熊雪峰[1]2001年在《基于遗传算法的装载机工作装置优化设计应用研究》文中指出本文根据目前工程机械领域中的高效率、低能耗的发展方向,运用一种智能随机优化方法——实值编码遗传算法,来优化装载机的工作装置。目的在于解决运用传统的优化方法设计工作装置时,不容易得到全局最优结果的弊端。 本研究从装载机工作装置运动分析入手,在满足机构性能要求的前提下,建立了以动臂油缸和翻转油缸处于铲掘位置时的最大举升力和最大铲掘力为目标函数,以连杆机构的各个杆件长度为设计变量,以工作装置的工作性能和结构设计要求为约束函数的多维优化数学模型。根据本优化设计的实际情况,本研究对标准遗传算法进行了改进:将标准遗传算法和混合惩罚函数的思想相结合,设计了合理的适应度函数;采用了实值编码的编码方式,从而避免了进行二进制编码时由于染色体的位串过长导致的重复操作、降低杂交和变异的效果、增加运算的时间和陷于局部最优的可能,减少了标准遗传算法中译码的步骤;采用了联赛选择机制、算术交叉、非均匀变异叁种遗传算子。所有的程序都用TurbC2.0编制而成。该程序由选择、交叉变异、群体更新等主要模块及输入、输出、编码、适应度计算等辅助模块构成。 通过具体实例分析,进行了改进遗传算法的参数优化配置,选择出了合理的最大群体规模、最大遗传代数、选择概率、交叉变异概率、非均匀度变异参数等。结果表明装载机在满足最大卸载高度、最小铲掘深度、最大高度时的卸载距离、平移特性、卸料性、自动放平性等技术要求的前提下,其动力性能比原来提高了大约9%。优化设计所用的时间大大缩短,执行效率是混合惩罚函数的3倍。 改进遗传算法成功的解决了装载机工作装置优化设计中由于目标函数非线性、自变量维数多、约束函数多从而求解困难的问题,提高了工程设计水平和设计效率,缩短了设计周期,减少了工程投资。
李星[2]2012年在《轮式装载机工作装置多学科协同优化技术的研究》文中指出轮式装载机是一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寸、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,以指导第叁章、第四章和第五章的优化。第叁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-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。第五章根据第叁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。
钟默, 高公如, 张义华, 韩斌, 张学春[3]2014年在《基于遗传算法的装载机工作装置优化设计研究》文中提出针对装载机工作装置设计要求满足平动性和较大掘起力等需求,采用标准遗传算法与惩罚函数相结合的优化方法,使得设计结果符合铲斗举升平动性这一目标,铲斗举升时位置角的变化均不超过10°,并满足高位卸载角度的要求。该方法解决了通常遗传算法面临的约束函数多、约束函数非线性的困难,通过各个控制参数的合理配置,快速得到一批最优稳定解,为装载机工作装置的设计提供动力性能更高并且工作性能优良的设计方案,提高了工程设计水平和设计效率,缩短了设计周期。
