林用高空作业车调平机构分析及优化

作     者：谭棣夫 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓旻涯;陈淼林

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 082801[工学-农业机械化工程] 

主      题：调平机构 响应面法 Box-Behnken Design(BBD) NSGA-Ⅱ遗传算法 主观权重 熵权重 

摘      要：在中国经济快速发展和工业化进程加速的背景下,对林业生产的要求不断提升。林用高空作业车在林业生产中也发挥着日益重要的作用,极大地提升林地作业的效率与质量。而调平机构作为林用高空作业车的关键部件,其设计合理性直接影响到作业车的使用安全和工作效率。因此,针对林用高空作业车调平机构的分析与优化对推动林业机械化发展具有重要意义。目前对调平机构的研究主要围绕减轻质量或改变铰点位置等方面,虽然都得出了更优解,但均未做过以调平误差区间最小为优化目标以调平机构六边长为变量的优化方案。 本文对林用高空作业车调平机构的原理进行了详细分析,以上下两调平机构六边长为变量,将减小调平油缸受力和调平误差作为优化目标。首先运用响应面(Box-Behnken Design)法对其进行优化得出一组优化方案,其次又采用NSGA-Ⅱ算法对调平机构边长优化方案进行搜索,获取Pareto最优解集,借助博弈论的思想,对优化目标的主观和客观权重进行综合赋权得出另一组优化方案。对两种方案结果进行比较取优。最后对取优优化结果进行实验验证。 具体研究内容如下: (1)对调平机构上调平液压缸进行受力分析,建立调平机构六变量优化数学模型,以调平机构六边长为变量对调平误差进行分析,以调平过程中调平油缸受力最小、调平误差趋于0、调平误差区间最小作为优化目标。 (2)响应面优化:进行单因素实验,以几何空间位置约束、三角形约束为约束条件,采用Box-Behnken Design(BBD)设计响应面实验进行参数优化,得到一组最优解。 (3)遗传算法优化:将数学模型写入MATLAB,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对上下调平机构六边长方案进行寻优,获得Pareto最优解集。借助博弈论方法,将由专家评分所得主观权重和熵权重模型所得客观权重综合赋权,将综合赋权代入Pareto解集进行排序得到最优解。 (4)将响应面Box-Behnken Design(BBD)优化结果与NSGA-Ⅱ遗传算法结合综合权重优化结果进行比较,将比较最优解代入调平机构模型中验证。结果显示优化后,调平油缸最大受力减小2.3%,调平误差区间较优化前减小48.9%。 (5)搭建林用高空作业车试验测试平台。完成调平机构的仿真优化后,将得到的优化结果与实验测试数据进行比对。经对比,实验结果与仿真预测的结果基本一致,证实本文建立的仿真模型以及所得优化结果在改善调平机构性能方面的可靠性和精准度。