對(duì)于傳統(tǒng)模式下的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、組織結(jié)構(gòu)布置情況，采用統(tǒng)計(jì)、甚至是作圖拼湊方法，可能性比較大，而且重復(fù)的次數(shù)也比較多。在該種情況下，工作量非常的大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、而且效率也非常的低，因此難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。

　　[摘 要]實(shí)踐中可以看到，針對(duì)當(dāng)前液壓挖掘機(jī)的優(yōu)化設(shè)置，通常局限于挖掘力、挖掘阻力之間的匹配關(guān)系優(yōu)化方面，或者只是優(yōu)化局部機(jī)構(gòu)，未能從全局方面著手對(duì)整體挖掘性能進(jìn)行優(yōu)化。本文將對(duì)礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上提出一些建設(shè)性建議，以供參考。

　　[關(guān)鍵詞]機(jī)械論文投稿,礦用液壓挖掘機(jī),正鏟裝置,優(yōu)化設(shè)計(jì),研究

　　1、礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原則

　　對(duì)于礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置而言，其優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮和堅(jiān)持以下幾個(gè)方面的基本原則：

　　第一，位置特性。礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)滿足主要工作尺寸，同時(shí)還要滿足作業(yè)范圍之要求。即在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)重復(fù)考慮與同類機(jī)型之間的對(duì)比，確保其先進(jìn)性，尤其是主參數(shù)、性能等，應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家及相關(guān)部門之標(biāo)準(zhǔn)和要求。在液壓挖掘機(jī)正鏟運(yùn)輸、停放過程中，姿態(tài)應(yīng)當(dāng)合理。

　　第二，運(yùn)動(dòng)特性。在礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)確保良好的功率利用情況，確保理論工作循環(huán)時(shí)間不能太長(zhǎng)。同時(shí)，還要確保動(dòng)力特性，即滿足液壓挖掘機(jī)的挖掘力、分布狀況滿足要求，重復(fù)考慮挖掘機(jī)的整機(jī)穩(wěn)定性。

　　第三，結(jié)構(gòu)特性。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理的確定不同鉸點(diǎn)的位置，同時(shí)應(yīng)當(dāng)確保結(jié)構(gòu)形狀即受力有利性，在滿足強(qiáng)調(diào)、剛度的條件下，重量越輕則說明其結(jié)果特性越好;在挖掘機(jī)工作裝置中，應(yīng)當(dāng)保證安全可靠性，同時(shí)還要確保拆裝、維修的方便性。

　　2、礦用液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際

　　2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

　　本課題在實(shí)際應(yīng)用過程中，所采用的求解約束優(yōu)化問題主要以直接法求解為主。對(duì)于直接法而言，其原理非常的簡(jiǎn)單，而且較為實(shí)用。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：

　　第一，因求解全過程在可行域中進(jìn)行，所以迭代計(jì)算終止與否，均可獲得比初始點(diǎn)要好一些的設(shè)計(jì)點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)過程中，目標(biāo)函數(shù)是凸函數(shù)，則其可行域也應(yīng)當(dāng)是凸集，這樣可確所獲得的全域解最優(yōu)。實(shí)踐中，因存在很多個(gè)局部最優(yōu)解，所以在選擇初始點(diǎn)時(shí)，其位置也不盡相同，搜索到的局部最優(yōu)解也不相同。基于此，經(jīng)常在可行域中選擇差別相對(duì)較大的一些初始點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從多個(gè)最優(yōu)解中選出一個(gè)最優(yōu)解。同時(shí)，還要求可行域是有界非空集，在有界可行域中存在可以有效滿足所有約束條件的點(diǎn)，而且目標(biāo)函數(shù)也應(yīng)當(dāng)有定義。本問所研究的是采用合形法對(duì)目標(biāo)函數(shù)求解。其中，復(fù)合形法求解的優(yōu)化問題屬于直接解法，基本思路是在可行域中建構(gòu)具有k個(gè)頂點(diǎn)的復(fù)合形。對(duì)該復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較，找到目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(diǎn)，按規(guī)定的法則求目標(biāo)函數(shù)值有所下降的新點(diǎn)，并用該點(diǎn)代替最壞點(diǎn)，從而形成一個(gè)新的復(fù)合形，其形狀每做一次改變，都會(huì)向最優(yōu)點(diǎn)邁進(jìn)一步，最終逼近最優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合形法的算法原理如(圖1)所示。

