高空作业平台工作机构参数化建模与优化设计
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摘要
随着城市化进程的加快,城市电力、建筑、装饰物等各种养护作业已经提到工作日程上来,造船业、城市林业、建筑业等各行业对高空作业装备的需求越来越大、要求也越来越高。高空作业平台作为一种系列化的工程机械设备,广泛应用于船舶、建筑、市政建设、消防、港口货运等行业。本文针对某企业的GTZZ21型高空作业平台,应用CAD建模技术、有限元分析技术和虚拟样机技术,对平台工作机构进行参数化建模与优化设计,提出了一些得到企业认可的结构改进建议。本文研究的主要内容如下：
(1)依据虚拟样机的现代设计理念与技术路线,建立起高空作业平台工作机构的动力学分析模型；
(2)利用有限元分析软件ANSYS对伸缩臂进行有限元分析；有限元分析方法与优化方法相结合,完成结构参数优化设计任务；
(3)设计实验方案,采集物理样机的基本动力学数据,以验证高空作业平台工作机构的动力学模型的正确性和合理性；
(4)以不同的目标函数建立变幅油缸铰点的优化数学模型；
(5)改变结构参数进行工作机构的优化设计,通过对动力学仿真软件ADAMS输出的性能指标以及有限元分析的结果进行比较,从中找出对于在满足起升力矩的情况下变幅油缸受力最小和伸缩臂的危险截面受力最小的结构参数最佳组合,得出最终的优化结果。
With the accelerated urbanization process, the schedule of maintenance work, i.e., urban power, construction and decoration, has already been mentioned up, and the demand on the arm acerial working equipment was higher and higher in shipbuilding industry, urban forestry, construction and other industries. The arm aerial working platform as a series of engineering equipment, was widely used in shipbuilding, construction, municipal construction, fire, port cargo and other industries. In this paper, the parametric modeling and optimization of the arm aerial working platform were studied based on GTZZ21 by applying the CAD modeling, the finite element analysis and virtual prototype technology, and the recommendations for improvement of the structrue being approved by companies were given. The results were as following:
(1) The dynamic model of work organization of the arm aerial working platform was establish according to the modern design concept and method of virtual prototype.
(2) The finite element analysis of the telescopic boom was carried out with the finite element analysis software ANSYS. Furthermore, the stuctural optimization design was realized by using the finite element analysis and optimization method.
(3) The basic kinetic data in the actual prototype were obtained in order to test the accuracy and reasonableness of the dynamic model of the arm aerial working platform.
(4) The optimizational mathematic models of the hinge points of the luffing cylinders were established by different objective function.
(5) The optimization designs of the arm aerial working platform were carried out by changing the structural parameters. Furthermore, the best combination between the least force of the luffing cylinders and the least force of danger cross-section of the telescopic boom meeting to the left movement were determined by comparing the results using ADAMS and those of the finite element analysis, which was the most optimizational results.
(1)依据虚拟样机的现代设计理念与技术路线,建立起高空作业平台工作机构的动力学分析模型；
(2)利用有限元分析软件ANSYS对伸缩臂进行有限元分析；有限元分析方法与优化方法相结合,完成结构参数优化设计任务；
(3)设计实验方案,采集物理样机的基本动力学数据,以验证高空作业平台工作机构的动力学模型的正确性和合理性；
(4)以不同的目标函数建立变幅油缸铰点的优化数学模型；
(5)改变结构参数进行工作机构的优化设计,通过对动力学仿真软件ADAMS输出的性能指标以及有限元分析的结果进行比较,从中找出对于在满足起升力矩的情况下变幅油缸受力最小和伸缩臂的危险截面受力最小的结构参数最佳组合,得出最终的优化结果。
With the accelerated urbanization process, the schedule of maintenance work, i.e., urban power, construction and decoration, has already been mentioned up, and the demand on the arm acerial working equipment was higher and higher in shipbuilding industry, urban forestry, construction and other industries. The arm aerial working platform as a series of engineering equipment, was widely used in shipbuilding, construction, municipal construction, fire, port cargo and other industries. In this paper, the parametric modeling and optimization of the arm aerial working platform were studied based on GTZZ21 by applying the CAD modeling, the finite element analysis and virtual prototype technology, and the recommendations for improvement of the structrue being approved by companies were given. The results were as following:
(1) The dynamic model of work organization of the arm aerial working platform was establish according to the modern design concept and method of virtual prototype.
(2) The finite element analysis of the telescopic boom was carried out with the finite element analysis software ANSYS. Furthermore, the stuctural optimization design was realized by using the finite element analysis and optimization method.
(3) The basic kinetic data in the actual prototype were obtained in order to test the accuracy and reasonableness of the dynamic model of the arm aerial working platform.
(4) The optimizational mathematic models of the hinge points of the luffing cylinders were established by different objective function.
(5) The optimization designs of the arm aerial working platform were carried out by changing the structural parameters. Furthermore, the best combination between the least force of the luffing cylinders and the least force of danger cross-section of the telescopic boom meeting to the left movement were determined by comparing the results using ADAMS and those of the finite element analysis, which was the most optimizational results.
引文
[1]张华,李守林.国内外高空作业机械的现状及发展趋势(上)[J].建筑机械化,2011,(3)：19-24.
[2]张华.纵览中国高空作业机械行业[J].建筑机械,2007,(19)：18-22.
[3]张华,李守林.国内外高空作业机械的现状及发展趋势(下)[J].建筑机械化,2011,(4)：36-40.
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