何鹏飞[4]2013年在《装载机工作装置的结构类型综合与优化》文中认为机构学的主要任务是完成机构创新设计,机构的创新设计首先要解决的问题是机构的方案创新设计。机构再生设计是对现存机构进行分析再创造的过程,为机构方案创新设计提供了一条思路。再生设计的关键在于机构的类型综合,运动链的结构类型综合为其提供了理论基础。因此,利用运动链结构类型综合的理论,基于再生设计的思想进行机构方案创新设计是可行且具有实际意义的。机构的优化设计是方案创新设计的一部分,采用现代的优化方法进行优化设计很有必要。装载机是现代工程建设中使用最为广泛的一种工程机械,以往,装载机工作装置的设计比较依赖于设计者的经验。工作装置仍具有开发潜力。鉴于以上两点,本文完成了以下内容:首先,分析了工作装置的工作性能指标和机构设计要求,通过对典型的六杆和八杆工作装置的分析,归纳了工作装置的拓扑设计要求;利用运动链结构类型综合的理论,对六杆和八杆工作装置进行了机构类型综合,结合工作性能和机构设计要求进行分析比较,得到了一些综合性能较好的新的机构类型,为装载机工作装置的选型提供了参考。其次,以一种八杆工作装置为分析模型,着重考虑其动力性指标,确定基本设计参数,以工作装置的最大传力比为目标函数,以平移性等其他工作性能指标及干涉性等结构设计要求为约束条件,建立了优化设计的数学模型。最后,基于MATLAB优化设计工具中的遗传算法,对所建立的数学模型进行了求解,得到了能使装载机获得最大掘起力的工作装置设计方案,验证了数学建模及优化算法的可行性。本文对装载机工作装置的再生设计及最优化设计的方法具有通用性,可推广到其他机构的创新设计。优化数学模型的建立和求解具有一般性,为其他形式的装载机工作装置的优化设计提供了参考。
曹超群[5]2004年在《基于虚拟样机的装载机工作装置的设计》文中研究说明当今激烈的市场竞争迫使制造企业为求得生存和发展必须对多变的市场需求作出敏捷响应,不断地调整产品的设计和研发模式,并能快速地开发出新产品。而我国传统工程机械行业却由于新产品开发周期长,成本高,缺乏市场竞争力。虚拟样机技术的逐渐成熟为实现产品的快速开发,提高我国工程机械产品的设计水平和市场竞争力提供了强有力的手段。本文将虚拟样机技术引入装载机设计开发领域,主要从以下几个方面进行了研究: 1.首先介绍了虚拟样机技术的基本理论,回顾了虚拟样机和装载机国内外研究现状和发展趋势,论述了将虚拟样机技术应用于装载机设计的必要性。 2.在分析装载机整机系统组成和装载机工作装置设计要求与方法的基础上,借助于虚拟样机基本理论的指导,提出了一种基于Pro/E、ADAMS和ANSYS软件的装载机工作装置虚拟样机的实现策略。 3.研究了基于特征的参数化建模技术,在分析工作装置的约束及尺寸参数的基础上,建立了装载机工作装置的参数化特征模型。 4.探讨了应用ADAMS软件建立动力学仿真模型的方法,基于对装载机在对称载荷与极限偏载两种典型工况下的受力特点的分析,建立了装载机在这两种工况下的动力学仿真模型,并进行了仿真分析;分析了装载机工作装置液压系统的工作原理,利用ADAMS/Hydraulic模块建立了液压系统仿真模型,并实现了与工作装置机构模型的结合。 5.基于在动力学仿真中获得的装载机动臂铰孔的受力数据,应用ANSYS软件对动臂进行了结构静力的有限元分析;探讨了对工作装置进行机构/结构优化的方法,提出了一种基于虚拟样机技术、神经网络和遗传算法的优化设计策略。
张同强[6]2014年在《轮式装载机工作装置优化设计研究》文中进行了进一步梳理装载机工作装置是自带转斗油缸和举升油缸的空间多杆机构,是装载机的重要组成部件,主要用来完成装卸作业。工作装置最初的设计方法是类比法和作图试凑法,这两种设计方法相对落后,在过去却起到重要作用,但其缺点也是显而易见的,设计人员需要完成大量艰苦的工作,而且设计过程容易依赖样机,不利于实现创新。因此,装载机生产厂商越来越注重对优化设计方法创新的研究。论文主要就以下几个方面进行研究:(1)阐述装载机工作装置研究的背景与意义,叙述国内外的相关研究现状和研究趋势。指出装载机工作装置的优化设计系统的研究与开发的必要性。(2)介绍工作装置的基本结构以及常见的几种结构类型,明确工作装置设计的要求与主要技术参数。