强夯起重机臂架结构有限元分析及优化

针对强夯起重机臂架实际工况下的应力集中、结构冗余等问题,以某新型强夯起重机为分析对象,采用UG NX及其Nastran模块建立三维模型,有限元分析计算确定多种工况载荷,得到强夯起重机在静载和动载荷作用下的位移和应力分布情况,确定应力集中和结构冗余部位,通过优化设计改善结构应力分布,减轻臂架质量并提高其力学性能。对起重和脱钩工况的优化结果表明,臂架最大应力和最大位移分别减少12.5%和6.99%,臂架质量减轻2.36%。

基于主从关联优化的产品族参数规划方法研究

针对产品族优化设计中存在的共性与个性的相互依存、制约关系,研究面向产品族的主从关联的参数优化规划技术。建立基于灵敏度分析的产品族参数识别划分方法,根据产品族设计参数的主从关联特点,建立优化问题的双层规划模型。提出一种采用多项式响应面拟合和遗传算法相结合的混合算法实现双层规划,下层采用多项式响应面法将双层优化目标拟合成为单层优化目标,在上层实现产品族公共参数的优化,再通过上层可适应参数的松弛约束关系传递,在下层利用遗传算法实现变型产品的参数优化。以起重机卷筒组件产品族规划为例,基于所提出的主从关联优化方法,得到个性变型产品参数最优值,为起重机卷筒组件产品及类似产品的产品族优化设计提供一种方法借鉴。

依托岗位项目的场景课程建设研究与实践

产教深度融合的背景下,基于企业岗位需求的项目式、任务式课程,工作手册式、活页式教材成为当下职业院校课程的主要形式。而当下的岗位式课程主要着眼点在典型岗位所需的技能、知识、岗位素养,都是一些程式化的、标准化的内容,很少关注岗位项目变化对育人的影响,当项目发生变化时工作场景就发生变化,这类课程就很难应对。因此,基于企业产线真实场景,通过不同的岗位任务,以项目任务为依托,构建面向产线工作场景的课程体系,通过企业多部门、多导师、多场景,将生产场所、设备、工具、材料、方法等要素转化立体的育人场景,开发基于岗位项目的场景教材,实施场景教学,真正培养出“具有综合职业能力和全面素质基础的高技能人才”。

面向模块化、智能化、参数化的产品变型设计技术研究

变型设计是企业目前广泛采用的机械设计方法。在对参数化、模块化与系列化产品变型设计之间关系进行分析研究的基础上,结合广义模块化技术,采用基于实例的设计CBD(case-based design),利用参数化设计的"自上而下"设计(Top-Down Design)模式,形成了参数化、模块化、智能化相结合的系列化产品变型设计方法。并利用Solidworks二次开发技术及VB开发程序,实现了门式起重机系列产品的变型设计。

挖掘机电液流量匹配控制系统动态性能研究

分析了液压挖掘机基于与负载压力无关流量分配(LUDV)多路阀的电液流量匹配控制(EFMC)系统的控制原理,建立了EFMC系统的液压挖掘机虚拟样机模型,采用实时检测油缸速度信号的反馈闭环控制方法提高流量匹配的精度。分别建立液压挖掘机EFMC系统动力学模型与液压系统模型并根据其实际工况进行联合仿真,研究了挖掘作业过程动态特性及节能特性。与传统的基于LUDV的负载敏感系统实验结果进行对比,结果表明:EFMC系统与传统负载敏感系统相比,改善了系统的动态响应特性和稳定性,泵的压力裕度明显减小,提高了系统的节能性,反馈闭环控制系统动态响应特性也明显得到提高。研究方法可为进一步研究挖掘机的动态性、节能性、稳定性提供理论依据和参考。

基于刚柔耦合的液压挖掘机机械臂非线性动力学研究

为准确描述液压挖掘机机械臂动力学模型,根据柔性多体动力学理论,采用模态函数描述臂架的弹性变形,利用LAGRANGE定理和虚功原理建立挖掘机臂架系统刚柔耦合的非线性动力学方程。对已建立的动力学方程利用MATLAB进行数值求解,运用仿真软件ADAMS及NASTRAN建立液压挖掘机机械臂刚柔耦合模型并进行仿真分析,通过对比二者结果表明动力学方程建模方法的正确性,运用数值求解方法进行模态计算和动力学响应分析,求解相关几何参数的一阶固有频率灵敏度,分析了影响机械臂动力学特性的主要模态参数,为进一步研究其结构优化及运动精度控制提供依据。

