一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法。首先建立搬运器抱夹并搬运汽车的动力学模型，推导出搬运器系统整机数学模型，确定搬运器模型的刚度、阻尼、质量矩阵，并以此为搬运器性能的设计空间。然后确定搬运器设计的约束条件，通过多次拉丁超立方试验与数值计算，通过最小密度‑潜在最优采样策略构建搬运器性能参数代理模型，并使用NSGA‑II算法对该模型进行求解。本发明专利技术解决了搬运器设计时不考虑动载系数，根据经验数据随意确定系统参数设计的问题，构建了搬运器系统参数与性能模型，提高了搬运器设计的稳定性，减少了搬运器设计周期。

A design method of performance parameters for wheeled vehicle loader

The invention discloses a design method for the performance parameters of a wheeled vehicle carrier. Firstly, the dynamic model of the vehicle is established, and the mathematical model of the whole conveyor system is deduced. The stiffness, damping and mass matrices of the conveyor model are determined, which can be used as the design space for the performance of the conveyor. Then, the constraints of the design of the transporter are determined. Through many Latin hypercube experiments and numerical calculations, the proxy model of the performance parameters of the transporter is constructed by the minimum density potential optimal sampling strategy, and the model is solved by the NSGA_II algorithm. The invention solves the problem that the dynamic load coefficient is not considered in the design of the conveyor, and the system parameters are determined at will according to the experience data. The system parameters and performance model of the conveyor are constructed, the stability of the design of the conveyor is improved, and the design period of the conveyor is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法
本专利技术涉及机械工程领域、计算机应用
，更具体地，涉及一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法。
技术介绍
随着我国经济发展速度的加快和城市现代化水平的提高，汽车的保有量继续高速增长，在大、中城市停车难已经成为困扰城市交通的一个难题。立体停车库是解决城市“停车难”问题一个有效方案。立体停车库可具有存取效率高、调车速度快、自动化程度高、可靠性高等优势，而实现这一效果的关键部件是汽车搬运器。一般地，泊车位与立体停车库升降台的轨道之间存在一定的接头间隙，当搬运器载有汽车以一定的速度通过接头时，整机会产生剧烈的振动，导致搬运器受到瞬时冲击载荷。在这种冲击载荷下对搬运器的承受汽车质量的能力，即关键零部件的及其结构薄弱的应力、弯曲变形提出了较高的要求。目前，关于汽车搬运器的性能方面的研究还比较少，国内外主要以实现抱夹、搬运的功能为目标进行设计。CN201510878151.1公开了一种抱夹轮胎汽车搬运器，提出了通过抱臂夹持汽车轮胎，并抬升汽车的搬运器，该搬运器采用电机带动链轮旋转，链轮与滚珠丝杠螺母副总的丝杠相连，螺母与滑块在导轨上运动并推动抱臂关节使抱臂夹紧，该搬运器的机械结构简图如图1。该搬运器控制精准，传动平稳。吴上生等将汽车搬运器转换成等效刚度-阻尼动态振动模型。