臂式斗轮堆取料机斗轮机构斗轮体优化设计

张帅

摘 要：斗轮堆取料机作为关键性的料场、矿山等散料储存場地的处理设备，其普遍的运用了诸多的大体积连续式散料运作装置，为了更好地契合我国行业发展的需求，此时提出精准化的规划，对其践行参数化改善具有十分突出的现实价值。

关键词：臂式;斗轮堆取料机;斗轮体;优化路径;解决措施;参数指标

1 基于APDL的优化设计流程

APDL，也就是AN-SYS参数化设计形式，其是一项利用参数化变量手段构建解析模型的程序设计语言。基于APDL的优化设计手段通常运用AN-SYS来开展改善规划，其具体流程可以归结为如下几点：第一，运用APDL构建参数化模型，同时开展有限元分析;第二，抽离所要用到的解析信息，把它们都传送到优化程序;第三，使用优化程序予以有关的运算处理并由此获取优化结果。

2 基于APDL的斗轮体有限元分析

2.1 参数化模型的构建

在对斗轮体开展正式的设计之前，先要运用APDL参数化设计功能构建斗轮体的参数化有限元模型。因为斗轮体外形结构普遍比较复杂，对斗轮体的有限元分析，只要求考量斗轮体的总体受力状况，所以，为了有助于斗轮体参数化模型的迅速构建，相关的设计人员要求对斗轮体局部结构予以一定的优化和改善，也就是逐渐简化其对斗轮体总体的强度。择选斗轮体参数化模型的DQLl、DQL3和DQL5共三项参数当作有限元分析以及改善设计的使用变量。

相关的设计人员在实现了参数的成功导入后，就可以进入建模的环节。因为斗轮体属于一种薄壁的钢结构，在建模的过程中需要运用壳单元，也可以是实体单元，不过二者相对比的话，能够发现，择选壳单元予以结构解析以及改善设计能够降低整体的运算量，同时在估量弯矩的时候，实体单元在厚度方向上的层数不多，估算的结论会出现一定的偏差，这就无法达到像壳单元那样计算的精准程度。因此，在斗轮体建模期间，相关的设计人员需要选择shell281单元，同时将壳体的整体厚度设定成0.01m。接着再去设定斗轮体参数化模型的原材料，由此最终实现斗轮体参数化模型的构建。

2.2 网格划分环节

网格划分属于有限元分析中的关键一环，网格划分水平的高低都将在很大的程度上影响到估量的精准程度，水平太低的网格在严重的时候会切断计算。考虑到斗轮体结构的复杂程度以及出于有限元分析的需要，相关的设计人员在利用斗轮体参数化模型的时候通常都会运用到自由划分的形式。

2.3 加载与约束构建

斗轮堆取料机是一种需要持续工作的机械设备，在运作期间斗轮体完成连续地旋转，不过由于其旋转的速率只有6r/min，因此能够将斗轮体所承载的重量看作是静载荷。因此，对于斗轮体来说，相关的设计人员要求施加自由度约束以及集中载荷，在参数化模型之中加入三个方向的移动以及转动约束，使斗轮体结构的自由度演变成零。

3 基于APDL的斗轮体优化设计

3.1 简述优化设计

这是一项探寻结构形式最优的规划技术，其通常的机理就是利用搭建优化模型，采用多元化的优化手段，在契合规划标准的前提之下进行迭代计算，最终获得目标函数的数值，由此获取最佳的设计方案。优化设计实质上就是一项从解析--评测--改进的变化过程，这就需要对各自的设计序列予以有限元分析，同时开展优化参数上的评估工作，慢慢地接近最优设计的序列。在产品规划的过程之中，运用优化设计可以提升产品的规划水平，提升设计的整体效率，让最终的产品显得更加的科学专业。

3.2 优化设计的模型

优化设计的模型一般可以总结成，在契合指定的限制条件下，选择设计变量，让目标函数的数值达到极值。为了能够达到斗轮体的轻量化目标，相关的设计人员需要择选斗轮体的总体质量水平当作是规划的目标函数，不过因为斗轮体是通过几部分钢结构联结在一起的，其各部分密度较为的一致，所以在上述的优化设计中可选择斗轮体的总容积当作目标函数。

3.3 优化设计手段的选择

基于APDL的优化设计手段通常就涵括了两种，一种是零阶手段，一种是一阶手段。零阶手段是相关设计人员在优化设计环节中用得比较多的一种手段，利用运转状态的变量以及目标函数，能够高效地解决许多的项目问题，零阶的手段通常涵括了单步运转手段、随机分配手段、最优梯度手段等等;而一阶手段的运用通常都是偏导数，使用状态变量以及目标函数的一阶偏导数的逼近，该手段的精准程度极高，特别容易运用在状态变量以及目标函数更替大，同时规划范畴较大的情况。

4 结束语

综上所述，斗轮体的优化效果极为突出，达到了斗轮体轻量化的目的。同时，这也在侧面反映了APDL在优化设计中的实用意义，其还很大程度地减少了设计的资金成本，让产品规划愈发的专业。

参考文献：

[1]毛亿.臂式斗轮堆取料机斗子和轮体优化设计[D].长沙：湖南大学，2015.

[2]武帅，郭瑞琴，李中.斗轮堆取料机斗轮体结构分析与优化设计[J].机械设计与制造，2014（11）.

[3]龚建民.悬臂斗轮堆取料机总体设计及机构分析与优化设计[J].水利水电施工，2016（4）：60-67.