基于遗传算法步进加热炉步进梁优化设计

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1、基于遗传算法步进加热炉步进梁优化设计　　摘要：本文基于三弯矩定理完成了步进式加热炉步进梁的各个受力点的数学模型的建立，并在此数学模型的基础上首次采用自适应遗传算法对步进梁的内力进行优化求解。然后利用Matlab软件编程进行计算机仿真。最后开发出可视化的应用程序。利用该程序只要在输入界面中输入步进梁的各个参数，程序就可以自动对步进梁的各个点的内力进行分析求解，并生成相应支点的示意图。通过衡阳、成都、青岛等多个实际工程项目的检验,采用该应用程序可以非常简单高效的对步进梁式加热炉的步进梁进行优化设计。关键词：步进加热炉；三弯矩定理；步进梁；优化设计；遗传算

2、法中图分类号：S611文献标识码：AOptimizingdesignofwalkingbeambasedonadaptivegeneticalgorithmWangPengLiXiao-Bing(BERISINDUSTRIALFURNACECO.,LTDQingDao266555,China)Abstract：Thispaperbuildstheoptimizedmathematicalmodelforstresspointsofwalkingbeam.Andthepaperusesadaptivegenetic8algorithmstooptimi

3、zetheinternalforceofwalkingbeamatfirst.ThenitsimulatesthemoncomputerbyMatlablanguage.Atlast,itdevelopsapplicationforstresspointsofwalkingbeam.Throughseveralengineeringapplications,thisapplicationcansolvetheproblemfasterthanbefore.Keywords：Heatingfurnaceofwalkingbeamtype；Threemo

4、mentequation；Walkingbeam；Optimizingdesign；Adaptivegeneticalgorithm0引言图1步进加热炉步进梁步进式加热炉是连续式加热炉。步进式加热炉由于其传动平稳、冲击小、不容易跑偏、不会产生“起拱”和“粘钢”,8并可以精确定位坯料位置、便于自动化控制等优点而被广泛应用于各种材料的加热。在步进式加热炉的设计中步进梁的内力计算是步进梁优化设计所需要解决的首要问题。由于步进梁的内力计算属于超静定问题，计算非常复杂，且计算量大，在以往的工作中，工作人员往往需要花费两到三天的时间求解，即使如此也不一定能求得精

5、确结果。目前，对于步进梁的分析计算方面的研究还比较少。为了有效的节省时间，何署廷等在连续梁内力计算过程中引入了“三弯矩方程”原理，相对减少了连续梁的内力计算；陈高林对梅钢公司热轧厂的轧钢生产线中的八台连杆式步进梁进行了受力分析和模型修正，对油缸、步进梁的实际阻力状况进行了分析；张令琴以武汉某偏心式步进梁进行了设计计算，他通过动梁在最低点、最高点、中间点三点确定偏心轮运动轨迹的方式对步进梁进行了设计；姚文方基于有限元法以及经验设计发对活动水梁进行了分析和计算。这些方法在一定程度上简化了步进梁的计算过程，但是这些方法不容易程序化，计算起来还是不够简单便利

6、。本文基于三弯矩定理求解出步进式加热炉步进梁的受力优化数学模型，并在此数学模型的基础上利用遗传算法求解方便、计算简单、便于程序化的特点，采用自适应遗传算法对步进梁的内力进行优化求解。并利用Matlab软件生成方便简单的计算文件。只要简单的输入各个参数，程序就可以自动完成步进梁的各个点的内力，并生成相应支点的示意图。本文开发的应用程序，经过多次工程应用实践证实该方法具有方便简单，运算速度快捷，应用范围广等优点。1优化设计数学模型每个连续梁的中间支座可以用一个三弯矩方程式来表示,8通过方程组求解，可以计算出该中间支座所在位置的梁截面弯矩。由三弯矩定理，如

7、图2所示，该图表示这根连续梁总共6个支点，受均布载荷作用，左边旋臂梁长度575mm，右边旋臂梁长度1175mm。此时可以列出该连续梁的三弯方程，通过推导可以求出公式（1）。其中表示i点的力矩，表示i点j点间悬臂长度，q表示梁所受均布载荷。Numx表示模型中支点数量(包含连续梁两端带悬臂的支点)。图2总共6个支点连续梁（图中单位为mm）（1）同理，可以列出方程组：（2）通过一系列的简化可以得到公式（3）：（3）此时，可以求得支点反力：（4）对支点G取矩可得：（5）所以（6）通过一系列的手工计算可以得到结果如下：（7）根据公式（1）~（6），同理可以将此

8、求解方法推广到当连续梁总共N个支点时，第n个支点的力可以用公式（8）表示：（8）82基于自适应遗传算法的步进