阐述工作装置强度和油缸作用力的求解方法,并对工作状态下工作装置的整体受力以及各组成部件的受力状况进行详细地研究分析。(3)在分析归纳国内外学者关于装载机工作装置研究成果的前提上,根据研究需要,建立起一个可以详细描述工作装置各杆件位置关系的优化模型。明确本文所设计方案的设计变量、目标函数、约束条件,为后期研究做好准备工作。(4)对传统复合形法的基本思路和设计步骤进行论述总结,分析对复合形法进行改进的必要性,介绍几种常见的改进方法。确定优化方案中参数变量、约束要求和最终要实现的目标。最后对工作装置结构进行优化,并利用MATLAB和叁维软件的仿真模块优化对结果的准确性进行初步验证。(5)依照系统的开发设计原则,基于VB与MATLAB完成轮式装载机工作装置优化系统的设计、开发与应用。根据系统的优化结果,建立工作装置参数化模型,通过运动仿真和有限元分析,验证系统设计的准确度。(6)对本课题研究过程进行归纳梳理,并对今后需要展开的工作进行展望。
蔺晓风[7]2010年在《微遗传优化与iSIGHT集成技术研究》文中研究指明本文针对工程机械优化设计,在国家基金(NO.50575039)的支持下,研究一类智能优化设计方法(改进微遗传算法),并将其集成到iSIGHT优化设计平台。工程机械的种类繁多,而且工程机械大多是在野外作业,因此对工程机械的质量、寿命和可靠性等的使用要求,以及生产成本、适应范围和维护费用等经济性要求也越来越高。工程机械的优化设计已经成为我国工程机械设计领域的发展趋势。当前工程机械优化设计问题具有设计变量多、设计目标函数复杂和约束条件多为非线性的特点。传统基于梯度的优化方法求解上述问题存在困难,使得智能类优化设计方法(比如遗传方法)得到应用。iSIGHT软件可以集成仿真代码并提供优化设计方案,为工程机械优化提供了技术支持。本课题为克服常规遗传算法计算量大、收敛速度慢等缺点,采用一种改进的微遗传算法(简称μGA-BLX):在交叉操作上采用了BLX-α算子,增强了算法的搜索能力;在变异操作上引入柯西变异算子,增强了种群多样性。并且在算法重新初始化阶段引入算法个体池,减少重新生成个体的盲目性。并将μGA-BLX集成到iSIGHT优化算法中,试图解决工程机械优化问题。本文主要研究工作如下(1)针对遗传优化的工作量大且收敛速度慢的缺点,经实验选择遗传算子,对微遗传算法进行改进,并通过行星传动变速机构的参数优化和链传动优化验证μGA-BLX的可行性。(2)针对门式起重机,给出基于iSIGHT的设计流程;通过阐述iSIGHT的Tcl语言结构,研究iSIGHT的二次开发技术,并给出μGA-BLX算法集成的关键技术。(3)基于上述集成的μGA-BLX算法。在iSIGHT环境下对挖掘机工作装置和装载机变速箱进行优化设计,通过它们优化实验结果来验证本文方法的可行性。
张晓霞[8]2008年在《遗传算法在机械设计优化中的应用及运动学仿真技术研究》文中研究表明遗传算法(Genetic Algorithm)是一种模拟自然界生物进化的搜索算法,它是一类借鉴生物界进化规律(适者生存,优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机优化搜索方法。本文在介绍遗传算法的起源、历程、遗传算法的基本原理以及遗传算法应用特点的基础上,对遗传算法各组成要素的具体策略进行研究,在别人改进的遗传算法的基础上,提出了两种改进的遗传算法。最后利用遗传算法和改进的遗传算法对机械优化设计进行了实例研究,还对运动学仿真进行了一些研究,通过仿真证明了机械优化设计的效果。为此,本文的主要工作包括:(1)研究模式定理,遗传算法的收敛性,染色体的编码方式、适应值评价函数、选择算子、交叉算子、变异算子和参数选择,还有一些别人改进的遗传算法。(2)在别人提出的改进的遗传算法基础上提出了两种改进的遗传算法:基于小生环境的自适应遗传算法模拟退火算法和基于模式定理改进的遗传算法与自适应遗传算法的结合的遗传算法。(3)利用遗传算法在机械优化设计领域的应用进行了实例研究。主要是利用改进的遗传算法在机械零件可靠性设计和平面连杆变幅机构轨迹的应用和基本遗传算法解决平面四杆机构优化设计。(4)最后讲述了运动学仿真软件ADAMS,还有优化设计与运动学仿真相结合的应用。
