林福泰

摘要：本文通過對(duì)機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)工作裝置以及各構(gòu)件之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析，確定機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)，使其可以滿足更多挖掘任務(wù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式;礦用挖掘機(jī);動(dòng)臂結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

前言

機(jī)械式礦用挖掘機(jī)的應(yīng)用大大降低了挖掘的難度，同時(shí)提高了工程加工的進(jìn)度，但是針對(duì)具有較高難度的挖掘工作，還需要機(jī)械式礦用挖掘機(jī)具有良好的動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，可以靈活的變換?；诖?，需要從動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的工作裝置、行走裝置和回轉(zhuǎn)裝置對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸對(duì)整體運(yùn)行的影響，使動(dòng)臂結(jié)構(gòu)可以與挖掘任務(wù)形成統(tǒng)一的挖掘軌跡，提高挖掘工作的綜合質(zhì)量。動(dòng)臂是礦用挖掘機(jī)工作裝置的主要構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既可以提高工程挖掘進(jìn)度，又可以提高工作裝置的整體性能，所以使用者要積累更多的挖掘工作經(jīng)驗(yàn)，明確各組件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，提高設(shè)計(jì)水平和分析效率。

1.機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

1.1運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)礦用挖掘機(jī)理想挖掘軌跡的影響

在礦用挖掘機(jī)實(shí)際工作的過程中，斗齒尖端會(huì)在挖掘工作面產(chǎn)生一條自下而上的跡線，這條軌跡會(huì)受到動(dòng)臂結(jié)構(gòu)工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響，因?yàn)樵邶X尖運(yùn)行的過程中，會(huì)形成固定的挖掘軌跡，而動(dòng)臂結(jié)構(gòu)為了簡(jiǎn)化挖掘的難度，會(huì)減小挖掘阻力，然而，鏟斗的切削角度很難保持不變，挖掘軌跡自然會(huì)發(fā)生變化。鏟斗在完成一次完整的挖掘行為后，挖掘初始位置會(huì)隨著鏟斗伸出長(zhǎng)度的變化而變化，這時(shí)，任一時(shí)刻的斗桿伸出長(zhǎng)度都會(huì)改變轉(zhuǎn)角的角度，所以礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)必須結(jié)合實(shí)際的挖掘工作，對(duì)各個(gè)運(yùn)行運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行充分的分析，進(jìn)而明確挖掘軌跡控制的方法[1]。

1.2工作裝置動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定

工作裝置動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定內(nèi)容主要包括：提升機(jī)構(gòu)提升速度的分析、推壓機(jī)構(gòu)推壓速度的分析、挖掘機(jī)挖掘阻力的分析、鋼絲繩與天輪切點(diǎn)坐標(biāo)的分析。其中，提升機(jī)構(gòu)提升速度的分析主要針對(duì)礦用挖掘機(jī)鏟斗初始位置的變化位置。推壓機(jī)構(gòu)推壓速度的分析需要結(jié)合礦用挖掘機(jī)的一個(gè)完整工作循環(huán)，確定斗桿的推出量，然后以推壓機(jī)構(gòu)推壓軸回轉(zhuǎn)速度為主要依據(jù)，明確推壓軸驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)角速度[2]。挖掘機(jī)挖掘阻力的分析是在鏟斗挖掘作業(yè)中，結(jié)合鏟斗受到的切削阻力和裝土阻力，確定準(zhǔn)確的挖掘總阻力和兩個(gè)分力對(duì)挖掘工作的影響力度，實(shí)際需要分析的數(shù)據(jù)包括：鏟斗切削邊寬度、切削層厚度、挖掘比阻力。鋼絲繩與天輪切點(diǎn)坐標(biāo)的分析需要根據(jù)挖掘工作的物理模型，對(duì)挖掘過程中各個(gè)構(gòu)件之間的相互運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行描述，確定提升鋼繩位置是否與天輪保持在相切的關(guān)系中，在切點(diǎn)位置時(shí)刻變化的過程中，變化的程度是否會(huì)影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，這都是鋼絲繩與天輪切點(diǎn)坐標(biāo)分析的主要內(nèi)容[3]。

2.機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容

2.1基于APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

基于基于APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要正確選擇設(shè)計(jì)的方法，其中，APDL軟件可以從零階開始優(yōu)化，求得一個(gè)函數(shù)來表示完成空間的擬合目標(biāo)，這種優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式得到的優(yōu)化值可以更加準(zhǔn)確的反映出動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。根據(jù)機(jī)械式礦用挖掘機(jī)實(shí)際的使用需求，在對(duì)運(yùn)行狀態(tài)變量、設(shè)計(jì)變量分析的過程中，一定要確定程序的準(zhǔn)確性和安全性，狀態(tài)變量要能對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行控制，優(yōu)化求解的途徑也要體現(xiàn)出多樣性，這樣才能滿足復(fù)雜挖掘任務(wù)的應(yīng)用需求[2]。

2.2動(dòng)臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程分析

在APDL結(jié)果優(yōu)化結(jié)束之后，需要對(duì)機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)際的設(shè)計(jì)流程是：首先，需要對(duì)變量進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)，初始化設(shè)計(jì)變量會(huì)根據(jù)參數(shù)化類型建模，通過加載和求解提取出分析結(jié)果并指定優(yōu)化變量，然后，把變量添加到指定的優(yōu)化分析文件中，通過OPT的作用，整個(gè)優(yōu)化過程進(jìn)入到優(yōu)化參數(shù)的評(píng)價(jià)階段，如果評(píng)價(jià)結(jié)果為非最優(yōu)解，則優(yōu)化數(shù)據(jù)會(huì)再次進(jìn)入到指定的優(yōu)化分析文件中，通過OPT的作用，則會(huì)再次進(jìn)入到評(píng)價(jià)模式，對(duì)優(yōu)化文件進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。最后，最優(yōu)解通過收斂作用退出OPT程序，得到最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，這種動(dòng)臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程準(zhǔn)確，利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，更加明確的體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和流程，有利于設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

3.結(jié)語(yǔ)

在上文分析的內(nèi)容中，筆者結(jié)合機(jī)械式礦用挖掘機(jī)動(dòng)臂運(yùn)行與運(yùn)動(dòng)學(xué)之間的關(guān)系，指出了運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)挖掘機(jī)軌跡和運(yùn)行過程的影響程度，基于此，設(shè)計(jì)出動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化流程和內(nèi)容?；趯?shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，針對(duì)技術(shù)問題也可以更好的利用現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行解決，體現(xiàn)出了高效的控制能力。

參考文獻(xiàn)：

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