确定了模型关键参数的数值，并对该动力学模型进行了求解，得到了该横拉机构的主要固有频率，并计算了横拉机构工作频率以及同步带传动多边形效应引的起动载荷激振频率，运用有限元软件模拟仿真论证了该新型搬运器横拉机构结构动态性能合理性。综上所述，目前对于搬运器的研究主要集中搬运器的功能结构上的实现，而其性能上研究主要采用动力学软件和有限元软件进行仿真模拟，在设计时，主要采用经验数据，忽略了动载系数对搬运器性能的影响，未能对搬运器的整机系统建立动力学数学模型，未能构建搬运器系统参数与性能之间的优化设计模型，使得搬运器的设计具有随机性强，设计周期长，效率低的特点。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法，旨在解决目前搬运器设计时，忽略动载系数对搬运器性能影响，通过经验数据对动载系数估算而不能建立系统参数与性能之间精确关系的问题。一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法，包括以下步骤：步骤一，将搬运器的升降台轨道和车位轨道之间的接头缝隙作为不平顺激励，并将搬运器整机分解成框架子结构和抱臂子结构，分别建立两个子结构的动力学数学模型，消除界面力，得到搬运器系统动力学模型，得到系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，积分求解得到动载系数的响应；步骤二，根据所述的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵中的设计变量，分析设计变量对于所述的动载系数的影响趋势，选取影响较明显的设计变量组成设计空间，以所述的动载系数的响应的峰值和谷值作为优化目标值，以搬运器的抱臂的应力与弯曲变形为约束条件，建立搬运器性能参数设计优化模型；步骤三，在所述的约束条件范围内，以最小密度与潜在最优准则为采样策略，设计样本数据和数值计算，构建近似代理模型，使用NSGA-II进行全局寻优，得到多个搬运器性能的优化解；步骤四，根据步骤三中得到的优化解中的动载系数峰值与谷值，归一处理峰值与谷值两个目标，设定加权系数，得到搬运器性能的最优解。步骤一中所述的接头缝隙为台阶信号，其表达式为：其中，fi(t)为第i个靴轮经过接头缝隙的激励信号，t为搬运器经过的时间，Ai为控制的最大接头高度，ti为搬运器经过接头的时刻。步骤一中所述的框架子结构，其动力学方程为：其中，my为搬运器框架的质量；ky为搬运器靴轮的等效刚度；cy为搬运器靴轮的等效阻尼；la、lb为搬运器抱臂中心与前后靴轮的距离；pa，pb为搬运器前后两靴轮对应的轨道不平度；y为搬运器框架的竖直方向上的位移；θ为搬运器整体绕着质心的旋转角度；J为搬运器的转动惯量；F界为抱臂子结构和框架子结构的界面力；步骤一中所述的抱臂子结构的动力学方程为：其中，mz为搬运器承载汽车质量；kz、cz为抱臂与汽车轮胎的的等效刚度和等效阻尼；q为抱臂的竖直方向上的位移；F界为抱臂子结构和框架子结构的界面力。所述的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵分别为：对搬运器性能影响较大的设计变量为，靴轮等效刚度，靴轮等效阻尼，轮臂距，抱臂直径，轮端距，两臂距。所述的搬运器的性能参数设计优化模型为，其中ξ1、ξ2是搬运器的动载系数的峰值和谷值，xi是第i个设计变量，M是搬运汽车的质量，g重力加速，lc是轮端距，y是抱臂的弯曲挠度，E、I是抱臂的弹性模量和惯性矩，[σ]、[t]是抱臂的许用应力和弯曲变形挠度。所述的以最小密度与潜在最优准则为采样策略具体如下：maxd(x)，r(x)xmin≤x≤xmaxs.t.gi(x)≤0i＝1，2，…n，其中，s(x)为搬运器性能近似模型响应值和样本点数值的误差；n为约束条件的个数；r(x)为未知点x到样本中其他点的极大化最小距离。所述的归一处理峰值与谷值两个目标具体如下：以α，β分别为两个目标的加权系数，其中α+β＝1；搬运器性能的最优解的计算公式如下：κi＝αui+βvi其中，ui、vi搬运器动载系数峰值和估值的归一化化值。附图说明图1是立体停车库汽车搬运器工作原理图；图2是升降台轨道和车位轨道接缝的台阶激励；图3是框架子结构的动力学数学模型；图4是汽车轮胎和搬运器抱臂的接触模型；图5是抱臂子结构的动力学数学模型；图6是搬运器整机的动力学数学模型；图7是搬运器动载系数直接积分法求解结果；图8是某次搬运器性能参数设计代理模型收敛图；图9是搬运器的性能参数设计模型的优化解结果；图10是搬运器的综合性能评价度结果；图11是优化后的搬运器静态抱夹汽车的抱臂仿真分析结果；图12是优化后的搬运器动态抱夹汽车的抱臂仿真分析结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步的说明。