刘琪
武汉汉口机床厂 湖北省 430062
摘要：在ADAMS软件的帮助下，折臂式起重机的参数化模型成为近十年来的研究对象。将模型铰链视为参数化数值设计变量，以最大力为目标函数。同时确定了起重机工作机构的极限函数和性能极限函数以及机构的最优参数，仿真结果表明，液压系统的压力降低，冲击小，机构更紧凑。
关键词：折臂式随车起重机；工作机构；设计研究
前言：
近年来，国内开展了折叠臂汽车起重机的研究。分析了汽车起重机变幅机构的主要形状、公式和特点，介绍了变幅机构的设计，并利用ADAMS软件进行了翻臂汽车起重机动态仿真的虚拟样机，得到了臂架液压缸的受力曲线，并对其进行了动态仿真为总体方案设计和开发奠定了基础；根据实时作业的高度和振幅法，确定了升降性能的二维分布。
本文利用ADAMS软件提供数值建模和优化功能，以满足各种约束条件，在指定的设计变量范围内，对折臂式随车起重机构成进行了优化设计，并对各焦点位置进行了优化。结果表明，通过优化工作机制，可以大幅度提高集料速度，增加各杆筒的应力，改善举升性能。
1 折臂式起重机工作机构分析与建模
1.1工作机构的分析
如图1所示。折臂起重机的工作机构主要由立柱、臂架、起重臂、连杆、臂油缸、起升油缸等组成，由臂架油缸、立柱、四连杆机构组合而成与动臂油缸相对应的六杆变幅机构，动臂和四杆机构成与动臂油缸机构相对应的六杆变化率。由于折臂起重机没有起升机构，因此，折臂起重机的工作机构主要由臂油缸和臂油缸对应的变幅机构组成，通过臂组的联合运动来实现起升操作。
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1.2工作机构模型的建立
图中有10个节点，都是设计点。第2、3、4、5、7、8、10和9点是四个机关的工作日期。点1和6是两个液压缸的安装点。在坐标系中，分析了10个工作点位置对两个液压缸强度的影响。因此，在建模过程中，必须保证模型的所有铰链节点都具有定位精度。在ADAMS中进行参数化建模时，当刀具工作机构处于实际折叠位置时，对10个铰链螺母的位置坐标进行建模，并对模型进行简化。由于起重机在运行过程中速度变化不大，故忽略了转动惯量对机构的影响。几何结构对机构的影响将被忽略。质量的零件，添加中场的位置，然后在ADAMS中手动添加。
2数学模型优化设计
2.1目标函数
起重机的工作机构降低了动臂油缸的输出量，有助于减小油缸直径，降低无减速系统的能耗。因此，在动臂油缸输出最小的情况下，对优化目标函数进行了改进。因此，工作机构可视为两缸抽油机组成；起重机六个转向机构的优化方法。当然，工作场所的优化是一个多目标优化问题。这一贡献将是多目标优化方法中最重要的目标法，用于解决二冲程耦合机构的优化问题。施加在气缸上的最大力至少是一个目标函数。由于臂油缸的操作比旋转臂油缸更强大、更复杂，因此，第一个目标函数优化是对应于移动圆柱的六杆连接，第二目标是优化对应的联动油缸功能。
2.2约束条件
在优化设计过程中，设计变量不断变化，以达到目标函数的最小值。在Adams环境下，从多个方面优化了起重机的性能限制和边界条件，并定义了边界条件。
（1）为了保证工作机构Hmax的最大提升高度（相对于h大于11600 mm），叉车的最大提升高度被视为一个优化函数。
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3基于 ADAMS的机构优化设计
根据折叠臂汽车起重机的起升特性曲线，工作范围为9.5m，起重量为3.7t，先吊臂油缸。当动臂达到水平位置时，动臂油缸将提升动臂并将其运输到最大动臂提升位置。为了了解设计变量对目标函数的影响，优化前目标函数的灵敏度分析表明，与动臂油缸dv5、dv6、dv7、dv9和dv10相对应的设计变量DV对设计变量dv13、dv14、dv15、dv17具有高度的敏感性，dv18和dv19在与动臂油缸相对应的6个机构中具有较高的灵敏度。
3.1优化六连杆变幅机构的动臂
通过对比可知，动臂最大受力为0.7，即动臂油缸最大受力为0.7。优化前臂架油缸最大受力比降低8.02%，优化后臂架油缸平均受力比降低2.5%。从力曲线可以看出，优化后的执行器气缸上的力在21秒内以5-a的速度显著减小。在0～5s，22～30s，臂上受力缸增大，臂油缸的受力曲线在整个提升过程中得到软化，提高了液压系统的稳定性和系统提升速度的稳定性，减少了系统的动态工作量，提高了工作机构的工作效率。
3.2对六杆变幅机构的臂架油缸进行了优化设计
分析比较表明，优化后的下臂油缸最大载荷为840kn，平均载荷为560kn。优化后的动臂油缸最大受力为602kn，平均受力为413kn。优化后，悬架臂油缸最大应力值降低了28.6%，平均应力值降低了26.8%。从受力曲线可以看出，优化后的臂架油缸负载在0-6秒内增加；在6~30秒内，臂架油缸压力下降更明显，波动更平稳，有利于液压系统的工作稳定性，稳定的提升速度提高了工作机构的性能。通过机构优化，臂油缸由变幅机构组成，L23长度为187mm，L45长度为160mm。动臂油缸由吊臂组成。由于L45和L910优化了臂架机构的特性，使臂杆长度变短，机构更紧凑。优化后最大提升高度为11.61m，满足折臂起重机的要求。
4 结论
本文采用多目标优化方法的主要目标进行优化。结果表明，起重机的工作机构将被压缩成两个独立的六连杆结构和相应的机构。动臂油缸的主要目标是合理优化工作机构和标准功能。臂式汽车起重机工作机构的优点分析参数更合理，结构更紧凑，受力更合理。臂架油缸和臂架油缸的最大应力值不降低8.02%和28.6%，平均力分别降低1,3%。按8%的比例使力的波动稳定，减小了液压冲击，提高了起重机的工作效率。
参考文献
[1]马俊, 李自贵, 晋民杰, et al. 折臂式随车起重机工作机构设计研究[J]. 建筑机械(下半月), 2014(6):86-90.
[2]唐玉峰. 折臂式随车起重机工作机构设计研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2018, 000(029):3969.