Raskasaranan suunnittelu suurella pyörimiskulmalla, joka perustuu hiukkasten parveen optimointiin

Saranat ovat välttämättömiä komponentteja mekaanisissa laitteissa, mikä mahdollistaa liikkumisen ja pyörimisen. Vaikka erityyppisiä saranoja on käytetty laajasti toimialoilla, kuten pyörivät saranat, hekalasaranat, pallomaiset saranat, hydrauliset sylinterit ja kuuluruuvimutteriparit, niillä on silti tiettyjä rajoituksia. Esimerkiksi raskaiden kuormitusten alla perinteisten saranojen on oltava paksuja jäykkyysvaatimusten täyttämiseksi. Lisäksi erityistapauksissa, joissa tilaa on rajoitettu ja kuormat ovat suuria, perinteiset saranat voivat kamppailemaan niiden toiminnan toteuttamiseksi.

Seurauksena on, että uusien saranasuunnitelmien tutkimiseen on ollut yhä enemmän kiinnostusta. Hiukkasparin optimointi (PSO) -algoritmi, tyyppinen parvea älykkyysalgoritmi, on saavuttanut merkittävän kehityksen ja soveltamisen tekniikan aloilla. Tässä algoritmissa hyödynnetään ruokaa lentävien linturyhmien käyttäytymistä optimaalisten ratkaisujen saavuttamiseksi monimutkaisissa tiloissa yhteistyön ja kilpailun kautta yksilöiden välillä. PSO -algoritmit ovat erittäin tehokkaita, helppo toteuttaa ja niitä käytetään laajasti tekniikan käytännössä. PSO -algoritmin perusprosessi sisältää alustamisen, hiukkasen lennon ja tulosten määrittämisen. Algoritmi alkaa tuottamalla satunnaisesti hiukkasten alkupopulaation, jotka liikkuvat toteutettavissa olevalla alueella. Laskemalla kunkin hiukkasen kunto -arvo, algoritmi määrittää kunkin hiukkasen uuden liikesuunnan ja nopeuden. Jokaisen hiukkasten liikkumisen aikana optimaalisella hiukkasella ja historiallisella optimaalisella hiukkasella on suurempi vaikutus seuraavaan liikealueeseen. Useiden iteraatioiden jälkeen algoritmi saa optimaalisen liuoksen.

PSO -algoritmin lähentymistehokkuutta on parannettu ottamalla käyttöön hitauspainot, kuten Shi ja Eberhart ehdottivat. Hiukkasten evoluutioyhtälö sisältää useita komponentteja, mukaan lukien hitaus, kognitio ja sosiaalinen yhteistyö. Algoritmiparametrit, kuten hiukkasten nopeus ja iteraatioiden lukumäärä, voidaan säätää erityisten vaatimusten perusteella. PSO -algoritmeista on tullut laajalti käytetty älykäs optimointialgoritmi tekniikan sovelluksissa ja usein ylittää geneettiset algoritmit. PSO -algoritmit kohtaavat kuitenkin edelleen haasteita, kuten ennenaikainen lähentyminen. Siksi PSO -algoritmin parantamiseksi ja sen rajoitusten käsittelemiseksi on tehty merkittävää tutkimusta.

Sarana -suunnittelun yhteydessä projektivaatimukset sisältävät 3 tonnin kuormituskapasiteetin ja kiertokulman ± 90 astetta, mitat eivät ylitä 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Näiden vaatimusten täyttämiseksi 2RPR -mekanismi valitaan saranamekanismiksi. Tämä mekanismi koostuu pyörivästä parista ja liikkuvasta parista, joka tarjoaa suuren jäykkyyden, virheen säätämisen ja korvausominaisuudet. Lisäksi mekanismi on symmetrinen, mahdollistaa helpon asennuksen ja ylläpidon.

Optimointisuunnitteluprosessin aikana kiertokulma ja kokovaatimukset täytetään soveltamalla geometrisiä rajoituksia. Keskeinen haaste on kuitenkin sen varmistaminen, että mekanismilla on erinomaiset voimansiirtoominaisuudet. Tämä saavutetaan tyypillisesti asettamalla minimi siirtokulma mekanismille.

Voimansiirron analysoimiseksi Rod CE valitaan analyysiobjektiksi. Olettaen, että kuorma -massa on M ja D -etäisyys sen massakeskuksen ja pyörimisparin välillä, tutkitaan sauvan CE: hen kohdistettu voima. Ottaen huomioon voimien ja sauvan CE: n väliset kulmat sekä sauvan ja X-akselin välinen kulma, saadaan voimatasapainoyhtälö. Tämä yhtälö varmistaa mekanismin voimansiirtoominaisuudet.

Analyysitulosten perusteella liikkuva pari on suunniteltu vastaavasti. Sähkösylinterimalli, GSX40-1201, valitaan alustavasti ottaen huomioon aivohalvaus, työntövoima ja aksiaaliset mitat. Muita tekijöitä, kuten komponenttien kokoa, otetaan huomioon myös lopullisessa suunnittelussa. Jokaiselle pyörivälle parille valitaan alumiinipronssista valmistetut liukuvat laakerit ottaen huomioon niiden korkea kuormituskyky ja tarkkuusvaatimukset. Pääkomponentit on valmistettu 35Crmnsia -seosteräksestä, joka tarjoaa suuren vetolujuuden ja elastisen moduulin.

Mekaanisen suunnittelun päätyttyä CAD -malli perustetaan lopullisen suunnittelun visualisoimiseksi. Hiukkasparin optimointialgoritmi on onnistuneesti optimoinut suuren kiertokulman raskaan saranan suunnittelun varmistaen, että se täyttää kaikki suunnitteluvaatimukset.

Yhteenvetona voidaan todeta, että hiukkasten parvien optimointialgoritmi on osoittautunut tehokkaaksi optimoimaan suuren kiertokulman raskaan saranan suunnittelun. Huolellisen kokoonpanon ja analyysin avulla saavutettiin 2RPR -mekanismin optimaalinen suunnittelu. Mekaaninen suunnittelu, mukaan lukien komponenttien ja materiaalien valinta, valmistui onnistuneesti. CAD -malli tarjoaa visuaalisen esityksen lopullisesta suunnittelusta. Kaiken kaikkiaan hiukkasten parvien optimointialgoritmit tarjoavat arvokkaan työkalun saranojen tehokkaaseen ja tehokkaaseen suunnitteluun ja edistävät mekaanisten laitteiden suorituskykyä ja toiminnallisuutta eri toimialoilla.

Viitteet:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Optimointitutkimus 3-UPS/S-rinnakkaisbiljardipallo-saranasta [J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Uuden super-redundantin robotin yhteinen suunnittelu. Mekaaninen suunnittelu ja valmistus, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Elektronisen kiihdyttimen polkimen jännitteen säätöparametrien optimaalinen suunnittelu RBF: n ja hiukkasten parvien optimointialgoritmiin [J] perusteella. Mekaaninen suunnittelu ja valmistus, 2011 (1): 72-74.