本专利技术首先，建立搬运器系统的动力学数学模型，得到搬运器的性能影响因子，以此作为搬运器的设计空间，建立搬运器性能参数设计模型，使用最小密度和潜在最优的采样策略，序列近似建立参数设计优化模型，并使用NSGA-II进行求解。具体步骤如下：步骤一，立体停车库轮式汽车搬运器的升降台轨道和车位轨道之间接头缝隙存在的缝隙作为不平顺激励，并将搬运器整机分解成框架子结构和抱臂子结构，分别建立两个子系统的动力学数学模型。消除界面力，得到搬运器系统动力学模型，得到系统的质量、阻尼、刚度矩阵，积分求解得到动载系数的响应。关于评价指标的确定，所述步骤一中，搬运器性能评价指标有抱臂的强度和弯曲变形，其强度条件为：σ抱臂＜[σ]，刚度条件为：ε抱臂＜[ε]。为了准确分析搬运器在轨道上运动的动载与静态下的载荷的大小，以附加动载的峰值与抱夹汽车质量的静态载荷之比作为动载系数进行定量确定：其中，ΔF动max表示搬运器在轨道上运动受到动态附加载荷的峰值大小。F静表示搬运器在静态抱夹抬升汽车质量的载荷大小。关于轨道不平顺激励如图2，所述步骤一中，车位轨道和升降台轨道之间存在有接头的缝隙，即台阶激励，当搬运器在ti时越过高度为Ai高度差的台阶时，其激励信号为：搬运器的前后两个靴轮在不同时刻经过此台阶时，两者的激励信号是完全相同的，只是存在一定的时间滞后，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将搬运器的升降台轨道和车位轨道之间的接头缝隙作为不平顺激励，并将搬运器整机分解成框架子结构和抱臂子结构，分别建立两个子结构的动力学数学模型，消除界面力，得到搬运器系统动力学模型，得到系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，积分求解得到动载系数的响应；步骤二，根据所述的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵中的设计变量，分析设计变量对于所述的动载系数的影响趋势，选取影响较明显的设计变量组成设计空间，以所述的动载系数的响应的峰值和谷值作为优化目标值，以搬运器的抱臂的应力与弯曲变形为约束条件，建立搬运器性能参数设计优化模型；步骤三，在所述的约束条件范围内，以最小密度与潜在最优准则为采样策略，设计样本数据和数值计算，构建近似代理模型，使用NSGA‑II进行全局寻优，得到多个搬运器性能的优化解；步骤四，根据步骤三中得到的优化解中的动载系数峰值与谷值，归一处理峰值与谷值两个目标，设定加权系数，得到搬运器性能的最优解。

【技术特征摘要】
1.一种抱轮式汽车搬运器性能参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将搬运器的升降台轨道和车位轨道之间的接头缝隙作为不平顺激励，并将搬运器整机分解成框架子结构和抱臂子结构，分别建立两个子结构的动力学数学模型，消除界面力，得到搬运器系统动力学模型，得到系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，积分求解得到动载系数的响应；步骤二，根据所述的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵中的设计变量，分析设计变量对于所述的动载系数的影响趋势，选取影响较明显的设计变量组成设计空间，以所述的动载系数的响应的峰值和谷值作为优化目标值，以搬运器的抱臂的应力与弯曲变形为约束条件，建立搬运器性能参数设计优化模型；步骤三，在所述的约束条件范围内，以最小密度与潜在最优准则为采样策略，设计样本数据和数值计算，构建近似代理模型，使用NSGA-II进行全局寻优，得到多个搬运器性能的优化解；步骤四，根据步骤三中得到的优化解中的动载系数峰值与谷值，归一处理峰值与谷值两个目标，设定加权系数，得到搬运器性能的最优解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中所述的接头缝隙为台阶信号，其表达式为：其中，fi(t)为第i个靴轮经过接头缝隙的激励信号，t为搬运器经过的时间，Ai为控制的最大接头高度，ti为搬运器经过接头的时刻。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中所述的框架子结构，其动力学方程为：其中，my为搬运器框架的质量；ky为搬运器靴轮的等效刚度；cy为搬运器靴轮的等效阻尼；la、lb为搬运器抱臂中心与前后靴轮的距离；pa，pb为搬运...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯毅雄，吴博，程锦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33