《汽车起重机起升机构的优化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车起重机起升机构的优化设计（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汽车起重机起升机构的优化设计大连轻工业学院? 齐? 威? 大连理工大学? 苗? 明? ? 方案优化是比参数优化层次更高的优化设计。现在通用的以数学规划论为理论的最优化设计是在 产品原理方案已定的情况下,对其局部进行参数优化的方法。由于参数优化未涉及到更高层次的原理方案优化, 不能代表产品的整个设计,说明不了产品设计的全过程。为此,我们采用功能分析法与层 次分析法对汽车起重机的起升机构进行方案优化设计, 构成 ? 功能 ? 技术矩阵?,得到系统总体解析的全部方案,并通过科学的评价和决策,从定性 和定量2 个方面得出最优方案。功能分析法是方案优化决策的一种有效方法,其以事物的多样性为客观基础, 以
2、工程和用户需要为准则,以事实为依据,对产品及其构成要素的功 能和实现功能的方法进行具体分析, 从而构成 ? 功能? ? 技术矩阵?,寻找系统总体解析的全部方案;并根据任务、目标及约束条件进行方案评价和决 策,得出最佳方案。其求解框图见图 1。图 1? 功能分析法方案求解框图1? 方案设计1?1? 建立 ? 功能? ? 技术矩阵? ? 功能 ? 技术矩阵? 见表 1, 其中 m 行为 m 个子功能;n 列为每个子功能最多有n 种解法。在该矩阵中, 元素 Pij元就是单个功能的一个解,每个子功能 1 有 m1个方案,子功能 2 有 m2个方案,?, 子功能 n 有mn个方案,由此从理论上得到可能的
3、组合方案总数为 N= m1,m2,?,mn。表 1? 功能? ? 技术矩阵表可能解子功能( 目标特征) 子功能的可能解j= 1j = 2?j = j?j = n目标 标记 子功 能i= 1P11P12?P1j?P1ni= 2P21P22?P2j?P2n?i= iPi1Pi2?Pij?Pin?i= mPm1Pm2?Pmj?Pmn? ? 起升机构的总功能可分解为原动力、传动装置、传出装置3 个子功能, 确定每个子功能的可能解, 即可形成起升机构的 ? 功能 ? 技术矩阵 (见表 2)。表 2? 起升机构初步方案的 ? 功能? ? 技术? 矩阵可能解子功能( 目标特征) 子功能的可能解j= 1j =
4、 2j= 3j = 4子 功能原动力i= 1P11电动机P12液压马达P13机械传动传动装置i= 2P21齿轮 传动P22带传动P23链传动P24摩擦轮 传动传出装置i= 3P31卷筒1?2? 方案的筛选和决策由该矩阵得出 12 种方案,采用 5 分制按照 0(不能用)、 1(勉强可用) 、 2(可用)、 3( 良好)、 4(很好)的次序判断方案的优劣,得出的结果见表 3。依据经验决策法, 从各方案中选出最优方案。?27?起重运输机械? ? 2003 (8)表 3? 5分制评分结果方案P11P21P11P22P11P23P11P24评分3001方案P12P21P12P22P12P23P12P2
5、4评分4001方案P13P21P13P22P13P23P13P24评分20012? 二级方案设计2?1? 二级 ? 功能? ? 技术矩阵?经初级方案设计, 确定以液压马达 ? 齿轮传动? 卷筒为最佳方案,并进一步分解, 建立二级 ? 功 能? 技术矩阵? (见表 4),共形成 6 种方案,即P11P21、P11P22、P11P23、P12P21、P12P22、P12P23,可分别表示为: X1、X2、X3、X4、X5、X6。表 4? 起升机构二级 ? 功能? ? 技术矩阵? 表可能解子功能( 目标特征) 子功能的可能解j= 1j = 2j = 3子 功 能马达i= 1P11高速度液压马达P12
6、低速度马达齿轮传动i= 2P21定轴 齿轮传动P22NGW 型行星 齿轮传动P23蜗轮蜗杆 传动卷筒i= 3P31卷筒2?2? 二级方案的评价和决策采用层次分析法对上述方案进行分析、决策, 得出最佳方案。层次分析法是定性分析与定量分析相结合的系统分析方法。通过分析复杂问题中所包含的因素及其间的相互关系, 将问题分解成不同要素,并将这些要素归并为不同层次,采用两两比较的判断方 式,建立判断矩阵,并通过数学运算排出各要素的重要次序, 为分析、决策提供定量依据。层次分析法框图见图2。?( 1) 建立系统层次结构模型 起升机构方案优化这个目标涉及 到 很 多因 素, 根据所掌握的资料, 整理为体积、结
