新型雙梁鑄造起重機主減速器的優(yōu)化設(shè)計研究

強 俊

銀川科安特起重機制造有限公司 寧夏 銀川 750001

正文：

現(xiàn)如今，雖然我國很多專家學(xué)者及設(shè)備生產(chǎn)廠商都紛紛加強了對起重機設(shè)備的研究，不過研究方向往往都偏向于吊臂、主梁以及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，而起重機結(jié)構(gòu)龐大、成本高昂以及運行時能源消耗多等問題卻仍然難以改變。

1 優(yōu)化設(shè)計問題的提出

在工礦企業(yè)、運輸企業(yè)以及建筑企業(yè)，在實際運營的時候，是離不開圓柱齒輪減速器的應(yīng)用的，其應(yīng)用范圍非常廣泛，所以，圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計也是非常重要的。高等職業(yè)院校在開展機械課程教學(xué)時，也會將圓柱齒輪減速器作為一個主要的課程題目。目前，很多機械制造單位在對圓柱齒輪減速器進行設(shè)計的時候，還仍然采用著傳統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，會根據(jù)自身設(shè)計經(jīng)驗，并參閱相關(guān)文獻資料、數(shù)據(jù)信息，并對現(xiàn)有的齒輪減速器進行比對，設(shè)計出一個最初的設(shè)計方案，之后在對這一設(shè)計方案進行驗算，如果驗算能夠通過，那么這一設(shè)計方案就可以被實施。在這樣的情況下，雖然我們可以確定該方案是合理、可行的，但是在實際設(shè)計中，會造成大量的人力、物力資源消耗，且會消耗大量的時間，所以，傳統(tǒng)的設(shè)計方式并不是特別完善的。在未來的機械設(shè)備設(shè)計制造中，如果仍然采用著這樣傳統(tǒng)的設(shè)計方法，那么將會很大程度的限制我國機械制造行業(yè)的發(fā)展，進而影響我國整體經(jīng)濟發(fā)展水平。因此，對傳統(tǒng)設(shè)計方法進行改革，引進新型的優(yōu)化設(shè)計方法，也就變得愈發(fā)重要。通常情況下，硬件的升級都會涉及到材料、工藝以及價格等問題。在圓柱齒輪減速器制造中，不僅需要選擇優(yōu)質(zhì)的齒輪材料，還需要對中硬齒面進行充分的打磨，在實際打磨過程中，還應(yīng)當選擇硬度較高的加工刀具，同時，加工完成后還需要進行淬火處理，這就大大增加了圓柱齒輪減速器的制造成本。為了使減速器的性能得到進一步提高，在減速器優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)采用軟件升級優(yōu)化設(shè)計方式，來對減速器嚙合參數(shù)進行優(yōu)化分析，確保每一個參數(shù)都能夠符合減速器的承載能力要求。在設(shè)計中，應(yīng)盡可能的實現(xiàn)軟件、硬件共同升級，這樣減速器的性能能夠得到更好的提升。

2 新型雙梁鑄造起重機主減速器的優(yōu)化設(shè)計

2.1 減速器箱體的靜力優(yōu)化設(shè)計

首先是齒輪箱靜力有限元模型的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計中，應(yīng)采用建模軟件來進行三維建模，建立出齒輪箱箱體的三維模型，然后再將其傳輸?shù)紸NSYS軟件中，并采用四面體實體單元來對齒輪箱箱體進行有限元網(wǎng)格劃分。在對減速器箱體進行約束時，應(yīng)在箱體底座上螺栓孔部位施加零位移約束，從而使減速器箱體的荷載作用得到充分發(fā)揮。其次是優(yōu)化結(jié)果的分析與評價。先根據(jù)減速器箱體的實際情況，來編制一道語言命令求解程序，然后在采用合理的優(yōu)化計算法，來對起重機減速器箱體進行優(yōu)化求解，從而實現(xiàn)減速器箱體輕量化以及尺寸參數(shù)的優(yōu)化，合理采用優(yōu)化計算法來進行減速器箱體的優(yōu)化設(shè)計，雖然能夠使減速器箱體的重量得到有效減輕，但是可能會給減速器的振動模式帶來一定的影響，從而導(dǎo)致減速器在實際運行中，產(chǎn)生共振問題，嚴重影響減速器的正常運行。所以，為了防止減速器在實際運行過程中出現(xiàn)共振問題，在減速器箱體設(shè)計中，應(yīng)加強對箱體模態(tài)的分析，實現(xiàn)減速器箱體的靜力優(yōu)化設(shè)計，從而降低減速器箱體共振問題發(fā)生概率。

