Σχεδιασμός με άρθρωση βαρέως τύπου με μεγάλη γωνία περιστροφής με βάση τη βελτιστοποίηση των σωματιδίων

Οι μεντεσέδες είναι βασικά συστατικά σε μηχανικές συσκευές, επιτρέποντας την κίνηση και την περιστροφή. Ενώ διάφοροι τύποι μεντεσέδων έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε βιομηχανίες, όπως περιστροφικοί μεντεσέδες, μεντεσέδες, σφαιρικούς μεντεσέδες, υδραυλικούς κυλίνδρους και ζεύγη βιδωτών παξιμάτων, εξακολουθούν να έχουν ορισμένους περιορισμούς. Για παράδειγμα, κάτω από βαριά φορτία, οι παραδοσιακοί μεντεσέδες πρέπει να είναι παχιά για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις ακαμψίας. Επιπλέον, σε ειδικές περιπτώσεις όπου ο χώρος είναι περιορισμένος και τα φορτία είναι μεγάλα, οι παραδοσιακοί μεντεσέδες μπορούν να αγωνιστούν για να εκπληρώσουν τη λειτουργία τους.

Ως αποτέλεσμα, υπήρξε αυξανόμενο ενδιαφέρον για την έρευνα νέων σχεδίων μεντεσέδες. Ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης σμήνους σωματιδίων (PSO), ένας τύπος αλγόριθμου νοημοσύνης σμήνους, έχει αποκτήσει σημαντική ανάπτυξη και εφαρμογή σε τομείς μηχανικής. Αυτός ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τη συμπεριφορά των ομάδων πουλιών που πετούν για φαγητό για να επιτύχουν βέλτιστες λύσεις σε πολύπλοκες χώρους μέσω της συνεργασίας και του ανταγωνισμού μεταξύ των ατόμων. Οι αλγόριθμοι PSO είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί, εύχρηστοι και χρησιμοποιούνται εκτενώς στην πρακτική της μηχανικής. Η βασική διαδικασία ενός αλγορίθμου PSO περιλαμβάνει την αρχικοποίηση, την πτήση σωματιδίων και τον προσδιορισμό των αποτελεσμάτων. Ο αλγόριθμος αρχίζει με την τυχαία παραγωγή ενός αρχικού πληθυσμού σωματιδίων, οι οποίοι κινούνται μέσα στην εφικτή περιοχή. Με τον υπολογισμό της τιμής φυσικής κατάστασης κάθε σωματιδίου, ο αλγόριθμος καθορίζει τη νέα κατεύθυνση κίνησης και την ταχύτητα κάθε σωματιδίου. Κατά τη διάρκεια κάθε γύρου κίνησης των σωματιδίων, το βέλτιστο σωματίδιο και το ιστορικό βέλτιστο σωματίδιο έχουν μεγαλύτερη επίδραση στον επόμενο γύρο κίνησης. Μετά από πολλαπλές επαναλήψεις, ο αλγόριθμος αποκτά τη βέλτιστη λύση.

Η απόδοση σύγκλισης του αλγορίθμου PSO έχει βελτιωθεί με την εισαγωγή βαρών αδράνειας, όπως προτάθηκε από τους Shi και Eberhart. Η εξίσωση εξέλιξης των σωματιδίων περιλαμβάνει διάφορα συστατικά, συμπεριλαμβανομένης της αδράνειας, της γνώσης και της κοινωνικής συνεργασίας. Οι παράμετροι του αλγορίθμου, όπως η ταχύτητα σωματιδίων και ο αριθμός των επαναλήψεων, μπορούν να ρυθμιστούν με βάση συγκεκριμένες απαιτήσεις. Οι αλγόριθμοι PSO έχουν γίνει ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος ευφυής αλγόριθμος βελτιστοποίησης σε εφαρμογές μηχανικής και συχνά ξεπερνούν τους γενετικούς αλγόριθμους. Ωστόσο, οι αλγόριθμοι PSO εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις, όπως η πρόωρη σύγκλιση. Ως εκ τούτου, υπήρξε σημαντική έρευνα αφιερωμένη στη βελτίωση του αλγόριθμου PSO και στην αντιμετώπιση των περιορισμών της.