7、构、操作性能、维护性 能、安 全 可 靠性、效率、制造成本及使用寿命 等主要指标。明 确 指 标后, 建立层次结构模型, 见图 3。图 2? 层次分析框图图 3? 起升机构层次结构模型框图(2) 构造判断矩阵 层次分析法的判断矩阵形式为AKB1B2?BnB1b11b12?b1nB2b21b22?b2n?Bnbn1bn2?bnn判断矩阵中各元素的取值反映了相对于目标A 各指标的相对重要程度 ( 或优劣程度)。采用 1 9 比率标度法,其中标度 1 是指 2 个因素比较, 具有同等重要性; 标度 3 是指 2 个因素比较,前者比后者稍微重要; 标度 5 是指 2 个因素比较,前者?28?起重运输机
8、械? ? 2003 (8)比后者明显重要; 标度 7是指 2 个因素比较,前者 比后者强烈重要; 标度 9是指 2 个因素比较,前者比后者绝对重要。介于以上重要程度之间的取邻标 度的中值如 2、4、6、8 等,其中 bij表示 Bi与 Bj对目标A 的重要程度比, 又有 bij= 1/ bij,i ?j 时; bij= 1。对于方案优化各层次判断矩阵有 2个:a? 判断矩阵 A- B: 相对目标 A,考虑各指标Bi的相对重要性:b? 判断矩阵 Bi- X: 相对指标 Bj各方案 Xj 的相对优劣。( 3) 相对各判断矩阵的单排序向量计算 利用数学方法求出上述判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向
9、量, 这一特征向量就是某层次因素相对于上一层因素而言的重要性权值。 ? 求判断矩阵每行元素的乘积Mi= ?nj= 1bij ? 计算 Mi的n 次方根?-i=nM i? 对向量 ?- = ?-1,?-2,?,?-nT正规化?i= ?-i/ ? ?-i(1)则 ?= ?1,?2,?,?nT就是最大特征向量,即单排序向量。按上述算法分别求出判断矩阵A- B、Bi- X 的单排序向量。 (4) 判断矩阵的一致性检验由于实际问题的复杂性,需要对判断矩阵进行 思维一致性检验层次分析法中度量判断矩阵思维一致性的指标为一致性指标 C?I?C?I?=?max- m n- 1(2)其中,?max为判断矩阵的最大
10、特征值?max= ?ni= 1(A?)i ( n?)i(3)当判断矩阵具有完全一致性时,?max= n,其他, 特征根均为 0,而当判断矩阵具有满意的一致 性时,?max稍大于 n,其他特征根接近于 0。为度量不同阶判断矩阵的思维一致性,引入判断矩阵的平均随机一致性指标 R?I? 值, 见表 5。判断矩阵 的一致性指标 C?I? 与同阶平均随机一致性指标R?I? 之比称为随机一致性比率 C?R?, 当C?R?=C?I? R?I? 0?01(4)时, 则认为判断矩阵具有满意的一致性,否则, 需 调整判断矩阵元素, 使之具有满意的一致性。根据式 (1) (4) 分别求出判断矩阵 A-B、Bi- X
11、 的最大特征值 ?max,一致性指标 C?I? 和随机一致性比率 C?R?。表 5? 随机一致性指标 R?I? 值n123456R?I?0?000?000?580?901?121?24n7891011R?I?1?321?411?451?491?51?(5) 层次总排序的向量计算及其一致性检验3级层次结构模型,最高层为目标层 A,第 2层为指标层 B= B1,B2,?,Bn, 第 3 层为方 案层 X=x1,x2,?,xm 。层次结构分析的目的是得到最底层元素 ( 方案 x1,x2,?,xm) 对于最高层 (目标 A) 的总排序向量 ?A( x) , 以便 于决策出最优方案。计算方案 xj(j
12、= 1,2,?,m) 对目标 A 的总排序向量为? ( xj) = ?ni= 1?Bi(xj) ?A( Bi)(5)( i= 1, 2,?,n;j= 1,2,?,m)同时, 还需对层次总排序的一致性进行检验, xj对A 的总排序的随机一致性比率为C?R?=?ni= 1?A( Bi) ?C?I?( i)?ni= 1?A( Bi) ?R?I?( i)? 0?1(6)(6) 二级方案的评价与决策根据总排序向量得到,对于起升机构方案优化 目标所提出的6 种方案的相对优先次序, 选次序最高者为最优方案。3? 结束语应用功能分析法及层次分析法, 对 160 t 全路面汽车起重机起升机构进行方案优化, 得到最优原理方案是 ? 高速液压马达? NGW? 行星齿轮传动 ? 卷筒。这种从定性和定量 2 个方面对起升机构进行方案优化方法,使方案设计从经验判断走向科学决策。 作? ? 者: 齐? 威地? ? 址: 辽宁省大连市大连轻工业学院邮? ? 编: 100034收稿日期: 2002- 03- 22?29?起重运输机械? ? 2003 (8)
