堆取料机门架结构设计优化

摘要

堆取料机是在港口堆料场、热力发电厂的储料场、矿业料场以及化工厂的大型机械设备，在装卸、输送以及存储过程中，发挥着主导作用。同时，堆取料机使用的稳定性和可靠性也从实际使用方面决定了企业的产量，效率以及效益，也是市场的一种需求，这种较高的使用稳定性和可靠性就始于对其结构的设计。门架的变幅机构是通过钢丝绳改变堆取料机取料耙幅度，以达到适应料堆高度改变的机械结构。变幅三铰点的设计直接影响堆取料机门架的受力大小和应力分布趋势，同时，也会影响门架整体结构截面的设计，这属于堆取料机门架结构设计的前期研究阶段。另外，门架是堆取料机主要的承载机构，其截面设计直接关系到整个系统设计的优劣。传统的截面优化方法是先依据国外产品或是以往设计的实际经验得到整体设计方案，然后通过软件仿真模拟并验证设计的可行性，通过设计验算结果修改原设计中的不足，通过反复的验算，达到优化设计的目的，这种反复修改的方法费时费力，并且没有理论基础的支撑，不能够做到最优化的效果。本课题以某企业的顶堆侧取堆取料机为研究对象，将已有遗传算法应用到门架结构设计优化中。
　　本文对顶堆侧取堆取料机做了充分的研究后，分析变幅机构及其力学性能，求得取料耙的运动方程和力学方程;根据铰点的布置，计算得出各铰点的受力变化曲线，并且运用运动学仿真软件ADAMS，提取得到变幅角度随时间变化的曲线，钢丝绳受力随变幅角度变化的曲线，验证了数值模型和仿真模型的可靠性和准确性。根据三铰点的受力方程，分析各铰点位置尺寸对变幅钢丝绳受力最大值的影响规律，建立堆取料机门架变幅机构铰点优化数学模型，利用遗传算法，应用MATLAB遗传工具箱，对堆取料机变幅机构三铰点进行优化设计。运用经过三铰点优化的受力，加载到门架结构上，对门架截面进行数值优化，得到优化结果，结果表明门架受力得到改善。最后，根据堆取料机门架的实际作业工况，使用有限元分析软件ANSYS参数化设计语言APDL，建立门架有限元模型，加载计算并优化，把得出的优化结果与数值优化结果做对比，验证数值计算优化与软件优化结果的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 堆取料机概述

1．2 堆取料机国内外发展趋势及研究概况

1．3 铰点及截面的优化设计研究现状

1．4 堆取料机研究理论意义和应用价值

1．5 课题的主要研究内容

2 堆取料机变幅机构及力学性能分析

2．1 堆取料机工作原理

2．2 堆取料机取料耙变幅机构铰点受力分析

2．2．1 取料耙变幅机构运动性能分析

2．2．2 取料耙变幅机构力学性能分析

2．3 堆取料机变幅机构铰点受力数值分析

2．3．1 堆取料机工作性能参数

2．3．2 堆取料机变幅机构受力数值分析

2．4 仿真计算

2．4．1 动力学仿真模型

2．4．2 动力学仿真与数值计算对比

2．5 本章小结

3 堆取料机变幅机构三铰点优化设计

3．1 优化设计问题基本概念

3．2 堆取料机门架变幅机构铰点优化数学模型的建立

3．2．1 门架变幅机构敏感度计算

3．2．2 确定设计变量

3．2．3 确定约束条件

3．2．4 确定目标函数

3．3 优化算法

3．3．1 优化算法的选择

3．3．2 遗传算法以及MATLAB遗传工具箱简介

3．4 实例优化

3．5 本章小结

4 堆取料机门架截面优化设计

4．1 结构优化方法简介

4．2 堆取料机门架及结构组成

4．3 堆取料机门架力学分析

4．4 门架截面参数数值分析

4．5 优化设计数学模型的建立

4．5．1 优化设计变量

4．5．2 优化设计约束条件

4．5．3 优化设计目标函数

4．5．4 优化算法及优化工具箱的选取

4．6 算例及分析

4．6．1 优化算例

4．6．2 局部稳定性的详细验证

4．7 本章小结

5 基于APDL的门架结构优化

5．1 有限单元法及ANSYS简介

5．2 ANSYS模型的建立

5．2．1 ANSYS计算前处理

5．2．2 ANSYS计算求解

5．2．3 ANSYS计算后处理

5．3 基于APDL的门架结构优化

5．3．1 门架结构设计变量的选择

5．3．2 门架结构状态变量的建立

5．3．3 门架结构目标函数的定义

5．3．4 优化设计方法的选择

5．4 门架优化计算结果分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