平面连杆机构解域综合方法及其转动副误差影响研究

In the heavy machine, the moving mechanism is a rigid linkage and also as a loading mechanism. So its joint clearance, mechanism synthesis and structure design are considered simultaneously. To the folding transportation equipment of the large ship, an integrated optimal method is employed to analyse sensitivity of joint clearance and its mechanism-structure. Firstly,based on the solution region,a synthesis method is adopted to analyse the sensitivity of joint clearance.A global solution region model between the clearance value and straightness is built to research the sensitivity of straightness compared with the clearance. Based on solution region,the sensitivity of heavy load link between joint clearance and dynamic property is discussed. Considering the affect of uncertainty factor of kinematic pair clearance and the elastic deformation , an uncertainty optimal method based on ellipsoid model for large ship is put forward.Finally, according to the experiment using heavy load fording conveyor, the theory of solution region and optimal model are verificated. The theroy of solutionregion and mechanism-structure integrated optimal method will be developed by this project.

在重载机械设备中，其运动机构多为连杆机构，同时往往也是承载机构，其运动副间隙、机构综合与结构优化需同时考虑。本项目以我国船舶产业急需解决的自卸舶可回收输送设备关键技术研究为背景，研究转动副间隙敏感度以及机构-结构一体化优化设计方法。首先，针对直线连杆机构，提出转动副间隙敏感度分析的解域综合方法，建立间隙值与直线度之间的全局解域模型，研究转动副间隙对直线度的敏感度；以此为基础，基于解域综合方法，研究连架杆为重载执行构件的转动副间隙对机构动态特性的敏感度；然后，采用代理模型技术，考虑运动副间隙与构件弹性变形，提出一种机构-结构一体化优化设计方法；构建一种混合可靠性模型，并提出可靠性指标，开发高效优化算法，开展自卸舶折叠输送装置的多目标优化设计研究；最后，通过重载折叠输送装置实验，验证解域理论与优化模型的正确性。该项目的研究，可以促进解域理论与机构-结构一体化优化方法的发展与工程应用。

本项目从工程技术需求出发，凝练基础理论科学问题，以大型重载散料输送装置和隧道施工装备等装备为试验对象，在前期机构解域综合方法研究的基础上，进一步完善了直线轨迹连杆机构解域综合理论及其软件系统，研究了运动轨迹影响的全局解域综合方法，研究计算初值对运动精度的影响；提出连架杆为重载执行构件的运动副间隙影响分析的数学模型，研究了考虑多运动副间隙的多杆机构运动学分析方法，研究了运动副间隙与构件弹性耦合作用下的折叠方舱机构运动学分析方法，探讨了运动副间隙与弹性形变联合作用的分析方法等问题；考虑实际工况中运动副磨损的不确定因素对运动副间隙与机构动态特性的影响, 研究了斗轮堆取料机俯仰机构运动特性研究及其多目标优化设计，探讨了一种适用于重载机构的运动副间隙的不确定性优化设计方法，以及斗轮堆取料机臂架结构-机构一体化设计方法。本项目的完成一定程度上形成了一套机构综合理论与方法，促进机构解域综合与机构设计理论与应用的发展。项目研究取得了省级科技进步奖2项、高水平论文7篇、中美发明专利授权12项，许可/转化实施5项等系列重要成果，并培养毕业硕士研究生4名；项目负责人尹来容新增入选湖南省湖湘青年英才、长沙市杰出创新青年、湖南省青年骨干教师等重要人才计划。项目研究的机构解域综合理论、机构动态性能分析等研究成果，推广应用至散料输送装备、隧道施工装备等重大工程装备开发，取得良好的经济与社会效益。