Projekt ciężkiego zawiasu z dużym kątem obrotu na podstawie optymalizacji roju cząstek_hinge

Zawias są niezbędnymi elementami w urządzeniach mechanicznych, umożliwiając ruch i obrót. Podczas gdy różne rodzaje zawiasów były szeroko stosowane w branżach, takie jak zawiasy obrotowe, zawiasy Hooke, zawiasy kuliste, cylindry hydrauliczne i pary nakrętki śrubowej, nadal mają pewne ograniczenia. Na przykład pod dużymi obciążeniami tradycyjne zawiasy muszą być grube, aby spełnić wymagania dotyczące sztywności. Ponadto, w specjalnych przypadkach, w których przestrzeń jest ograniczona, a obciążenia są duże, tradycyjne zawiasy mogą walczyć o pełnienie swojej funkcji.

W rezultacie rośnie zainteresowanie badaniem nowych projektów zawiasów. Algorytm optymalizacji roju cząstek (PSO), rodzaj algorytmu inteligencji roju, zyskał znaczący rozwój i zastosowanie w dziedzinach inżynierskich. Algorytm ten wykorzystuje zachowanie grup ptaków latających na żywność w celu uzyskania optymalnych rozwiązań w złożonych przestrzeniach poprzez współpracę i konkurencję między jednostkami. Algorytmy PSO są wysoce wydajne, łatwe do wdrożenia i szeroko stosowane w praktyce inżynieryjnej. Podstawowy proces algorytmu PSO obejmuje inicjalizację, lot cząstek i oznaczanie wyników. Algorytm zaczyna się od losowego generowania początkowej populacji cząstek, które poruszają się w wykonalnym regionie. Obliczając wartość sprawności każdej cząstki, algorytm określa nowy kierunek ruchu i prędkość każdej cząstki. Podczas każdej rundy ruchu cząstek optymalna cząstka i historyczna optymalna cząstka mają większy wpływ na następną rundę ruchu. Po wielu iteracjach algorytm uzyskuje optymalne rozwiązanie.

Wydajność zbieżności algorytmu PSO została ulepszona poprzez wprowadzenie ciężarów bezwładności, jak zaproponowali Shi i Eberhart. Równanie ewolucji cząstek obejmuje kilka składników, w tym bezwładność, poznanie i współpracę społeczną. Parametry algorytmu, takie jak prędkość cząstek i liczba iteracji, można dostosować na podstawie określonych wymagań. Algorytmy PSO stały się szeroko stosowanym algorytmem inteligentnego optymalizacji w zastosowaniach inżynierskich i często przewyższają algorytmy genetyczne. Jednak algorytmy PSO wciąż stoją przed wyzwaniami, takimi jak przedwczesna konwergencja. Dlatego przeprowadzono znaczące badania dotyczące poprawy algorytmu PSO i rozwiązaniu jego ograniczeń.

W kontekście projektowania zawiasów wymagania projektu obejmują pojemność obciążenia 3 ton i kąt obrotu ± 90 stopni, przy czym wymiary nieprzekraczające 2000 mm x 500 mm x 1000 mm. Aby spełnić te wymagania, mechanizm 2RPR jest wybierany jako mechanizm zawiasowy. Mechanizm ten składa się z obracającej się pary i poruszającej się pary, oferującej wysoką sztywność, regulację błędów i możliwości kompensacyjne. Ponadto mechanizm jest symetryczny, umożliwiający łatwą instalację i konserwację.

Podczas procesu projektowania optymalizacji wymagania kąta i wielkości są spełnione poprzez zastosowanie ograniczeń geometrycznych. Jednak kluczowym wyzwaniem jest zapewnienie, że mechanizm ma doskonałe możliwości przenoszenia siły. Zazwyczaj osiąga się to poprzez ustawienie minimalnego kąta transmisji dla mechanizmu.

Aby przeanalizować transmisję siły, pręt CE jest wybierany jako obiekt analizy. Zakładając masę obciążenia M i odległość D między środkiem masy a parą obrotową, badana jest siła wywierana na pręt CE. Biorąc pod uwagę kąty między siłami a prętem CE, a także kąt między prętem a osi X, wyprowadzane jest równanie równowagi siły. Równanie to zapewnia możliwości przenoszenia siły mechanizmu.

W oparciu o wyniki analizy, poruszająca para została odpowiednio zaprojektowana. Elektryczny model cylindra, GSX40-1201, jest wstępnie wybrany, biorąc pod uwagę wymiary skoku, ciągu i osiowe. Inne czynniki, takie jak wielkość składników, są również rozważane w końcowym projekcie. Łożyska ślizgowe wykonane z brązu aluminiowego są wybierane dla każdej obracającej się pary, biorąc pod uwagę ich wysoką pojemność i precyzyjne wymagania. Główne elementy wykonane są ze stali stopowej 35Crmnsia, która oferuje wysoką wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężysty.

Po zakończeniu projektu mechanicznego ustanowiono model CAD w celu wizualizacji ostatecznego projektu. Algorytm optymalizacji roju cząstek z powodzeniem zoptymalizował konstrukcję ciężkiego zawiasu z dużym kątem, zapewniając, że spełnia wszystkie wymagania projektowe.

Podsumowując, algorytm optymalizacji roju cząstek okazał się skuteczny w optymalizacji projektowania ciężkiego zawiasu z dużym kątem. Dzięki starannej konfiguracji i analizie osiągnięto optymalny projekt mechanizmu 2RPR. Projekt mechaniczny, w tym wybór komponentów i materiałów, został pomyślnie zakończony. Model CAD zapewnia wizualną reprezentację ostatecznego projektu. Ogólnie rzecz biorąc, algorytmy optymalizacji roju cząstek oferują cenne narzędzie do wydajnego i skutecznego projektowania zawiasów oraz przyczyniają się do poprawy wydajności i funkcjonalności urządzeń mechanicznych w różnych branżach.

Odniesienia:

1. Wei Minhe, Han Xianguo, Zhang Jun. Badania optymalizacyjne dotyczące równoległego zawiasu piłki bilardowej 3-UPS/s [J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2011 (3): 19-23.

2. Chen Lishun, Li Li, Zhang Hongliang. Wspólny projekt nowego super-redundantnego Robotj. Mechanical Design and Manufacturing, 2010 (6): 148-150.

3. Yang Shun, Cai Anjiang. Optymalna konstrukcja elektronicznego parametrów regulacji napięcia pedału przyspieszenia opartego na algorytmie optymalizacji RBF i cząstek [J]. Mechanical Design and Manufacturing, 2011 (1): 72-74.