基于VB叉车伸缩臂调平油缸优化设计

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The Optimal Design of Telescopic Boom Forklift Leveling Oil Cylinder Based on VBTANG Xin ZHEN Qian LIU Ci-yang(Shougang Guiyang Special Steel Co.，Ltd，Guiyang，Guizhou 550005，China)Abstract： By studying the pallet fork leveling principle of telescopic boom forklift，relevant mathematical modelwas established.VB language was adopted for programming，ratio of product moment method，multi-objectiveprogramming and optimization algorithm were used to optimize the best position of oil cylinder and make the bestvalue of goods fork levelness and smoothness。

Key words： leveling oil cylinder，VB，optimal design1 伸缩臂调平机构的建模调平机构是伸缩臂叉车工作装置的传力机构和安全机构(穆希辉等，2000)。调平机构使货叉在升降的过程中，可以保持不变的角度，以使货物可以平衡的放在货叉上不至于落下。图1为伸缩臂结构机械图，调平油缸和折臂油缸共同控制货叉在升降过程中保持相对水平的任务。

当货叉从 -l0。到45。上升的过程中，角度 A的增大同步于角 ，货叉与水平的角度也按比例增大，所以导致货叉在上升过程中不能保持水平。调平原理如图2所示(马振书等，2005)。

收稿日期：2013-04-22；修回日期：2013-04-27作者简介：汤欣(1970-)，男，助理工程师，学士。研究方向：机械工程。

E-mail：tangxinpaper### 163.tom通讯作者：郑黔(1970-)，男，助理工程师，在读硕士。研究方向：机械工程。E-mail：zhengqian2000###163.com图 1 高速叉车伸 缩臂结构图示Fig.1 Forklift telescopic boom structure将调平油缸和货叉油缸的液压回路串联，这样在货叉上升过程中，由于角 B的增大，使得长度 a也在增大，调平油缸进油，使得货叉油缸出油，然后长度 a变短，使货叉与水平的夹角变小，从而保持了货又的相对水平与相对平稳性。调平油缸直径设计成 d ，货叉油缸直径为 d ，油路串联时，调平油缸的出油等于货叉油缸的进油。所以调平油缸和货叉油缸的计算式子应该是：a ： 、 二alJb c -2b1c1·cosB (1)由于调平油缸的出油量要等于货叉油缸的进油贵 卅 科 学 31卷Fig.2 Telescopic arm leveling principle diagram量，才能保证货叉水平，所以a、a 对角角 A、角 B上的微分应满足以下关系：： 2 (2)d a1- d；为使货叉水平应满足：，，蠡( C2-2b。sa) d； ( )由此可以看出，C/，和 日 两个计算函数的微分之比应该是-个常数，这样就可以使伸缩臂的货叉可以保持水平，但是通过实验我们发现，其微分比不可能是-个常数，而是-个变量，并且这个比值是多变量的非初等函数，所以很难用-般的数学方法直接得出优化结果。

优化 问题 的数学模 型如下，对 多变量 X'X1 ： ， ，找出最佳值使得 目标函数f( )-min并且满足约束条件(3)。依据高速叉车伸缩臂的功能要求，伸缩臂在 -1O。到 45。时货又要保持水平，根据以上条件得到优化 目标函数：5。I ( c -2bc·c0s( i)) 2) 磊 -2差(4)其中OL是调平油缸的初始角度，/3是货叉油缸的初始角度， 既是优化目标函数的变量，包括 b、c、b 、c 、O/、/3。目标函数构造出来后就可以使用 Visu-al Basic 6.0高级语言编写程序，可以轻松的做人机交流界面，方便个性设汁参数，显示相关曲线清晰易懂。下面使用-种独立算法和-个综合算法对油缸的两个参数进行优化。

2 伸缩臂调平机构的优化2.1 比积差优化算法最小比积差优化算法就是在假设所要优化的参数已经找到，伸缩臂从 -10。到45。的上升过程为累积路线，以比积差为优化的目标函数，找到-个最佳优化参数使得这个 目标函数最校比极差就是伸缩臂模型的中的 d 和 d 的微分的比值与理论微分比值的积差，如公式(4)。使用 VB语言进行编程，利用穷举法计算出所有参数的比积差。

