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【摘 要】本文采用动力学ADAMS仿真软件对农用拖拉机悬挂装置进行建模、仿真并加以优化，从而对拖拉机悬挂装置设计过程中关健受力点的位置参数提出了优化意见，以达到在提升过程中最大受力达到最小值提供了理论依据。
【关键词】拖拉机 悬挂装置 ADAMS 仿真 优化
农用拖拉机悬挂犁的悬挂装置是一个农机通用设备，是作业机构与拖拉机的联接机构。悬挂装置具有三个基本功能：第一，将作业机构提起或降下，并满足作业机工作部件位置高低或入土深浅符合要求；第二，使作业机保持纵向水平及横向水平；第三，很方便地挂上或卸下作业机构。因此，对悬挂装置进行仿真，目的就是分析各部件交接点的受力情况，并确定其影响悬挂装置受力的主要参数，进而寻求满足悬挂装置功能的合理工作参数。
1 农用拖拉机犁的悬挂装置模型建立和仿真
本文利用Adams/View仿真软件对悬挂装置进行模型的建立，按照悬挂装置的结构特点，设置悬挂装置各关键受力点的坐标，并定义相应的关键点。设置相应参数完成对机架模型的建立，并通过右键菜单命令来改变创建构件的名称、设置构件的物理属性。设置相应有构件间的约束关系，完成对机架模型中各构件之间约束的建立，设置相应参数，选择对液压缸上所设置的滑移约束副施加驱动力，完成对悬挂装置驱动力的建立，所得到的悬挂装置模型如图1所示。
在ADAMS的主工具箱中调用相应的程序，使得悬挂装置能够实现提升运动，并在相应对话框中设定约束条件，即可完成悬挂装置提升臂旋转角的测量设置，从而为添加传感器做了预备工作；紧接着依靠ADAMS主菜单命令添加传感器，控制提升臂旋转角，从而控制悬挂装置的提升高度；最后在ADAMS中进行仿真模拟，检查悬挂装置提升过程中各个部件的运动状态是否合理，若不能按照预定运动，则需进行修改并调试，直到确认各个部件的运动状态准确无误。
调用ADAMS的后处理程序，进入后处理程序ADAMS/ProstProcessor界面，在曲线面板控制器中，设置提升臂的转角为横笔杆，并设置Point_1点力的变化量为纵坐标，点击Add Curves，就可得到Point_1点相对于提升角度的仿真数据变化曲线图。
由于悬挂装置有对称结构，对于在结构上相对对称的点，只需要对其中一个进行仿真，所以重复以上步骤，可对Point_3、Point_6、Point_7、Point_9、Point_11和L_in_down_MAR等点进行受力分析，对于其它各点，我们可以不进行受力分析，仅加以对比分析，其受力和以上相应各点相同。通过以上分析，可得到各受力点处的最大受力和最小受力，如表1所示。
从表1中则可得出以下结论：（1）点Point_9处的约束副所受的力与点L_in_down_MAR处的约束副所受的力差值相对很小，但方向相反，同时，根据提升拉杆的受力特点，可以认为此两点处的约束副所受力相等（影响其不等的原因是在创建模型时，悬挂机构左右构件的定位不够精确所造成的）。并应明确在进行悬挂装置的运动分析时，将其简化为四杆机构是符合实际的；（2）点Point_1和点Point_7处受力基本相等，且最大值和最小值间的差距相对较小，即受力稳定且接近于定值；点Point_3、点Point_9和点L_in_down_MAR等点受力较大，都大于或接近于4000N，所以这三点是主要的承力点。
模型的细化主要是关键参数的选择，关键参数的选择就是通过对悬挂装置的仿真分析，找出影响各连接点处受力情况最大的参数。根据以上分析，确定本悬挂装置的主要结构参数为：点Point_1和点Point_3的X，Y坐标。
利用ADAMS的工具菜单，创建点Point_1和点Point_3的X，Y坐标为设计变量，依次为DV_1—DV_4，并设定设计变量值的取值范围，如图2所示。
