（河南电力器材公司 河南漯河 462000）
摘要：科技的进步是经济快速发展的前提，也是整个社会文化水平提高的一种表现。市场化经济新时期，在科技推动下，打破了传统的粗放式人工操作模式，逐渐向数字化、信息化、机械化、智能化和节能环保的方向发展。本文针对随动装置数字化设计进行了深入的研究，在研究时结合了当前的创新理念和原有的研究成果，并根据实际的经验和模拟试验，对设计过程的优化展开了详细的分析，并给出了针对性的见解，为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：随动装置；数字化设计；优化方案
1、随动装置的设计方案
对于随动装置在设计时要根据原有的方案和实际情况，并引入创新理念来展开设计，并且保证设计出的方案能够更加智能，与此同时，还要对设计成本进行有效控制，实现设计的“低成本，高收益”，经过总结，在设计时主要从以下几个环节入手：
1.1需求性分析
通常情况下，随动装置主要由三个主体部分组成，分别是随动系统、支撑系统和传动系统。设计时的基本原则就是满足产品的使用功能，相关的本质特性达到一定的标准，并且尽量保证整体结构较轻，在使用时灵活方便，控制能力较强，使其能够快速准确的运行。
1.2设计方案实施
传统的设计模式在具体实施时主要就是根据经验进行相关方案的初步制定，因此，属于一种经验性的操作，在初始方案确定之后，进行实体样机的试制，为了保证方案的合理性，还需对操作过程进行试验论证，优化产品中的不足之处，改良布局的不合理位置，使产品的性能更好的满足实际的需求。这种传统的方法在试验过程中，会对样机形成一定程度的破坏，从样机的结构到功能都会受到影响，为了满足试验的准确性，能够更客观的对设计进行评价，就需要试制多个样机，这样一来，就增加了工作成本和工作量，也延长了工作周期，还对产品的使用安全和使用寿命产生了影响，过程过于繁琐，不够智能，需要改进。
1.3方案优化设计
①变量设计的优化
首先进行随动装置俯仰传动系统的简图设计，在图形中，我们将G点确定为俯仰体的重心，在底座位置布置铰点A和B，在俯仰体之上布置铰点C，并将AC设置为俯仰之间的油缸，将BC与水平线之间形成的初始夹角用а来表示，（x1，x2），（x3，x4），（x5，x6）分别代表A、B、C三个铰点的位置坐标。并将C1（xc，yc）作为俯仰角发生位移时，角度随位移发生变化后的具体坐标，具体图形如下：
X=[x1，x2，x3，x4，x5，x6]T
②目标函数的制定
为了实现成本的有效控制，降低成本投入，并且提高整体的工作效率和质量，在进行目标优化时，分别选取俯仰传动油缸初始状态和末尾状态中数值最大的作用力来假定金丝功率的加权函数，得出目标函数表示法为：
Ｆ（ｘ）＝ｋ１ｍａｘ（ＦＣＴ，ＴＣＬ）＋ｋ２Ｐ
＝ Ｆ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５，ｘ６）
③约束条件设定
对于铰点及重心空间的约束可以采取以下方法：第一，对于每个需要进行明确标出位置坐标的点要符合空间布置可能性的要求；第二，对于俯仰传动油缸初始状态下的长度、行程大小以及稳定性运行要进行合理的掌控。
传动角的约束条件：在传动角度设定时，务必保证传动性能满足要求，通常情况下，将其设定为在10°以上。
对于俯仰运动过程防死点在约束时主要从以下几点来进行：如果A、B、C三点同时处于一条直线上时，那么就会出现相应的死点位置，所以必须注意死点的防治，尽量保证三点不共线的状态。
有关于俯仰传动油缸推力与拉力也要进行有效的约束，这一过程，主要在油缸初始时的推力与最终所产生的拉力之间选出数值较大的一个，并保证这一数值在一定范围内即可。
综上所述，我们可以得出，对于俯仰传动系统的布局优化设计就是一种处于相应的约束条件下的非线性优化行为，具体优化过程，所采用的是复合型优化方法，进行优化之后的效果表现为：电动缸最大作用力减小到员阿里的72%，最小传动角度增加至原来的1.3倍，电动缸初始长度加大了3.7%，电动缸行程增加至原来的1.18倍，电动缸平均功率减小到原来的85%。
2、性能评价及优化
2.1动力学仿真
有关于随动装置俯仰运动的动力学仿真，在进行具体操作时，要先进行仿真分析，通常情况下，使用的是AD—AMS求解器，结果的曲线图如下：
从图中我们可以看出，铰点的受力曲线变化基本相同，双传动系统在布局上是对称的，所以说，俯仰双传动系统对应的铰点具体受力应该一致，为负载力数值的50%。
2.2结构强度分析
在结构强度分析时，主要的对象就是关键零部件，采用的方法是有限元仿真评估法，这一过程中，要注意保护产品不受损害。
2.3整机抗冲击分析
对于随动装置的抗冲击分析，要基于模态分析来开展。首先计算出装置的固有频率和各阶振型，然后选取相应的频率和振型结果进行模态分析；然后对装置分别在三个方向上进行谱分析；接下来进行模态合成，获取不同方向的冲击响应情况，结果得出，当横向冲击力在235MPa以上时，区域内的U型支撑、连接处以及正下方的底板处受损严重，需要改进。
2.4结构拓扑优化
结构拓扑优化的主要目的就是为了减少装置的重量，降低制造成本，以U型架为例，在进行优化时，首先要利用相应的软件制绘出架体的网络模型，然后对其添加约束条件，接下来进行优化目标的制定，并开始计算，最终得出优化结果。
结束语
本文重点论述了随动装置的优化方案，目的在于提高装置的运行效率和质量，提高实际价值，分贝从装置的数字化、智能化和机械化等多角度站考了分析，为随动装置的发展奠定了基础。
参考文献：
[1]方子帆，杨守期，曹钢，等.随动装置数字化设计关键技术及其应用研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2016，38（2）：65-70.
[2]王成刚，晏芙蓉，何凡，等.随动装置数字化设计及其优化分析[J].机械，2016，43（10）：1-5.
论文作者:朱玉鹏1,张亚蒙2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/31
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