對于傳統模式下的設計方法，根據經驗、組織結構布置情況，采用統計、甚至是作圖拼湊方法，可能性比較大，而且重復的次數也比較多。在該種情況下，工作量非常的大，設計周期長、而且效率也非常的低，因此難以實現設計方案的優化。

　　[摘 要]實踐中可以看到，針對當前液壓挖掘機的優化設置，通常局限于挖掘力、挖掘阻力之間的匹配關系優化方面，或者只是優化局部機構，未能從全局方面著手對整體挖掘性能進行優化。本文將對礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置優化設計問題進行分析研究，并在此基礎上提出一些建設性建議，以供參考。

　　[關鍵詞]機械論文投稿,礦用液壓挖掘機,正鏟裝置,優化設計,研究

　　1、礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置優化設計基本原則

　　對于礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置而言，其優化設計過程中，應當充分考慮和堅持以下幾個方面的基本原則：

　　第一，位置特性。礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置優化設計過程中，應當滿足主要工作尺寸，同時還要滿足作業范圍之要求。即在實際設計過程中，應當重復考慮與同類機型之間的對比，確保其先進性，尤其是主參數、性能等，應當符合國家及相關部門之標準和要求。在液壓挖掘機正鏟運輸、停放過程中，姿態應當合理。

　　第二，運動特性。在礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置優化設計過程中，應當確保良好的功率利用情況，確保理論工作循環時間不能太長。同時，還要確保動力特性，即滿足液壓挖掘機的挖掘力、分布狀況滿足要求，重復考慮挖掘機的整機穩定性。

　　第三，結構特性。在設計過程中，應當科學合理的確定不同鉸點的位置，同時應當確保結構形狀即受力有利性，在滿足強調、剛度的條件下，重量越輕則說明其結果特性越好;在挖掘機工作裝置中，應當保證安全可靠性，同時還要確保拆裝、維修的方便性。

　　2、礦用液壓挖掘機正鏟工作裝置優化設計實際

　　2.1 優化設計方法

　　本課題在實際應用過程中，所采用的求解約束優化問題主要以直接法求解為主。對于直接法而言，其原理非常的簡單，而且較為實用。其主要特點表現為：

　　第一，因求解全過程在可行域中進行，所以迭代計算終止與否，均可獲得比初始點要好一些的設計點。如果設計過程中，目標函數是凸函數，則其可行域也應當是凸集，這樣可確所獲得的全域解最優。實踐中，因存在很多個局部最優解，所以在選擇初始點時，其位置也不盡相同，搜索到的局部最優解也不相同。基于此，經常在可行域中選擇差別相對較大的一些初始點進行計算，從多個最優解中選出一個最優解。同時，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，而且目標函數也應當有定義。本問所研究的是采用合形法對目標函數求解。其中，復合形法求解的優化問題屬于直接解法，基本思路是在可行域中建構具有k個頂點的復合形。對該復合形各頂點的目標函數值進行比較，找到目標函數值最大的頂點，按規定的法則求目標函數值有所下降的新點，并用該點代替最壞點，從而形成一個新的復合形，其形狀每做一次改變，都會向最優點邁進一步，最終逼近最優點。復合形法的算法原理如(圖1)所示。

　　基本的復合形法的計算步驟為：

　　1) 選擇復合形的頂點數k，一般取n+1≤k≤2n;在可行域內構成具有k個頂點的初始復合形。2) 計算復合形各頂點的目標函數值，比較其大小，找出最好點xL、最壞點xH及次壞點xG。3) 計算除去最壞點xH以外的(k-1)個頂點的中心xC。判別xC是否可行，若xC為可行點，則轉步驟4);若xC為非可行點，則重新確定設計變量的下限和上限值，即令a=xL，b=xC，然后轉步驟1)，重新構造初始復合形。4) 按xR=xc+α(zc-xh)計算反射點xR，必要時，改變反射系數α的值，直至反射成功，即滿足f(xR)　　2.2 優化設計流程

　　優化設計程序采用Visual Basic語言編寫，根據前文所確定的設計變量和目標函數，設計思想的流程圖如(圖2)所示。

　　采用復合形法來求解約束優化問題。復合形法是在可行域內構造一個具有K個頂點的初始復合形。對該復合形各頂點的目標函數值進行比較，找到目標函數值最大的頂點(稱最壞點)，然后按一定的法則求出目標函數值有所下降的可行的新點，并用此點代替最壞點，構成新的復合形，復合形的形狀每改變一次，就向最優點移動一步，直至逼近最優點。

　　2.3 化設計實例與結果

　　對某70t級挖掘機的主機數據進行優化設計，并利用挖掘機挖掘性能分析軟件對該70t級挖掘機的原始方案和優化設計方案進行對比分析。在主要挖掘區域內，縱向斗桿挖掘時，主動液壓缸作用力充分發揮所占比例明顯提高，動臂液壓缸閉鎖比例明顯降低。在縱向挖掘工況下，優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%。優化后的方案，在斗桿挖掘工況下，斗桿缸的主動挖掘力得到較充分的發揮，從18%提高到27%，動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，主動缸作用力充分發揮比例和被動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，以斗桿挖掘和水平鏟裝為主，鏟斗挖掘很少(鏟斗缸主要用于調整鏟斗角度，以利于切削、破碎和推壓)，所以對鏟斗挖掘工況下各液壓缸之間的匹配性能情況就不進行詳細敘述。

　　結論

　　本文通過對優化設計前后的參數進行綜合分析和比較得出，優化后工作裝置的性能比優化前有了明顯改善。在主要挖掘區域內，主動液壓缸所產生的挖掘得到充分發揮，液壓挖掘機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正鏟工作裝置優化設計的數學模型比較合理，優化設計程序運行穩定可靠，在產品設計工作中具有較高的實用價值，對挖掘機的設計和改進具有一定的指導作用。

　　參考文獻

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