第30卷第3期2009年3月煤矿机械CoalMineMachineryVol.30No.3Mar.2009基于ADAMS的挖掘机工作装置的仿真与优化设计潘玉安1,程洪涛2,姜迪友2,梁刚3,聂陶荪1(1.景德镇陶瓷学院机电工程学院,江西景德镇333403;2.江西蓝天学院(瑶湖校区,南昌330098;3.景德镇高等专科学校,江西景德镇333000摘要:建立了该类反铲挖掘机工作装置虚拟样机的ADAMS仿真模型,基于虚拟样机技术和广义简约梯度法以铲斗、斗杆和动臂油缸的工作压力最小为目标,对铲斗机构、斗杆机构、动臂机构的构造点进行了仿真优化设计。仿真结果表明,在规定的约束条件下,工作装置达到了优化设计的目的。关键词:ADAMS;挖掘机;工作装置;仿真中图分类号:TD422.2文献标志码:A文章编号:1003-0794(200903-0015-03BasedonADAMSofWorkingEquipmentofExcavatorDeviceSimulationandDesignOptimizationPANYu-an1,CHENGHong-tao2,JIANGDi-you2,LIANGGang3,NIETao-sun1(1.MechatronicsCollege,JingdezhenCeramicInstitute,Jingdezhen333403,China;2.JiangxiBlueSkyUniversityYaohuBranch,Nanchang330098,China;3.JingdezhenComprehensiveCollege,Jingdezhen333000,ChinaAbstract:BackhoeworkdeviceoftheclassvirtualprototypeADAMSsimulationmodehasbeenestab2lished.Theminimumtargetwhichbucketandarmandboomoilcylinderofworkingpressurebasedonvirtualprotoypingtechnologyandgeneralizdedreducedgradientmethod.Optimizedthebucketmecha2nism,armmechanismandboommechanismoftheconstructionpoint.Undertheregulationsofconstraintconditions,thesimulationresultsshowthatitsuccessfully.Keywords:ADAMS;excavator;workingequipment;simulation0引言单斗挖掘机是一种应用广泛的工程机械。由于它的经济性及具有适应多种用途的优点,液压挖掘机已成为工程机械的主流产品。单斗挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、水力、矿山、市政施工等土石方施工中均占有重要地位,是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工设备,是国民经济迫切需要的装备。挖掘机反铲工作装置的优化设计是一个复杂的非线性规划问题,选择一种较为合适的算法对于问题的求解是有很大帮助的。1优化算法的分析简约梯度法是非线性规划的单纯形法应用于仅具有线性约束的非线性规划问题,于1963年由Wolfe提出,该方法利用约束条件把一些变量用另一些变量来表示,即将变量空间简约(降维,并根据目标函数在简约空间的梯度确定搜索方向,因此该方法称为简约梯度法(简称RG法。1969年Ab2adie等人将简约梯度法推广到非线性约束的优化问题,产生了广义简约梯度法(简称GRG法。AD2AMS提供OPTDES-GRG(广义简约梯度算法和OPTDES-SQP(二次规划算法2种算法,通过分析和比较,本文采用了数学规划法中的广义简约梯度法作为优化算法。广义简约梯度法在通用性、有效性和可靠性等方面在各类非线性规划中都是较突出的,此算法同其他有效约束优化一样,可以在某方向微小位移下保持约束的有效性。其特点是寻优时沿边界进行搜索,而结构优化的解往往是位于边界上。广义简约梯度法是简约梯度法推广到具有非线性目标函数和非线性约束问题的处理方法,其实质都是通过变量的隐式消元,转化为无约束极值问题处理。GRG法是目前求解约束非线性最优化问题最有效的方法之一。GRG法所求解的非线性规划问题可归结为如下形式minF(XXEn∈s.tH(X=0L≤X≤UL,UEn∈式中H(X=[h1(X,h2(X,…,hm(X]TL=[l1,l2,…,l2]T,U=[u1,u2,…,un]T在求解时,首先将X的全部分量分解为2部分,即:X=XBXN式中XB———基向量,m维;XN———非基向量,n-m维。相应地,有L=LBLN,U=UBUN由隐函数存在定理可知,存在连续映射XB=V(XN(1目标函数F(X转化为F(X=F(XB,XN=f(XN(2于是,原来n个变量的目标函数F(X变为n-m个变量的函数f(XN。则f(XN在Xk关于XN的梯度即为简约梯度。则F(X关于XN的简约梯度为f(XkN=NF(Xk-NH(Xk[BH(Xk]-1BF(Xk(3简记简约梯度f(XNk=[r1,r2,…,rn-m]T(4定义Sk=[s1,s2,…,sn-m]T其中Skj=当xkm+j=lm+j且rj>0时,或当xkm+j=um+j且rj>0时-rj,其余情形(5使得Xk+1N=XkN+αSk(6然后令Y=XkB,用式(7进行迭代Yc+1=Yc-[BH(Y0,Xk+1N]-1H(Yc,Xk+...