Návrh těžkoprávného závěsu s velkým úhlem rotace na základě optimalizace rojů částic

Závěsy jsou nezbytnými součástmi v mechanických zařízeních, což umožňuje pohyb a rotaci. Zatímco v průmyslových odvětvích byly široce používány různé typy závěsů, jako jsou rotační závěsy, hooke panty, sférické závěsy, hydraulické válce a páry matic s kuličkami, stále mají určitá omezení. Například při těžkých zatíženích musí být tradiční závěsy tlusté, aby splňovaly požadavky na tuhost. Navíc ve zvláštních případech, kdy je prostor omezený a zatížení je velké, mohou tradiční panty snažit plnit svou funkci.

Výsledkem je, že roste zájem o zkoumání nových návrhů závěsů. Algoritmus optimalizace roje částic (PSO), typ algoritmu swarm inteligence, získal významný vývoj a aplikaci ve strojírenských oblastech. Tento algoritmus využívá chování skupin ptáků létajících pro jídlo k dosažení optimálních řešení ve složitých prostorech prostřednictvím spolupráce a konkurence mezi jednotlivci. Algoritmy PSO jsou vysoce efektivní, snadno se implementovatelné a rozsáhle používány ve inženýrské praxi. Základní proces algoritmu PSO zahrnuje inicializaci, let částic a stanovení výsledků. Algoritmus začíná náhodným generováním počáteční populace částic, které se pohybují v proveditelné oblasti. Výpočtem hodnoty kondice každé částice určuje algoritmus nový směr pohybu a rychlost každé částice. Během každého kola pohybu částic mají optimální částice a historická optimální částice větší vliv na další kolo pohybu. Po více iteracích získá algoritmus optimální řešení.

Konvergenční výkon algoritmu PSO byl vylepšen zavedením hmotností setrvačnosti, jak navrhují Shi a Eberhart. Rovnice evoluce částic zahrnuje několik složek, včetně setrvačnosti, poznání a sociální spolupráce. Parametry algoritmu, jako je rychlost částic a počet iterací, lze upravit na základě specifických požadavků. Algoritmy PSO se staly široce používaným algoritmem inteligentní optimalizace v inženýrských aplikacích a často překonávají genetické algoritmy. Algoritmy PSO však stále čelí výzvám, jako je předčasná konvergence. Proto došlo k významnému výzkumu věnované zlepšení algoritmu PSO a řešení jeho omezení.

V kontextu návrhu závěsu zahrnují požadavky na projekt zatížení 3 tuny a úhel rotace ± 90 stupňů, přičemž rozměry nepřesahují 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Pro splnění těchto požadavků je jako mechanismus závěsu vybrán mechanismus 2RPR. Tento mechanismus se skládá z rotujícího páru a pohyblivého páru, který nabízí vysokou rigiditu, nastavení chyb a kompenzační schopnosti. Kromě toho je mechanismus symetrický, což umožňuje snadnou instalaci a údržbu.

Během procesu návrhu optimalizace jsou splněny požadavky na úhel rotace a velikost pomocí geometrických omezení. Klíčová výzva však spočívá v zajištění toho, aby mechanismus měl vynikající schopnosti přenosu síly. Toho je obvykle dosaženo nastavením minimálního úhlu přenosu pro mechanismus.

Pro analýzu přenosu síly je jako analytický objekt vybrán tyč CE. Za předpokladu zatížení hmotnosti m a vzdálenosti D mezi jeho středem hmoty a rotačním párem je zkoumána síla vyvíjená na tyč CE. Zvažováním úhlů mezi silami a tyčí CE, jakož i úhel mezi tyčí a osou x, je odvozena rovnice vyvážení síly. Tato rovnice zajišťuje schopnosti přenosu síly mechanismu.

Na základě výsledků analýzy je pohybující se pár navržen odpovídajícím způsobem. Elektrický model válce, GSX40-1201, je předběžně vybrán, s ohledem na mrtvici, tah a axiální rozměry. V konečném návrhu jsou také zvažovány další faktory, jako je velikost komponenty. Pro každý rotující pár jsou vybrána posuvná ložiska vyrobená z hliníkového bronzu, s ohledem na jejich požadavky na vysokou náklad a přesnost. Hlavní komponenty jsou vyrobeny z 35crmnsia z lehké oceli, která nabízí vysokou pevnost v tahu a elastický modul.

Po dokončení mechanického designu je vytvořen model CAD pro vizualizaci konečného návrhu. Algoritmus optimalizace roje částic úspěšně optimalizoval návrh těžkopádného závěsu s velkým rotací a zajistil, že splňuje všechny požadavky na návrh.

Závěrem lze říci, že algoritmus optimalizace roje částic se ukázal jako účinný při optimalizaci návrhu velkého rotačního úhlu. Prostřednictvím pečlivé konfigurace a analýzy bylo dosaženo optimálního návrhu mechanismu 2RPR. Mechanický design, včetně výběru komponent a materiálů, byl úspěšně dokončen. Model CAD poskytuje vizuální reprezentaci konečného návrhu. Celkově nabízejí algoritmy optimalizace roje částic cenný nástroj pro efektivní a efektivní návrh pantů a přispívají ke zlepšení výkonu a funkčnosti mechanických zařízení v různých průmyslových odvětvích.

Reference:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Optimalizační výzkum na 3-UP/S Parallel Billiard Ball Hinge [J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Společný design nového super-redundantního robotj. Mechanický design a výroba, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Optimální návrh parametrů nastavení napětí pedálu elektronického akcelerátoru založené na algoritmu optimalizace roje RBF a částice [J]. Mechanický design a výroba, 2011 (1): 72-74.