Vol.21 No.I 王国彪等：装载机铲斗结构优化设计及其可视化 ·53· 型（或非直线切削刃型）铲斗时，x,=x?=0. 实例计算及可视化 表1设计变量的取值范围及几何意义 优化设计实例：铲斗设计容量为2.5m3,装载 设计变量 几何意义 取值范围 机轮距为2.25m,轮胎宽度为0.579m,铲斗侧壁 x1/m 铲斗宽度大于轮胎外侧宽度值 0.1~0.2 切削刃厚度为0.02m.程序在极短的时间内即可 °) 斗底和后斗壁之间的夹角y% 48~65 优化出铲斗结构参数，其计算结果采用数值与图 $ 斗底长度系数1g 1.4-1.5 后斗壁长度系数入 形相结合的方式进行可视化显示，如表2， XA 1.11.2 斗底与后斗壁直线之间 斯 的國弧半径系数1R 0.35-0.40 4总结 和 切削刃凸出高度系数入 0.070.09 背板凸出高度系数入4 (1)推导出装载机铲斗容量及其结构参数的 0.12-0.14 x8°) 背板和后斗壁之间的夹角1 5~10 精确计算公式，并建立了结构参数优化设计的数 学模型，(2)编制出相应的优化设计及结果可视 2.2目标函数 化计算机程序，采用实例验证了公式及程序的正 本问题优化设计的目标函数是，使得计算的 确性.(3)将优化设计方法与可视化技术相结合， 铲斗额定容量与设计任务书给定的设计容量的 并应用于工程设计，提高了优化设计的效率及结 误差最小，即minF)=(W-Vo)2 (7) 果的正确性，具有广泛的推广价值. 2.3约束条件 将设计变量上、下限的取值范围作为建立约 参考文献 束函数的主要依据.另外，还考虑了铲斗作业时 】徐希民，黄宗益.铲土运输机械设计.北京：机械工业出 的力学性能.由于这些取值绝大部分为经验值， 版社，1989.191~196 所以优化设计可得到满意的结果. 2石教英，蔡文立.科学计算可视化算法与系统.北京：科 2.4程序设计 学出版社，1996.1~23 根据优化问题的特点，选择复合形优化方 3成大先.机械设计手册（第3版，第1卷），北京：化学工 法.采用Windows9532位设计平台，运用 业出版社，1994.77~79 Visual C++4.0进行具体的编程.该程序可方便地 4王国彪，机械优化设计方法微机程序与应用.北京：机 实现数据输人、铲斗选型、磁盘/O及数据和图形 械工业出版社，1994.172~180 的屏幕显示与打印 表2装载机切削刃及背板凸出型铲斗结构优化结果可视化显示 铲斗结构参数物理意义 优化设计结果铲斗横截面简图 铲斗内侧宽度，Bo/mm 2963.98 斗底与后壁间夹角yo/(°） 48.02 Yo-Y 铲斗斗底长度，y/mm 1586.31 后斗壁长度，Y2/mm 1347.31 铲斗圆弧半径，y/mm 451.87 切削刃凸出高度，ys/mm 75.40 挡板高度，y/mm 141.83 挡板与后斗壁间夹角Y(°) 6.67 铲斗与动臂铰销距斗底的高度，y%/mm 135.78 铲斗回转半径，R/mm Ro 1131.50 铲斗计算容量，V/m3 2.4944 铲斗设计容量，'o/m3 2.5000 (下转97页)王 国彪等 装载机铲 斗结构优化设计及 其可视化 型 或非直线切 削刃 型 铲斗 时 ， 表 设计变 的取值范围及几何意义 设计变量 几何意义 取值范围 。 。 和两 介为 铲斗 宽度大于 轮胎外 侧宽度值 斗底和 后 斗壁 之 间的夹角为 斗底 长度系数 凡 后 斗壁长度系数凡 斗底 与后斗壁直线之 间 的圆弧半径系数瓜 切削刃 凸 出高度系数寿 背板凸 出高度系数人 背板和 后 斗壁之 间的夹角” 目标 函数 本 问题 优 化设 计的 目标 函 数是 ， 使得 计算 的 铲 斗 额 定 容 量 与设 计 任 务 书给 定 的设 计 容 量 的 误 差最 小 ， 即 加欣刀 气 一 ， 约束条件 将 设 计变 量 上 、 下 限 的取 值 范 围作 为建 立 约 束 函 数 的 主 要 依 据 另 外 ， 还 考 虑 了 铲 斗作 业 时 的 力 学 性 能 由于 这 些 取 值 绝 大 部 分 为 经 验 值 ， 所 以 优化设计可 得 到 满 意 的结 果 程序设计 根 据 优 化 问 题 的 特 点 ， 选 择 复 合 形 优 化 方 法 采 用 位 设 计 平 台 ， 运 用 进行具体 的编程 该程 序 可 方便地 实现数据输人 、 铲斗 选 型 、 磁 盘 及 数据 和 图形 的屏幕显示 与打 印 实例计算及可视化 优化设计实例 铲斗设计容 量 为 ，， 装载 机 轮距为 ， 轮胎 宽度 为 ， 铲 斗 侧壁 切 削刃 厚度 为 程 序 在 极 短 的 时 间 内 即 可 优化 出铲斗结构参数 ， 其计算 结果 采 用 数值 与 图 形相结合的方式进行可视化显示 ， 如表 总结 推 导出装载机铲斗容量 及其 结构参数 的 精确计算公 式 ， 并 建 立 了结 构参数优化设 计 的数 学 模 型 编 制 出相 应 的 优 化 设 计及 结 果 可 视 化 计算 机程 序 ， 采 用 实 例 验 证 了公 式 及程 序 的正 确 性 将优化设计方 法 与可 视化技 术相 结 合 ， 并 应 用 于 工 程设计 ， 提 高 了优 化设计 的效率 及 结 果 的正 确性 ， 具有 广泛 的推广价值 参 考 文 献 徐希 民 ， 黄宗益 铲 土运 输机械设计 北 京 机械 工 业 出 版社 ， 石教 英 ， 蔡文立 科学计算 可 视化算法 与 系 统 北 京 科 学 出版社 ， 成 大 先 机械设计手册 第 版 ， 第 卷 北 京 化学 工 业 出版社 ， 王 国彪 机械 优化设 计方法微 机程 序 与 应 用 北 京 机 械工 业 出版社 ， 表 装载机切削刃 及背板凸 出型铲斗结构优化结果可视化显示 铲斗结构参数物理意义 铲斗 内侧宽度 ， 。 斗底 与后壁 间夹角下。 。 铲斗斗底 长度 ， 后 斗壁 长度 ， 铲斗 圆弧半径 ， 切 削刃 凸 出高度 ， 挡板 高度 ， 价 挡板与后 斗壁 间夹角 ， “ 铲斗 与动臂 铰销距斗底 的高度 ， 挑 铲斗 回转半径 ， 。 铲斗计算容量 ， ， 铲斗设计容量 ， 叽 ， 优化设计结果 铲斗横截面简图 ， 一 聋 下转 页