基于混合离散变量法的箱形伸缩式吊臂优化设计.pdf

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1、基于混合离散变量法的箱形伸缩式吊臂优化设计刘岳兵’王宏谋王少华黄梅1西南交通大学成都6100312中国铁道科学研究院机车车辆研究所北京1000813西南交通大学摩擦学研究所成都610031摘要：结合混合离散变量优化设计理论，归纳出用于轮式起重机箱形伸缩吊臂优化的数学模型，并应用该模型与相关程序对Q2一l6型汽车起重机的3节吊臂进行优化计算。研究表明，该算法计算快捷、可靠，Ⅱ优化结果不必圆整即为可行的设计方案，避免了按连续变量优化后圆整导致的非真正最优解或不可行解的情况。关键词：轮式起重机；箱形伸缩吊臂；混合离散变量

2、法；优化设计中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1001—0785(2010)11—0013—04Abstract：Combiningthemixeddiscretevariablemethod—basedoptimizationdesignthemy，themathematicalmodelfortheoptimizationofthewheelcraneboxtelescopicboomisinducedinthepaper．andthemodelandtherelevantpro—grammeare

3、utilizedtoperformcomputationaloptimizationfortheQ2—16wheelcrane．Thestudyindicatesthatthisalgo—rithmisfasterandreliable．andtheoptimizationresultcanbecomethefeasibledesignschemewithoutroundingof，toa—voidthefalseoptimumsolutionortheunfeasiblesolutionduetotheround

4、ingofafteroptimizedbycontinuousvariables．Keywords：thewheelcrane；boxtelescopicboom；mixeddiscretevariablemethod；optimizationdesign箱形伸缩式吊臂的自重过大，材料难于得到工程中，伸缩式吊臂多数制成矩形截面的箱形结充分利用，这是伸缩式吊臂起重机向大型化发展构。如图1所示，箱形结构内装有伸缩液压的主要障碍之一¨。因此，在满足各项设计技术缸，吊臂根部与转台铰接，靠近吊臂根部装有变指标下，设计出经济合

5、理的轻型吊臂具有重要幅液压缸，在吊臂的每个外节段内装有支承内节意义。段的滚子或滑块支座。吊臂一般由钢板焊接而成，实际中钢板厚度是离散值。目前，吊臂优化设计方法大多将钢板厚度视为连续值，在求得最优解后再圆整到适用的离散值。但由于最优解通常处于约束区域的边界上，圆整后的解很可能落在约束区域外面，因而成为不可行解或得到的不是真正的最优解。当(b)(c)最优解处在多个约束的交集上时，这种情况更易图1伸缩式吊臂简图出现。1．伸缩液压缸2．变幅液压缸3．支承辊子纠正该缺点简便可靠的方法是用拟离散求解，4．伸缩臂的外节段5．伸缩

6、臂的内节段6．滑块支座即按一定的规则校核最优解点附近的所有离散2吊臂优化数学模型的建立点，挑选其中最好的可行点作为离散最优解，此解值不必做其他调整即可直接应用。2．1确定目标函数与设计变量由于伸缩臂长度根据使用要求事先确定，故1伸缩式吊臂的结构形式减轻伸缩臂重量的唯一途径在于选择最合理的截轮式起重机的伸缩式吊臂为双向压弯构件，面尺寸。吊臂的重量为目标函数，即受整体强度、刚度、稳定性及局部稳定性的约束，因此将伸缩臂制成为箱形截面是合理的。在实际)=∑Iwi(x)=r。∑=lAi()f(1)《起重运输机械》2010(1

7、1)一13—式中：Wi()为第i节臂的可变重量；A()第iG(2)=N+Mx+My一[]Ⅱ≤。(3)节臂轴向截面面积；r0为材料密度；Z为第i节臂长度；n为伸缩臂节数。式中：Ⅳ为轴向力；A为构件毛截面面积；图2为箱形伸缩臂的矩形截面简图，其中为轴心压杆的稳定系数；Mx、Mr为构件计算截面X(1)、X(2)、X(3)、X(4)为设计变量，并分上对轴和对Y轴的弯矩；、为构件计算截别对应于伸缩吊臂中第i节臂的高度、宽度、腹板面对轴和Y轴的抗弯模量；，为考虑轴向力厚度和翼缘板厚度。影响的弯矩放大系数。当Ⅳ／Ⅳ<0．1时，取

8、=：1，则f1r、(3一卜l卜J一‘：，：一寸华1其中：Ⅳ、Ⅳ为欧拉临界载荷；A、A为构l一(2)一件对轴和Y轴的长细比。图2伸缩臂截面简图(3)局部稳定性约束条件箱形吊臂的破坏大多数由盖板和腹板的局部失稳而发生，因此必须对盖板和腹板的局部稳定性有约束。板的局部稳定性约束函数为Gc3=()+√[()+]2+(卜1一≤0(4)n式中：为计算区格中央截面两边缘上