螺旋轴式移箱机构多学科协同设计优化研究

发布时间：2020-09-24 20:03

　　 移箱机构是高速水稻插秧机重要构成部分之一,其任务是在栽插秧苗的过程中完成横向送秧工作,该性能的好坏直接关系到插秧机工作性能的稳定性。移箱机构的性能取决于机构参数的配置,性能较好的移箱机构移动送秧速度平稳,保证秧苗栽插均匀、机构振动小,因此移箱机构的参数优化是移箱机构设计的核心问题之一。本文螺旋轴式移箱机构的参数优化是多目标、优化变量存在耦合的非线性复杂的问题,该设计优化涉及动力学、运动学和结构力学多个学科且学科之间存在相互影响,传统优化设计难以满足移箱机构总体设计要求,因此开展了螺旋轴式移箱机构多学科设计优化研究。主要完成工作总结如下:(1)研究了多学科优化设计框架、寻优策略和灵敏度分析的相关理论,将机械领域较常使用的多学科设计优化方法进行对比分析研究,确定将松弛协同优化方法作为螺旋轴式移箱机构的优化方法。(2)利用多学科设计优化系统分解理论结合所研究的螺旋轴式移箱机构的结构特点,将系统分解为动力学、运动学和结构力学三个子学科。针对分解的学科进行分析,明确每个学科的优化变量、优化目标以及约束条件,构建学科优化模型。选择每个学科合适的优化算法,对每个学科进行优化。(3)在此基础上,针对单学科仿真模型计算效率低,多学科并行优化难以收敛的问题,引入近似模型方法来代替仿真模型。利用计优化拉丁超立方试验设得到样本点,构造螺旋轴式移箱机构的克里格近似模型,并对建立的近似模型进行误差分析,确定精度以满足要求。(4)基于Isight软件搭建了多学科协同优化平台,进行螺旋轴式移箱机构多学科协同优化设计。优化结果表明,优化后的螺旋轴一阶固有频率由236.428Hz提高到259.534Hz,增加了9.77%,有效提升了螺旋轴的抗振性能;移箱机构工作运行时滑套的最大加速度由9.838e4mm/s~2减小至9.013e4mm/s~2,降低了8.39%,减少了冲击与磨损;机构的重量由2126.17g减小至1848.31g,降低了13.07%,使得结构更加紧凑,降低制造成本,有效提高移箱机构的综合性能,在降低重量的同时,显著提高了机构运行的平稳性和精准性。
【学位单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S223.91
【部分图文】：

多多学科协同优化平台，利用构建的克里格近似模型代替原模型进行了螺旋轴式移箱机构多学科协同设计优化，计算得到了优化结果并将协同优化设计的结果与单学科优化结果进行分析研究，证实协同设计优化的有效性。1.3.2 技术路线螺旋轴式移箱机构多学科设计优化技术路线如图 1-1 所示。

2 螺旋轴式移箱机构多学科设计优化框架及方法研究多学科设计优化方法 是一种通过全面的搜索且借助工程问题中学科与学科之间的协调机制，对复杂系统设计问题提出的一种优化方法。该技术主要包括系统分解系统建模和 MDO 寻优策略等几个方面组成[64]，如图 2-1 所示。

(a) (b)图 2-2 复杂工程系统优化模式Fig.2-2 Optimization patterns of complex engineering system MDO 求解思路DO是一种统筹规划的设计方法，也属于并行优化设计。其求解思路如图复杂系统问题分解 为相对独立的多个学科的优化问题和学科之间的协用计算机辅助技术和 MDO 策略的协调机制来兼顾各模块之间的耦合作用块之间的矛盾冲突，减弱系统中相互影响的因素，从而达到兼顾复杂系的并行设计[64,66]。与传统串行优化模式相比，MDO 方法更能降低系统复重复设计，有效减短设计周期，每个学科设计优化独立，可充分发挥各学，分别采用恰当的优化工具对各学科进行建模优化，使得每个学科的优化效。对于螺旋轴式移箱机构来说既要保证各个部件发挥各自的功能，而且箱机构的综合性能，从整体优化设计角度出发，多学科设计优化方法 是准的方法。

【参考文献】

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本文编号：2826207