从运行结果可以看出，当程序运行给定初始值后，可得到最佳优化参数为：b789 mlTI；B20。，给程序赋初值：表 1 伸缩臂各个尺寸初始值Tab.1 Telescopic arm each size of the initial value图 3 极差 比算法运行结果Fig.3 Results of ratio of product moment method从优化结果看得到，在指定范围内得到的最佳优化参数后，通过极差优化算法可以得出最佳参数，图3显示了在最佳参数下，其微分比的曲线。由2个油缸的几何得到的理论微分比应该为：2d/di1.28(d 80 mm；d 100 ram)。程序结束可以得到此曲线的回归线的线性相关系数为 0.710，比值积差为 1.868，这些数据说明，在伸缩臂上升的过程中，货叉的的摆幅很小，但是总是在轻微的上摆状态，在角度约在34。左右时，上摆幅度最大。

2.2 多目标规划权和优化算法多目标优化的求解主要有 2大类，-类是求出非劣解，另-类是在求解时对目标函数作处理，如将多目标优化问题重新构建-个评价函数。求解法有线性加权法、主要目标法、平方和加权法等。这里使用线性加权法来优化调平油缸 的位置 (孙靖民，2005)～多 目标问题转化为单 目标优化问题，即评价函数。我们通过以下 3个有用的目标函数：fx( )(o6 )-1.28( )：l R-1 l5期 汤 欣，等：基于 VB叉车伸缩臂调平油缸优化设计 45薹c d2 ㈩其中：第-个回归方程；第二个是线性相关性；第三个是微分比例的误差累积。优化评价函数为：r讪ninF( )min wZ( ))KZ( )KJ2( )K ( ) (6)公式(6)中，K 、K2、K3是 3个函数的加权因子，可以根据伸缩臂货叉的工作要求来制定这 3个加权因子。这样 3个 目标函数转化为-个评价函数，便可以根据优化原理使优化评价函数达到最小值，即可找到最优解，利用 VB程序计算就可以得到最优解。给程序赋初值。

表3 不用的加权因子得到不同的优化结果Tab.3 Instead of the weighted factor of the diferentoptimization results are obtained从实验结果可以看出，加权因子 。的重要性最大，其次是 ，影响不大的是 K3。从优化结果可以看出，货叉整体保持水平，伸缩臂从最低上升到-定角度前货叉稍微下偏，伸缩臂上升超过-定角度以后，货叉稍微上偏 ，这样可以保证货物不会下下落。

表2 程序初始值 3 结论Tab.2 PrOgram initial value当程序运行后 ，在窗体右上角输入评价函数的加权因子K 、 、 。点击开始计算程序就进行计算，得到出如图4曲线。得到最佳角度为 22。，最佳b长度为674 Bin。

多目标下，评价函数的加权因子是根据实际的需要而定的， 是累积误差的加权因子，由于总体需要货叉保持在水平位置上，所以此因子相对大些，砭 是线性相关系数的加权因子，此目标使曲线拟合后线性好，此因子也重要。 是将曲线按最小二乘法拟合后的曲线的加权因子，这也是其中-个重要的目标函数。程序运行后输入不同的加权因子将得到不同的优化结果，如表3。

图4 多目标权和优化算法Fig.4 Multi-objective programming andoptimization algorithm通过对某高速伸缩臂叉车的货叉调平原理的分析，采用 Visual Basic 6.0高级语言编写程序，对货叉调平油缸的位置提出了两种机械优化方法，比积差优化法，多目标规划权和优化算法，经分析计算我们发现，比积差优化算法的优化结果可使货叉摆幅变小，但是货叉油缸角度变化线性度不是很好，可能使货叉动作平稳差；多目标规划权和优化算法，通过考虑实际问题，权衡各个加权因子，使参数优化达到最佳效果，使得伸缩臂的货叉总是在最佳的工作位置 匕。

REFERENCES]Mu XH，Liu XY，Wang JR，2000.The telescopic boom forkliftpallet fork translational mechanism optimization[J].Jour-nal ofLifting Transportation Machinery.3：15-18(in Chi-nese)。

Ma ZS，Mu XH，Luo L，2005.The telescopic boom forklift pal-let fork level design and elToanalysis[J].Forklift TruckTechnology(4)：11-13(in Chinese)。

Sun JM，2005.Edition Mechanical Optimization Design ，3rd[M].Machinery Industry Press，179-185。