臂式斗輪堆取料機(jī)斗輪機(jī)構(gòu)斗輪體優(yōu)化設(shè)計(jì)

張帥

摘 要：斗輪堆取料機(jī)作為關(guān)鍵性的料場(chǎng)、礦山等散料儲(chǔ)存場(chǎng)地的處理設(shè)備，其普遍的運(yùn)用了諸多的大體積連續(xù)式散料運(yùn)作裝置，為了更好地契合我國行業(yè)發(fā)展的需求，此時(shí)提出精準(zhǔn)化的規(guī)劃，對(duì)其踐行參數(shù)化改善具有十分突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：臂式;斗輪堆取料機(jī);斗輪體;優(yōu)化路徑;解決措施;參數(shù)指標(biāo)

1 基于APDL的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

APDL，也就是AN-SYS參數(shù)化設(shè)計(jì)形式，其是一項(xiàng)利用參數(shù)化變量手段構(gòu)建解析模型的程序設(shè)計(jì)語言?；贏PDL的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段通常運(yùn)用AN-SYS來開展改善規(guī)劃，其具體流程可以歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：第一，運(yùn)用APDL構(gòu)建參數(shù)化模型，同時(shí)開展有限元分析;第二，抽離所要用到的解析信息，把它們都傳送到優(yōu)化程序;第三，使用優(yōu)化程序予以有關(guān)的運(yùn)算處理并由此獲取優(yōu)化結(jié)果。

2 基于APDL的斗輪體有限元分析

2.1 參數(shù)化模型的構(gòu)建

在對(duì)斗輪體開展正式的設(shè)計(jì)之前，先要運(yùn)用APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)功能構(gòu)建斗輪體的參數(shù)化有限元模型。因?yàn)槎份嗴w外形結(jié)構(gòu)普遍比較復(fù)雜，對(duì)斗輪體的有限元分析，只要求考量斗輪體的總體受力狀況，所以，為了有助于斗輪體參數(shù)化模型的迅速構(gòu)建，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要求對(duì)斗輪體局部結(jié)構(gòu)予以一定的優(yōu)化和改善，也就是逐漸簡化其對(duì)斗輪體總體的強(qiáng)度。擇選斗輪體參數(shù)化模型的DQLl、DQL3和DQL5共三項(xiàng)參數(shù)當(dāng)作有限元分析以及改善設(shè)計(jì)的使用變量。

相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的成功導(dǎo)入后，就可以進(jìn)入建模的環(huán)節(jié)。因?yàn)槎份嗴w屬于一種薄壁的鋼結(jié)構(gòu)，在建模的過程中需要運(yùn)用殼單元，也可以是實(shí)體單元，不過二者相對(duì)比的話，能夠發(fā)現(xiàn)，擇選殼單元予以結(jié)構(gòu)解析以及改善設(shè)計(jì)能夠降低整體的運(yùn)算量，同時(shí)在估量彎矩的時(shí)候，實(shí)體單元在厚度方向上的層數(shù)不多，估算的結(jié)論會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，這就無法達(dá)到像殼單元那樣計(jì)算的精準(zhǔn)程度。因此，在斗輪體建模期間，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要選擇shell281單元，同時(shí)將殼體的整體厚度設(shè)定成0.01m。接著再去設(shè)定斗輪體參數(shù)化模型的原材料，由此最終實(shí)現(xiàn)斗輪體參數(shù)化模型的構(gòu)建。

2.2 網(wǎng)格劃分環(huán)節(jié)

網(wǎng)格劃分屬于有限元分析中的關(guān)鍵一環(huán)，網(wǎng)格劃分水平的高低都將在很大的程度上影響到估量的精準(zhǔn)程度，水平太低的網(wǎng)格在嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)切斷計(jì)算。考慮到斗輪體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及出于有限元分析的需要，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在利用斗輪體參數(shù)化模型的時(shí)候通常都會(huì)運(yùn)用到自由劃分的形式。

2.3 加載與約束構(gòu)建

斗輪堆取料機(jī)是一種需要持續(xù)工作的機(jī)械設(shè)備，在運(yùn)作期間斗輪體完成連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，不過由于其旋轉(zhuǎn)的速率只有6r/min，因此能夠?qū)⒍份嗴w所承載的重量看作是靜載荷。因此，對(duì)于斗輪體來說，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要求施加自由度約束以及集中載荷，在參數(shù)化模型之中加入三個(gè)方向的移動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)約束，使斗輪體結(jié)構(gòu)的自由度演變成零。

3 基于APDL的斗輪體優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 簡述優(yōu)化設(shè)計(jì)

這是一項(xiàng)探尋結(jié)構(gòu)形式最優(yōu)的規(guī)劃技術(shù)，其通常的機(jī)理就是利用搭建優(yōu)化模型，采用多元化的優(yōu)化手段，在契合規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的前提之下進(jìn)行迭代計(jì)算，最終獲得目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值，由此獲取最佳的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是一項(xiàng)從解析--評(píng)測(cè)--改進(jìn)的變化過程，這就需要對(duì)各自的設(shè)計(jì)序列予以有限元分析，同時(shí)開展優(yōu)化參數(shù)上的評(píng)估工作，慢慢地接近最優(yōu)設(shè)計(jì)的序列。在產(chǎn)品規(guī)劃的過程之中，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提升產(chǎn)品的規(guī)劃水平，提升設(shè)計(jì)的整體效率，讓最終的產(chǎn)品顯得更加的科學(xué)專業(yè)。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型

優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型一般可以總結(jié)成，在契合指定的限制條件下，選擇設(shè)計(jì)變量，讓目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值達(dá)到極值。為了能夠達(dá)到斗輪體的輕量化目標(biāo)，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要擇選斗輪體的總體質(zhì)量水平當(dāng)作是規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)，不過因?yàn)槎份嗴w是通過幾部分鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起的，其各部分密度較為的一致，所以在上述的優(yōu)化設(shè)計(jì)中可選擇斗輪體的總?cè)莘e當(dāng)作目標(biāo)函數(shù)。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的選擇

基于APDL的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段通常就涵括了兩種，一種是零階手段，一種是一階手段。零階手段是相關(guān)設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中用得比較多的一種手段，利用運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變量以及目標(biāo)函數(shù)，能夠高效地解決許多的項(xiàng)目問題，零階的手段通常涵括了單步運(yùn)轉(zhuǎn)手段、隨機(jī)分配手段、最優(yōu)梯度手段等等;而一階手段的運(yùn)用通常都是偏導(dǎo)數(shù)，使用狀態(tài)變量以及目標(biāo)函數(shù)的一階偏導(dǎo)數(shù)的逼近，該手段的精準(zhǔn)程度極高，特別容易運(yùn)用在狀態(tài)變量以及目標(biāo)函數(shù)更替大，同時(shí)規(guī)劃范疇較大的情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，斗輪體的優(yōu)化效果極為突出，達(dá)到了斗輪體輕量化的目的。同時(shí)，這也在側(cè)面反映了APDL在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的實(shí)用意義，其還很大程度地減少了設(shè)計(jì)的資金成本，讓產(chǎn)品規(guī)劃愈發(fā)的專業(yè)。

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