　　基本的復(fù)合形法的計(jì)算步驟為：

　　1) 選擇復(fù)合形的頂點(diǎn)數(shù)k，一般取n+1≤k≤2n;在可行域內(nèi)構(gòu)成具有k個(gè)頂點(diǎn)的初始復(fù)合形。2) 計(jì)算復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，比較其大小，找出最好點(diǎn)xL、最壞點(diǎn)xH及次壞點(diǎn)xG。3) 計(jì)算除去最壞點(diǎn)xH以外的(k-1)個(gè)頂點(diǎn)的中心xC。判別xC是否可行，若xC為可行點(diǎn)，則轉(zhuǎn)步驟4);若xC為非可行點(diǎn)，則重新確定設(shè)計(jì)變量的下限和上限值，即令a=xL，b=xC，然后轉(zhuǎn)步驟1)，重新構(gòu)造初始復(fù)合形。4) 按xR=xc+α(zc-xh)計(jì)算反射點(diǎn)xR，必要時(shí)，改變反射系數(shù)α的值，直至反射成功，即滿足f(xR)　　2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)程序采用Visual Basic語(yǔ)言編寫，根據(jù)前文所確定的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)思想的流程圖如(圖2)所示。

　　采用復(fù)合形法來求解約束優(yōu)化問題。復(fù)合形法是在可行域內(nèi)構(gòu)造一個(gè)具有K個(gè)頂點(diǎn)的初始復(fù)合形。對(duì)該復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較，找到目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(diǎn)(稱最壞點(diǎn))，然后按一定的法則求出目標(biāo)函數(shù)值有所下降的可行的新點(diǎn)，并用此點(diǎn)代替最壞點(diǎn)，構(gòu)成新的復(fù)合形，復(fù)合形的形狀每改變一次，就向最優(yōu)點(diǎn)移動(dòng)一步，直至逼近最優(yōu)點(diǎn)。

　　2.3 化設(shè)計(jì)實(shí)例與結(jié)果

　　對(duì)某70t級(jí)挖掘機(jī)的主機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并利用挖掘機(jī)挖掘性能分析軟件對(duì)該70t級(jí)挖掘機(jī)的原始方案和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析。在主要挖掘區(qū)域內(nèi)，縱向斗桿挖掘時(shí)，主動(dòng)液壓缸作用力充分發(fā)揮所占比例明顯提高，動(dòng)臂液壓缸閉鎖比例明顯降低。在縱向挖掘工況下，優(yōu)化后方案的斗桿挖掘和鏟斗挖掘工況最大挖掘力分別從363kN、335 kN提高到393kN、368 kN，都提高了約10%。優(yōu)化后的方案，在斗桿挖掘工況下，斗桿缸的主動(dòng)挖掘力得到較充分的發(fā)揮，從18%提高到27%，動(dòng)臂缸閉鎖限制比例得到明顯降低，從9%降低到2%;鏟斗挖掘工況下，主動(dòng)缸作用力充分發(fā)揮比例和被動(dòng)缸限制比例的改善并不特別明顯，分別從19%提高到20%和從12%降低到7%。

　　由于本文所研究的是大型正鏟液壓挖掘機(jī)，以斗桿挖掘和水平鏟裝為主，鏟斗挖掘很少(鏟斗缸主要用于調(diào)整鏟斗角度，以利于切削、破碎和推壓)，所以對(duì)鏟斗挖掘工況下各液壓缸之間的匹配性能情況就不進(jìn)行詳細(xì)敘述。

　　結(jié)論

　　本文通過對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的參數(shù)進(jìn)行綜合分析和比較得出，優(yōu)化后工作裝置的性能比優(yōu)化前有了明顯改善。在主要挖掘區(qū)域內(nèi)，主動(dòng)液壓缸所產(chǎn)生的挖掘得到充分發(fā)揮，液壓挖掘機(jī)的功率得到充分利用。由此可以證明，本文所建立的液壓挖掘機(jī)正鏟工作裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型比較合理，優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中具有較高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 王永進(jìn) 李光 李愛峰 權(quán)龍.大型礦用液壓挖掘機(jī)鏟斗及開斗液壓控制方案研究[J].液壓與氣動(dòng)，2014(01).

　　[2] 張啟君，劉偉.國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)行業(yè)發(fā)展的探討[J].筑路機(jī)械與施工現(xiàn)代化，2005(02).

　　[3] 張石強(qiáng).正鏟液壓挖掘機(jī)挖掘性能通用分析方法研究[D].重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.