2 对样机模型进行设计研究
设计研究就是在其余变量保持恒定的基础上，分别对每一个变量进行讨论，研究变量与目标之间的关系。
利用 ADAMS的变量分析功能，选取点Point_1的受力为研究对象，变量DV_1为变化参数，设置好相应的参数后，进行模拟分析，得到点Point_1的受力变化过程及Point_1的受力相对于变量DV_1的变化过程。用同样的方法，分别对变量DV_2、DV_3、DV_4相对于点Point_1和点Point_3进行设计研究。
我们定义研究目标对象相对于变量的变化率为敏感度。从以上分析过程中可以得出四个变量的初始敏感度，分别如表2所示。
表2中敏感度的绝对值越大，说明相应的点处变量的变化对整个模型受力变化影响也就越大。变量DV_1的初始敏感度的绝对值高达1016.9185，说明点Point_1的X坐标的变化对于其受力相当敏感，为防止各点受力的突变，原则上对这一点的相对坐标一般不允许做出改变；DV_3、DV_4的初始敏感度相对于DV_1而言，其绝对值比较大，说明这两个变量发生变化时，相应各点的受力情况会发生比较大的变化。从而可以确定DV_3、DV_4是我们所需要进行优化设计的关键参数。
3 对样机模型进行优化设计
因为DV_3和DV_4分别是对点Point_3的X、Y坐标的变量的设定，也就是说，本模型的优化设计主要是针对点Point_3的优化。利用ADAMS的数据优化功能，在优化工具栏添入DV_3 、DV_4，进行优化设计，可得到点Point_3的受力及DV_3、DV_4的迭代过程曲线，并最终形成优化结果报告。
从相关的曲线及优化结果报告表可以看出，优化过程是经过三次迭代运算，ADAMS 在设计变量变化范围内找到一组最优解，使悬挂装置在提升阻力相对稳定的情况下，使点Point_3处的作用力最大值趋近最小。因为设计变量变化范围较小，同时设计变量相对敏感度低，因此本次优化的结果评价是在其它参数不变的情况下，当点Point_3的X坐标为-100，Y坐标为616.557时，点Point_3所受的最大载荷可达到最小值，即此时点Point_3的受力牌最优状态。
【关键词】拖拉机 悬挂装置 ADAMS 仿真 优化
农用拖拉机悬挂犁的悬挂装置是一个农机通用设备，是作业机构与拖拉机的联接机构。悬挂装置具有三个基本功能：第一，将作业机构提起或降下，并满足作业机工作部件位置高低或入土深浅符合要求；第二，使作业机保持纵向水平及横向水平；第三，很方便地挂上或卸下作业机构。因此，对悬挂装置进行仿真，目的就是分析各部件交接点的受力情况，并确定其影响悬挂装置受力的主要参数，进而寻求满足悬挂装置功能的合理工作参数。
1 农用拖拉机犁的悬挂装置模型建立和仿真
本文利用Adams/View仿真软件对悬挂装置进行模型的建立，按照悬挂装置的结构特点，设置悬挂装置各关键受力点的坐标，并定义相应的关键点。设置相应参数完成对机架模型的建立，并通过右键菜单命令来改变创建构件的名称、设置构件的物理属性。设置相应有构件间的约束关系，完成对机架模型中各构件之间约束的建立，设置相应参数，选择对液压缸上所设置的滑移约束副施加驱动力，完成对悬挂装置驱动力的建立，所得到的悬挂装置模型如图1所示。
在ADAMS的主工具箱中调用相应的程序，使得悬挂装置能够实现提升运动，并在相应对话框中设定约束条件，即可完成悬挂装置提升臂旋转角的测量设置，从而为添加传感器做了预备工作；紧接着依靠ADAMS主菜单命令添加传感器，控制提升臂旋转角，从而控制悬挂装置的提升高度；最后在ADAMS中进行仿真模拟，检查悬挂装置提升过程中各个部件的运动状态是否合理，若不能按照预定运动，则需进行修改并调试，直到确认各个部件的运动状态准确无误。
调用ADAMS的后处理程序，进入后处理程序ADAMS/ProstProcessor界面，在曲线面板控制器中，设置提升臂的转角为横笔杆，并设置Point_1点力的变化量为纵坐标，点击Add Curves，就可得到Point_1点相对于提升角度的仿真数据变化曲线图。