王晓云, 罗丹[9]2010年在《基于混沌遗传算法的装载机工作装置连杆机构优化设计》文中研究指明装载机工作装置连杆机构设计的合理与否直接影响装载机的工作性能。通过对装载机连杆机构的运动学分析,确定了以连杆机构传力比最大为目标函数,以与销轴位置有关的连杆尺寸为设计变量的优化模型,采用遗传算法结合混沌优化技术确保优化结果全局性收敛。通过实例验证,此方法高效可行,优化结果不但有效地提高了连杆机构的传力比,同时还减轻了连杆机构的质量,可作为工程设计的参考。
张永胜[10]2011年在《基于遗传算法的大型装载机工作装置优化设计》文中进行了进一步梳理装载机工作装置优化是比较典型的机构优化问题,而与普通优化问题不同之处在于该优化没有明显的目标函数,或者说目标函数较多,约束条件和目标函数之间没有明显的界限,如可将传力比作为目标函数也可将平移性或自动放平性作为目标函数甚至可以将卸高、卸距当作目标函数。设计变量可以是各铰点的坐标,但是以坐标作为设计变量不利于设计者对机构的直观了解,因此我们将各铰点间的距离和一些必要的角度作为设计变量,那么各铰点的位置就可以通过这些长度变量以及角度表示出来。为验证结果是否可行,选用虚拟样机仿真试验的方法。这种方法可大大降低了试验成本,同时得到的结果具有足够的可信度。确定设计变量和目标函数后,可以根据性能要求建立约束条件,建立约束条件是整个设计过程中的重中之重,因此这里用了大量篇幅详细讲述了约束的建立过程,之后就可以利用先进的计算机算法——遗传算法进行求解,求解时为解决初始种群匮乏的问题,可以将开始优化得到的非最优解添加到初始种群中,逐步使其丰满,再逐步淘汰初始种群中的劣质个体,以得到最优解。本论文针对LW1200K的工作装置初步设计方案,在保证卸载高度和卸载距离的基本前提下,进行了关键铰接点的位置优化分析,完成了铰接点坐标值的初步确定,通过ADAMS进行了关键件的受力状态分析,结果可以满足12吨大型装载机的设计需求。
参考文献:
[1]. 基于遗传算法的装载机工作装置优化设计应用研究[D]. 熊雪峰. 西北农林科技大学. 2001
[2]. 轮式装载机工作装置多学科协同优化技术的研究[D]. 李星. 集美大学. 2012
[3]. 基于遗传算法的装载机工作装置优化设计研究[J]. 钟默, 高公如, 张义华, 韩斌, 张学春. 现代制造技术与装备. 2014
[4]. 装载机工作装置的结构类型综合与优化[D]. 何鹏飞. 大连理工大学. 2013
[5]. 基于虚拟样机的装载机工作装置的设计[D]. 曹超群. 大连理工大学. 2004
[6]. 轮式装载机工作装置优化设计研究[D]. 张同强. 青岛科技大学. 2014
[7]. 微遗传优化与iSIGHT集成技术研究[D]. 蔺晓风. 大连理工大学. 2010
[8]. 遗传算法在机械设计优化中的应用及运动学仿真技术研究[D]. 张晓霞. 中北大学. 2008
[9]. 基于混沌遗传算法的装载机工作装置连杆机构优化设计[J]. 王晓云, 罗丹. 矿山机械. 2010
[10]. 基于遗传算法的大型装载机工作装置优化设计[D]. 张永胜. 吉林大学. 2011
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