客户需求驱动的柔性产品平台模块化设计方法研究

针对模块化细分度不足,设计变更周期长,难以适应快速多变需求等问题展开分析,采用AHP层次分析法等手段开展需求分析、模块划分、模块识别等相关研究,提出零部件关联度规则和设计变更影响指数规则。采用零部件关联规则定量分析的方法建立零部件之间的关联矩阵,并采用最大树聚类算法进行聚类分析,依据相关评价指标获取最优阈值和模块划分结果。建立基于客户需求分析和模块变更的设计变更影响指数指标,实现柔性功能模块的识别,根据不同类别的功能模块的设计变更关系得到产品组成模块的设计逻辑,由此构建配置产品主结构。以起重机起升机构模块化配置设计应用实例验证零部件关联规则和设计变更影响指数规则在模块化设计中的有效性和可行性,为柔性产品平台的模块合理规划设计提供参考依据。

大规模定制下的参数化设计技术研究

大规模定制环境下,改变参数化设计的流程,将产品的开发设计过程划分为创造性的详细开发过程和敏捷性的定制设计过程。利用广义模块化技术和全息建模技术构建产品族的主结构、主模型、主文档,实现产品的详细开发过程,利用基于知识的配置设计实现产品的定制结构,采用与数据库关联的整体控制局部的模块化变型设计方法实现产品的变型设计。实际应用表明模块化的设计方法、基于知识的配置设计和变型设计是实现大规模定制参数化设计的行之有效的技术方法,极大地提高了参数化设计的效率。

基于可拓重用的液压挖掘机结构性能方案设计

针对基于实例推理(CBR)重用技术的形式化表示及推理方法的局限性,基于可拓设计的物元理论,采用基于CBR的可拓重用方法建立产品设计实例库,采用可拓区间距的检索算法及定性和定量相结合的推理方法,获取相似设计方案实例.研究了基于可拓集合方法的数据挖掘技术,采用一种改进的FP-growth关联规则算法,应用可拓变换方法对产品方案设计进行知识规则挖掘,支持产品方案设计过程的适应性修改.建立方案设计区间多属性灰数关联评价模型,优选最佳方案设计.以液压挖掘机结构方案设计为例,利用VC++和SQL开发液压挖掘机结构方案设计及评价系统,结果验证可拓重用方法的有效性和可操作性.

基于有限元分析的液压挖掘机回转装置系统动力学研究

首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。

基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵动态特性分析

为开发新式高性能轴向柱塞泵,在分析柱塞泵工作原理和运动规律的基础上,采用Kane-Huston方法建立轴向柱塞泵机液耦合作用的多体力学模型,根据轴向柱塞泵流体特性及控制原理建立其液压系统模型,并构建二者实时接口连接的虚拟样机模型。建立某型号斜盘式轴向柱塞泵的虚拟样机模型并进行数值求解和仿真模拟,数值计算和仿真结果基本一致。研究柱塞泵机-液耦合作用下的运动特性,泵出口流量及压力脉动特性以及柱塞泵的流量控制特性,并研究柱塞泵相应动态特性的影响因素及其变化规律。基于虚拟样机技术的建模、仿真研究方法,能够全方位预测轴向柱塞泵的各项性能,正成为轴向柱塞泵性能研究的重要手段。

基于模态分析的液压挖掘机工作装置动态优化设计

建立了液压挖掘机工作装置的结构有限元模型,通过对该有限元模型进行自由模态分析,得到工作装置的各阶模态频率和模态特性,确定影响液压挖掘机工作装置动态性能的关键模态频率,并以此作为优化目标,对主要结构参数进行灵敏度分析,以确定工作装置动态优化的设计变量。以工作装置几何约束、性能约束等为约束条件,采用扩展拉格朗日乘子法进行动态优化设计。实例分析表明,该动态优化方法,提高了工作装置结构的刚度,降低了结构的变形,改善了工作装置动态工作性能与结构稳定性。

船用挖掘机机械臂刚柔耦合动力学及特性研究

将船用挖掘机机械臂结构近似处理成带末端集中质量的柔性悬臂梁。考虑机械臂轴向变形,用拉格朗日定理建立其刚柔耦合的动力学方程,用数值方法求解相关参数一阶固有频率灵敏度,获得机械臂振动固有频率及相关参数变化关系。应用NASTRAN、ADAMS等软件建立柔性臂架、柔性变幅绳、柔性抓斗提升钢丝绳、刚性支架、刚性回转平台的船用挖掘机机械臂系统虚拟样机模型。结合该机械臂系统结构及工况特点进行动力学仿真分析,获得系统位移、速度、加速度及连接点铰接力、机械臂的动态应力等动态性能。并对结果对比论证,为进一步研究机械臂工作稳定性及运动精度控制提供依据。