2.2 參數(shù)優(yōu)化的方法

標準減速器存在承載能力較低、使用壽命較短等問題，為此，我們就針對這些問題來進行參數(shù)設(shè)計的優(yōu)化。通常來說，減速器的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)從以下幾個方面入手：減速器體積優(yōu)化、減速器重量優(yōu)化以及減速器的承載能力優(yōu)化。設(shè)計人員在對起重機減速器進行優(yōu)化設(shè)計的時候，應(yīng)充分考慮減速器體積及重量，確保減速器體積設(shè)置及重量設(shè)置的合理性，盡可能的縮小減速器體積、降低減速器重量，同時，還不能給減速器的整體性能產(chǎn)生影響，確保各參數(shù)的相協(xié)調(diào)。此外，在實際設(shè)計中，還應(yīng)當加強對減速器承載能力的考慮，在不影響減速器體積、重量及使用性能的前提下，盡可能的提高減速器承載能力，實現(xiàn)減速器體積、重量與承載能力的相協(xié)調(diào)，進一步實現(xiàn)起重機減速器的整體優(yōu)化。

2.3 現(xiàn)代優(yōu)化方法

復(fù)合型法是約束優(yōu)化問題的一種重要解決方法。其主要思路就是在可行域中構(gòu)造出一個具有頂點的初始復(fù)合形。然后在對這一復(fù)合形內(nèi)的頂點目標函數(shù)進行對比，從而找出目標函數(shù)值中的最大頂點，即最壞點，然后再采用合理的優(yōu)化方式，求出可行的新點，讓其代替原有的最壞點，從而形成一個新的復(fù)合形，復(fù)合型的形狀每變化一次，就會向最優(yōu)化的方向更近一步。同時，還可以采用旋轉(zhuǎn)方法來對復(fù)合形的形狀進行改變，不過需要特別注意的是，改變復(fù)合形形狀的方式越多，設(shè)計過程就越復(fù)雜，在實際設(shè)計中，如果采用多種復(fù)合形形狀改變方法，那么將會導(dǎo)致設(shè)計效率的下降，嚴重的還會影響設(shè)計的合理性及可行性。所以，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)減速器設(shè)計要求，來對復(fù)合形改變方法進行合理的選擇，盡可能的減少不同復(fù)合形改變方法的使用，實現(xiàn)設(shè)計過程的簡化，從而使設(shè)計效率及設(shè)計可行性得到有效保障。此外，在對減速器進行齒輪設(shè)計的時候，設(shè)計人員應(yīng)重視齒輪運轉(zhuǎn)過程中的噪聲問題，采用科學(xué)、合理的設(shè)計方式，來對減速器進行齒輪設(shè)計，在保證齒輪性能的基礎(chǔ)上，盡可能的降低其在運行過程中所產(chǎn)生的噪聲，進而實現(xiàn)減速器齒輪設(shè)計的優(yōu)化。

3 結(jié)束語

隨著數(shù)學(xué)方法和計算技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計已成現(xiàn)代社會最為流行的方法之一。減速器是起重機中必不可少的一個重要組成部分，其直接影響著起重機的整體性能，所以，起重機減速器的優(yōu)化設(shè)計對于起重機整體性能的提升有著十分重要的意義。