斗轮堆取料机斗轮体结构分析及优化设计

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1、斗轮堆取料机斗轮体结构分析及优化设计张明神华黄骅港务公司生产一部摘要：斗轮取料机在煤矿、车辆交通、道路建设等方面发挥着不可替代的作用，是高效的散料处理设备。使用有限元数据分析方法，通过建立实验模型，使优化设计实现斗轮体总体积减少、斗轮体轻量化，节省材料，降低生产成本。关键词：斗轮取料机;斗轮体;优化设计;1斗轮取料机的发展状况斗轮取料机最初是由国外的斗轮挖掘机j*家为有针对性的处理散状物料的装卸，不断的借鉴以往技术设备的经验，反复实验和设计，研制出的一种散装物料处理设备。相对于其他国家斗轮取料机的研究发展，我国的斗轮取料机研究比较晚,从1960年开始，我国引进丫第一批斗轮取

2、料机。20世纪80年代以后，电力工业和钢铁工业的迅速发展，进一步推动了斗轮取料机的快速发展，不断缩小与国外的差距。2斗轮取料机的优势斗轮取料机的诸多优势，使得斗轮取料机得到丫广泛的应用。斗轮取料机的生产效率高，它采用的是带式输送机输送物料，不仅运行速度快而且极为稳定，因为有斗轮机构的配合，无论处理怎样复杂的散装材料，斗轮机都能以最初设定的带速进行不断的物料输送，提高生产效率。斗轮机节省作业时间，各个部件的密切配合和运动，使得斗轮取料机能够实现连续作业，极大减少了设备的非作业时间，提高生产效率。斗轮取料机的使用成本低、结构简单、能有效降低维护成本和人力成本。3斗轮体的研宄实验

3、中使用有限元数据分析方法，该分析的基础建立在ANSYS参数优化设计语言以及APDL，旨在通过实验，在有限元分析基础上寻找优化斗轮体的方案。优化实验以斗轮体的总体积为目标函数，以结构尺、？改变为辅助手段进行不断地实验观察，查看是否能实现轻量化的目的。4APDL设计APDL是一种设计语言，称为ANSYS参数化设计语言。本次实验采取参数变化量改变，建立适当的模型和木次试验专用的脚木语言实程序。在一般的设计中，给予PADL的优化设计方法经常采用ANSYS批处理进行不断的优化和设计，PADL冇一个通用的过程和步骤，首先建立有限元分析，然后提取有效信息进行分析，第三步用优化器进行程序计

4、算得出实验数据分析结果，基于PADL的优化设计流程如图1所示。5APDL分析图1基于PADL的优化设计流程下载原图5.1建立实验模型优化设计之前，建立简单的模型保证实验的顺利开展，利用APDL建立有限元模型。选取简化对斗轮体影响最小的特征保证实验的准确性，因为实际斗轮体结构非常复杂，必须做出简化，最大程度保证实验准确性。建立3个参数DQL1、DQL3和DQL5作为有限元分析和优化设计的设计可变量，通过对变量的变化进行研宄和观察，输入有效数据，从程序自己开始建模。另一方面必须考虑斗轮体薄壁的存在，可以根据实际情况选用壳单元或者实体单元，两者之间存在一定的区别，前者分析优化，相

5、对能够减少运算计算数据，计算另外一种弯矩情况，由于种种原因使得计算并不会太理想，整个实验计算不够精准，存在难以避免的误差。实验建模选shell281数据舉元，自定义壳体的厚度0.01m,还有其他的一些自定义，见表1。表1斗轮体模型材料属性下载原表5.2合理划分网格网格质量影响实验结果，影响准确性和精确度。质量极差网格直接导致计算中断,有限元分析需要进行，但斗轮体结构复杂程度又高，将自由划分斗轮体参数化模型一共产生16398个数据单元。5.3加载与约束的建立和完善斗轮取料机属于连续工作制式的机械，在实际生产中斗轮体在循环往复地不断运动，但其转速只有6r/min,所以在设计时可

6、以将斗轮体所受载荷看作是静载荷，它对于实验设计研宄结果的影响微乎其微。在实验时，将一个自由约朿度和集中的载荷施加在斗轮体上，施加3个方向的位移和旋转约束于参数模型的中心，进而能够使得整个斗轮体结构自由度转为0，并且施加2kN的集屮载荷在立柱和轮圈两个部位表面，加完荷载后开始执行命令求解。6基于PADL的优化设计6.1数学模型的优化设计应用经常采用的数学模型的思考方式和规律，设计约束条件，改变变量，调到极值。优化实验过程屮把DQUDQU和DQU的3个参数作为实验的设计变量，为了获得最好实验结果，得到最佳轻量化，选总质量作为目标函数，考虑到斗轮体的材料，把总体积作为目标函数，最

7、大VonMises等为变量进行优化。采用数学模型进行优化设计斗轮体时，数学模型如图2所示。阁2斗轮体设计优化数学模型下载原阁6.2优化结果整个优化设计程序做完运行程序,变量DQL,=0.4m,DQL3=2.9m,DQL5=0.142m等数据进行不断计算。在优化的过程中进行10次迭代汁算，并获得优化序列结果。其中计算机的最优解称作set10。实验表明随着迭代次数的不断增加，变量变化越来越平稳，在计算机最优解区域，3个设计变量均收敛，H标函数在最优区域也会收敛，并且最优下设计变量DQUDQL3,DQL5的3个数值分别是