基于BP-HGA的起重机刚性支腿动态优化设计

针对门式起重机刚性支腿结构动态特性的复杂性和非线性,利用参数化有限元模型和BP神经网络,建立刚性支腿设计变量和最大动应力、弯曲动刚度及顶部最大动位移之间的映射关系.对于建立的神经网络模型,采用混合遗传算法(HGA)构造基于模糊动态罚函数的适应度函数引导遗传算法的搜索方向,寻求刚性支腿隔板、侧板的布置及尺寸最优化,并满足低应力、高固有频率及轻量化的要求.开发了某型号门式起重机刚性支腿多目标动态优化设计系统.应用结果表明,采用该优化方法能够有效地实现起重机刚性支腿的动态结构优化,显著提高了设计质量和效率.

液压挖掘机臂杆结构疲劳寿命预测方法研究

液压挖掘机臂杆结构承受复杂的冲击载荷,其疲劳寿命存在许多不确定性因素。首先采用Miner准则,依据实验载荷谱和有限元方法对液压挖掘机工作装置寿命进行了预测。其次研究了结构疲劳寿命变化过程和灰色理论预测模型内在规律的一致性,建立了液压挖掘机工作装置疲劳寿命的灰色预测GM模型,并分别运用GM模型的两种形式——GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型对液压挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。分析比较Miner准则、GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型三种预测方法。结果表明,三种预测方法结果基本一致,灰色系统模型同Miner准则模型相比误差明显减小且非线性幂模型具有更高的预测精度。基于灰色理论的GM(1,1)幂模型考虑了非线性因素,更适合于液压挖掘机工作装置结构疲劳寿命预测。

面向起重机起升机构CAD/CAE设计的知识重用方法研究

为快速响应竞争日趋激烈的市场需求,提出面向起重机起升机构CAD/CAE设计的知识重用方法。结合起重机设计特点,研究了知识重用相关理论,知识的特点、分类及表示方法。研究了基于规则推理(RBR)和基于实例推理(CBR)的混合推理的知识重用技术,包括知识库、规则库、实例库的建立方法,模块实例的检索、修改方法等。分析了起重机起升机构参数化CAD/CAE设计的知识重用的实现过程,以起升机构组成模块CAD/CAE设计实例进行说明。面向起重机起升机构CAD/CAE设计的知识重用方法,为起重机等机械产品系列开发提供方法依据。

基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究

根据液压挖掘机工作装置机械臂运动和受力特点,对其进行动力学分析。采用基于集中质量和惯量的等效有限元法建立液压挖掘机机械臂的动力学微分方程,运用龙格-库塔(Runge-Kutta)数值求解法对运动微分方程进行推导和数值求解,对各臂杆的动力学特性进行了分析。采用动力学仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,选取与数值求解相同工况的参数进行仿真分析。通过对比仿真结果和数值求解两种方法得到的动力学特性曲线,结果基本一致,表明机械臂动力学建模方法的正确性。

基于虚拟样机技术的剪叉液压升降台运动分析

在分析工作原理和动力学的基础上,通过优化计算得到剪叉式液压升降台主设计参数。基于剪叉式液压升降台的主要设计参数,分别采用Solidworks和ADAMS建立剪叉式液压升降台的三维模型和虚拟仿真模型并进行仿真分析,研究剪叉式液压升降台机构的运动特性,相应动态特性的影响因素及其变化规律,为剪叉升降机构最终设计提供依据。

基于自适应学习的《PLC应用技术(西门子)》课程教学改革与实践

为了培养学生的自主学习能力以及尊重学生个性化差异,以PLC课程为例,建立个性化自适应在线学习平台,以学生为本,改革理实一体化教学方案,采用线上线下混合学习评价及考核形式,可以有效避免学习者在海量资源中迷失,从而快速提高学习效率。

基于广义参数化的工程图自动调整技术研究

针对机械产品系列化程度高、小批量、多品种、布局复杂的特点,结合交互式人机结合思想和广义参数化设计技术,将包含参数、标注、文本等不确定的图形变化信息转化为具体的具有精确数值和符号信息的产品几何信息,在详细讨论了基于装配模型的变型设计实现方案的基础上,建立了一个能根据产品参数和结构进行优化调整的自动生成图纸系统,实现了变型设计复杂工程图的后续处理。