Στο πλαίσιο του σχεδιασμού μεντεσέ, οι απαιτήσεις του έργου περιλαμβάνουν χωρητικότητα φορτίου 3 τόνων και γωνία περιστροφής ± 90 μοίρες, με διαστάσεις που δεν υπερβαίνουν τα 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Για να ικανοποιηθεί αυτές οι απαιτήσεις, ο μηχανισμός 2RPR επιλέγεται ως μηχανισμός άρθρωσης. Αυτός ο μηχανισμός αποτελείται από ένα περιστρεφόμενο ζεύγος και ένα κινούμενο ζεύγος, προσφέροντας υψηλή ακαμψία, ρύθμιση σφάλματος και δυνατότητες αντιστάθμισης. Επιπλέον, ο μηχανισμός είναι συμμετρικός, επιτρέποντας την εύκολη εγκατάσταση και συντήρηση.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σχεδιασμού βελτιστοποίησης, οι απαιτήσεις γωνία περιστροφής και μεγέθους πληρούνται με την εφαρμογή γεωμετρικών περιορισμών. Ωστόσο, η βασική πρόκληση έγκειται στην εξασφάλιση ότι ο μηχανισμός έχει εξαιρετικές δυνατότητες μετάδοσης δύναμης. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας μια ελάχιστη γωνία μετάδοσης για τον μηχανισμό.

Για να αναλύσει τη μετάδοση δύναμης, η ράβδο CE επιλέγεται ως αντικείμενο ανάλυσης. Υποθέτοντας μια μάζα φορτίου M και απόσταση D μεταξύ του κέντρου της μάζας και του ζεύγους περιστροφής, εξετάζεται η δύναμη που ασκείται στη ράβδο CE. Λαμβάνοντας υπόψη τις γωνίες μεταξύ των δυνάμεων και της ράβδου CE, καθώς και τη γωνία μεταξύ της ράβδου και του άξονα x, προέρχεται μια εξίσωση ισορροπίας δύναμης. Αυτή η εξίσωση εξασφαλίζει τις δυνατότητες μετάδοσης δύναμης του μηχανισμού.

Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης, το κινούμενο ζεύγος σχεδιάζεται ανάλογα. Ένα μοντέλο ηλεκτρικού κυλίνδρου, GSX40-1201, επιλέγεται προκαταρκτικά, λαμβάνοντας υπόψη το εγκεφαλικό επεισόδιο, την ώθηση και τις αξονικές διαστάσεις. Άλλοι παράγοντες, όπως το μέγεθος των εξαρτημάτων, εξετάζονται επίσης στον τελικό σχεδιασμό. Τα συρόμενα ρουλεμάν που κατασκευάζονται από χάλκινο αλουμινίου επιλέγονται για κάθε περιστρεφόμενο ζεύγος, λαμβάνοντας υπόψη την υψηλή ικανότητα που φέρουν φορτίο και τις απαιτήσεις ακρίβειας. Τα κύρια συστατικά είναι κατασκευασμένα από χάλυβα κράματος 35crmnsia, το οποίο προσφέρει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και ελαστικό μέτρο.

Μετά την ολοκλήρωση του μηχανικού σχεδιασμού, δημιουργείται ένα μοντέλο CAD για την απεικόνιση του τελικού σχεδιασμού. Ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης του σμήνους σωματιδίων έχει βελτιστοποιήσει με επιτυχία το σχεδιασμό του μεντεσέ με βαρύ τύπος μεγάλης περιστροφής, εξασφαλίζοντας ότι πληροί όλες τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

Συμπερασματικά, ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης του σμήνους σωματιδίων έχει αποδειχθεί αποτελεσματικός στη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού ενός μεντεσέου βαρέως τύπου μεγάλης περιστροφής. Μέσω προσεκτικής διαμόρφωσης και ανάλυσης, επιτεύχθηκε ο βέλτιστος σχεδιασμός του μηχανισμού 2RPR. Ο μηχανικός σχεδιασμός, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής εξαρτημάτων και υλικών, ολοκληρώθηκε με επιτυχία. Το μοντέλο CAD παρέχει μια οπτική αναπαράσταση του τελικού σχεδιασμού. Συνολικά, οι αλγόριθμοι βελτιστοποίησης του σμήνους σωματιδίων προσφέρουν ένα πολύτιμο εργαλείο για τον αποτελεσματικό και αποτελεσματικό σχεδιασμό των μεντεσέδων και συμβάλλουν στη βελτίωση της απόδοσης και της λειτουργικότητας των μηχανικών συσκευών σε διάφορες βιομηχανίες.

Αναφορές:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Έρευνα βελτιστοποίησης σε 3-ups/s παράλληλη μπάλα μπιλιάρδου μεντεσέ [j]. Αεροδιαστημική Τεχνολογία Παραγωγής, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Κοινή σχεδίαση νέου υπερ-περιττού ρομπότ. Μηχανικός σχεδιασμός και παραγωγή, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Ο βέλτιστος σχεδιασμός των παραμέτρων ρύθμισης τάσης πεντάλ του ηλεκτρονικού επιταχυντή με βάση τον αλγόριθμο βελτιστοποίησης του RBF και της βελτιστοποίησης των σωματιδίων [J]. Μηχανικός σχεδιασμός και παραγωγή, 2011 (1): 72-74.