d 为3 O 点到B点的距离.

O Z 轴的方向余弦( 3 l , 3 m , 3 n ).由于 3 1 O Z 轴与主销轴线重合,即只要求得主销轴线的方向余弦也就求得( 3 l , 3 m , 3 n ),同理得:

式中:α 、β 为主销内倾角和后倾角.

O X 轴的方向余弦( 1 l , 1 m , 1 n ).根据矢量积定义和右手坐标系定义,得:

将转向轮绕主销转动角度θ1 ,转动后的B点在总体坐标系中所对应的坐标转换关系为式(5):

当车轮绕主销转过θ1 后,垂臂上O1A会随之绕O1Y轴转过? 1角度,则A点在总体坐标系中的坐标为:

由于AB的长度总是保持不变,设AB等于d,则有:

将式(2)~式(7)进行化解可得式(8):

式中:系数S1、S2、S3、S4、S5、S6为1θ 、α、β、点A、点B、点O3坐标的函数.

运用迭代法可得函数关系式:

在得到?1 后,为了得到2? 可对式(1)~式(8)进行重复运算即可得到相对应的关系式,使用相同的方法可求出另外两机构的传动关系式(10)和式(11):

由式(9)~式(11)可以得到双摇臂机构的总体传动关系式:

式中: θ1、2 θ 为一、二桥左转向轮的转角α 、β 为主销的内倾角、后倾角;A、B、C、D、E、F为各自在总体坐标系中的坐标值.

3 优化模型

3.1 目标函数

对应一轴内轮的一个输入角1θ ,二轴的内轮总有一个理论转角 2T θ 和一个实际转角2 θ ,因此摇臂机构的转向误差可以表示为:

车辆在使用过程中,由于车辆的特殊性部分工况的转角使用情况较多,部分情况的转角使用较少,因此造成了不同转向角度的使用频率不同.通过对车辆使用工况进行分析发现车辆在小转角使用相对频繁,其他角度下使用频率相对较低.因此使得摇臂机构在转向轮小角度位置附近的误差要比在极限位置时的要小,为了降低摇臂机构在常用位置时轮胎的磨损,因此构造连续加权函数:

其函数曲线如图3所示.其中ω 为待定系数.对重型车,选用ω 等于 9.

将式(14)代入(13),则有如下所示的目标函数:

3.2 设计变量和约束条件

3.2.1 设计变量.为了使设计最大化符合理论要求,设计变量定义为:

3.2.2 约束条件.约束条件主要为轮胎在Z方向跳动时候发生的运动量限制和纵向行驶过程中因为导向机构等的形变二引起的X方向的坐标变化.根据设计变量的上、下限是确定约束的最大限值和最小限值.通过的以往设计数据的分析和设计经验的积累对A、B、C、D的X和Z坐标进行如下的约束条件,有:

4 优化及验证

将坐标变换后的模型在MATLAB中进行程序代码编写,约束条件按照X、Z两个方向进行约束.第一轴内轮的最大转角,定义为θ1max等于39°,其他相有关参数根据我公司生产的QZC5432J型号特种车辆的整体布置及设计确定并采用我公司生产的QZC5432J型号特种车辆进行改装设计后对仿真计算进行验证.

表1给出了A、B、C、D的X和Z坐标位置点优化前后的坐标值及目标函数值,表中结果对比结果显示优化后的摇臂机构的目标函数值为3.58只相当于优化前的目标函数值12.49的28.7%.图4为优化前后转向误差平方值的示意图,由图可知优化后转向误差大为减小.图5为优化前后的转角误差仿真示意图,表明转向角的误差优化后相较于优化前大为降低.通过仿真与车辆实际验证表明:本文所建立的分析及优化方法正确,所得结果真实可靠.

5 结语

为了对两轴转向系统中双摇臂进行优化设计,对双摇臂机构建立了空间数学模型,通过采用空间坐标变换理论对相关参数进行余弦变换和矢量计算,将设计目标选定为总转向角度误差最小化,对相应坐标的X和Z坐标进行约束限制,通过仿真计算找到摇臂机构相关参数的最优解.

结果表明:基于空间坐标变换分析方法具有一定的普适性,该方法既可以在二轴转向系统中进行使用,也可以在三轴或者多轴转向系统中的摇臂进行优化设计.

参考文献

[1] 肖悦,张代胜,等.重型汽车转向双摇臂机构的优化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2006,29(2).

[2] 刘吉玉,刘刚,王.双桥转向摇臂机构设计方法的研究[J].工程图学报,2010,(2).

[3] 李庆欢,张代胜,吕召全.基于ADAMS的双前桥重型汽车双摇臂设计及优化[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2006,29(1).

[4] 宁介雄,周海霞.汽车摇臂机构的数学建模及其最优化[J].机械设计,2007,24(2).

[5] 崔军华.双前轴转向汽车的摇臂机构优化设计[J].专用汽车,1994,(4).

[6] 阎以诵,黄文华.汽车起重机多桥转向摇臂机构设计方法研究[J].工程机械,1992,(1).

[7] 童秉枢,李学志,吴志军,张春凤.机械CAD技术基础[M].北京:清华大学出版社,1996.

[8] 刘惟信.机械最 优化设计(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1994.

[9] 王望予.汽车设计(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.

作者简介:卓勋(1967-),男,四川泸州人,四川长江工程起重机有限责任公司高级工程师,硕士,研究方向:汽车起重机专用底盘设计和环卫机械产品设计.

(责任编辑:黄银芳)

起重机论文参考资料:

上文结论,这是一篇大学硕士与起重机本科起重机毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料,关于免费教你怎么写汽车起重机和摇臂和双桥方面论文范文。

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