由于悬挂装置有对称结构，对于在结构上相对对称的点，只需要对其中一个进行仿真，所以重复以上步骤，可对Point_3、Point_6、Point_7、Point_9、Point_11和L_in_down_MAR等点进行受力分析，对于其它各点，我们可以不进行受力分析，仅加以对比分析，其受力和以上相应各点相同。通过以上分析，可得到各受力点处的最大受力和最小受力，如表1所示。
从表1中则可得出以下结论：（1）点Point_9处的约束副所受的力与点L_in_down_MAR处的约束副所受的力差值相对很小，但方向相反，同时，根据提升拉杆的受力特点，可以认为此两点处的约束副所受力相等（影响其不等的原因是在创建模型时，悬挂机构左右构件的定位不够精确所造成的）。并应明确在进行悬挂装置的运动分析时，将其简化为四杆机构是符合实际的；（2）点Point_1和点Point_7处受力基本相等，且最大值和最小值间的差距相对较小，即受力稳定且接近于定值；点Point_3、点Point_9和点L_in_down_MAR等点受力较大，都大于或接近于4000N，所以这三点是主要的承力点。
模型的细化主要是关键参数的选择，关键参数的选择就是通过对悬挂装置的仿真分析，找出影响各连接点处受力情况最大的参数。根据以上分析，确定本悬挂装置的主要结构参数为：点Point_1和点Point_3的X，Y坐标。
利用ADAMS的工具菜单，创建点Point_1和点Point_3的X，Y坐标为设计变量，依次为DV_1—DV_4，并设定设计变量值的取值范围，如图2所示。
2 对样机模型进行设计研究
设计研究就是在其余变量保持恒定的基础上，分别对每一个变量进行讨论，研究变量与目标之间的关系。
利用 ADAMS的变量分析功能，选取点Point_1的受力为研究对象，变量DV_1为变化参数，设置好相应的参数后，进行模拟分析，得到点Point_1的受力变化过程及Point_1的受力相对于变量DV_1的变化过程。用同样的方法，分别对变量DV_2、DV_3、DV_4相对于点Point_1和点Point_3进行设计研究。
我们定义研究目标对象相对于变量的变化率为敏感度。从以上分析过程中可以得出四个变量的初始敏感度，分别如表2所示。
表2中敏感度的绝对值越大，说明相应的点处变量的变化对整个模型受力变化影响也就越大。变量DV_1的初始敏感度的绝对值高达1016.9185，说明点Point_1的X坐标的变化对于其受力相当敏感，为防止各点受力的突变，原则上对这一点的相对坐标一般不允许做出改变；DV_3、DV_4的初始敏感度相对于DV_1而言，其绝对值比较大，说明这两个变量发生变化时，相应各点的受力情况会发生比较大的变化。从而可以确定DV_3、DV_4是我们所需要进行优化设计的关键参数。
3 对样机模型进行优化设计
因为DV_3和DV_4分别是对点Point_3的X、Y坐标的变量的设定，也就是说，本模型的优化设计主要是针对点Point_3的优化。利用ADAMS的数据优化功能，在优化工具栏添入DV_3 、DV_4，进行优化设计，可得到点Point_3的受力及DV_3、DV_4的迭代过程曲线，并最终形成优化结果报告。
从相关的曲线及优化结果报告表可以看出，优化过程是经过三次迭代运算，ADAMS 在设计变量变化范围内找到一组最优解，使悬挂装置在提升阻力相对稳定的情况下，使点Point_3处的作用力最大值趋近最小。因为设计变量变化范围较小，同时设计变量相对敏感度低，因此本次优化的结果评价是在其它参数不变的情况下，当点Point_3的X坐标为-100，Y坐标为616.557时，点Point_3所受的最大载荷可达到最小值，即此时点Point_3的受力牌最优状态。