关于ADAMS重型自卸车举升机构的仿真优化研究

　　引言
　　近年来，随着经济的发展，市场对重型自卸车的需求量大大增加，这类自卸车广泛应用于使用条件比较恶劣的矿山工地，举升机构是自卸车的核心机构，设计时既要考虑运动学问题，又要考虑机构的强度问题。若举升机构设计不当，容易发生结构的早期断裂现象。自卸车的举升机构可分为直推式和连杆组合式两大类。直推式设计简单，易于计算，但油缸行程长，一般采用多级油缸，成本高。连杆组合式油缸行程短，可采用单级油缸，制造工艺简单，机构经优化后可得到较小的油缸力曲线，但由于其结构复杂，设计计算比较困难。
　　传统的设计方法是采用作图法，效率低且精度差。近来出现利用计算机编制优化程序进行设计的一些方法，计算精度得到了提高，但程序一般只针对一种类型的举升机构，程序通用性差而调试工作量大，如何保证程序的可靠性也是令人头疼的问题。随着CAE技术的成熟，虚拟样机技术得到了广泛应用，工程技术人员可以利用CAD软件建立三维机构模型，在CAE软件中对其施加铰链及运动约束，模拟现实中的机构运动并进行仿真优化，得到所需的设计数据，精确度高并大大缩短开发周期，降低了成本。
　　采用世界一流的多体动力学仿真软件ADAMS的虚拟样机技术，对某汽车厂重型自卸车的浮动油缸式举升机构进行仿真优化研究，目的是对原有机构进行优化，在给定举升质量和满足最大举升角的前提下，改变机构尺寸，使油缸举升力最小，降低油缸的制造成本。
　　1虚拟样机的建立
　　1。1建立模型
　　ADAMS软件的建模能力不强，虚拟样机的三维模型可利用Catia、UG等三维CAD软件建立，再导入ADAMS软件中。本次设计为了简化模型、加快设计进度，在ADAMS直接建立图1所示的抽象模型，并不影响计算结果。
　　长方体为装载货物的车箱，总质量为40t，假设在工作过程中总质量不发生变化；A为后铰链点，BD为拉杆，CE为油缸，DEF为三角板。AF点均为圆柱副连接，油缸CE由两个连杆组成，相对运动为滑动副，施加平移驱动。施加运动副时，要注意其方向正确性并不得有多余约束，否则不能完成运动仿真。
　　要找到一个最佳位置，使油缸举升力最小，并满足自卸车其它方面的要求。各点的初始位置可以由原车型各点的设计位置来确定，A点为原点。
　　1。2虚拟样机的仿真
　　模型建立后进行一次仿真，油缸行程按850mm，输出油缸举升力随活塞行程的变化曲线（见图2）。油缸举升力最大值为（6。88105）N。
　　1。3模型的参数化
　　进行优化要定义设计变量，设计变量的值是可以改变的。以BF点的x、y坐标作为设计变量，当各点的坐标变化时，杆件和结构尺寸也发生相应的改变，系统自动修改模型，不需要人工干预，提高了优化效率。
　　定义设计变量的值时要注意它们的取值范围，这个取值范围取决于车箱底架及副车架的结构布置，并不与举升机构产生干涉。将定义好的设计变量代入各点坐标中，即完成了虚拟样机的参数化过程。
　　1。4建立约束条件
　　为了使自卸车能将货物卸干净，举升角应大于货物的安息角。该型自卸车主要用于运载煤炭，煤炭的安息角为2745，设计时最大举升角取50，在优化过程中需要满足这一约束条件。定义约束条件时首先定义一个测量（取名MEAANGLE）以获得仿真过程中的举升角。
　　2优化计算
　　前述工作完成后便可进行优化分析。在满足约束条件的前提下，优化程序在设计变量的取值范围内自动对其进行调整，最终得到使油缸力最小的设计变量值。软件ADAMSView提供了一个友好的用户界面，可以输出各种力、位移、速度、加速度等曲线，便于用户直观了解在优化过程中约束条件、目标函数等测量的变化情况。
　　本次优化涉及十个设计变量，要在一次计算中同时对这么多的设计变量进行优化，往往由于计算过程中各设计变量的取值产生矛盾，而使计算失败。因此，对于这种设计变量较多的情况，应先对部分设计变量进行优化，得到一个优化结果，再对其它设计变量进行优化。
　　为了确定第一次优化的设计变量，需要对每一个设计变量进行分析，研究其敏感度，即对目标函数的影响程度，选择最高的变量作为第一次优化的设计变量
　　3结束语
　　本次优化的结果，确定了关键点的坐标，也就确定了机构的最佳尺寸。ADAMS仿真的另一个应用是求出支点（A、B、C、F点）的反力，为车架和车箱的结构计算提供载荷条件。而举升机构的进一步有限元计算也可以在ADAMS中进行，这时要建立机构的实体模型，通过CAE软件（如Nastran、ANSYS等）转换为中性文件，再导入ADAMS中计算。