[發明專利]基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優化設計方法

無效

• 申請號: 201110328429.X
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102360402A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 褚學征;譚輝;康曉鵬;田兆營;張華軍;陳方元;尉強
• 申請（專利權）人: 中冶南方工程技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及一種揭蓋機液壓缸支承座的優化設計方法，尤其涉及一種基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優化設計方法，屬于高爐冶煉技術領域。

背景技術

高爐冶煉的環保要求越來越高，目前新建的高爐基本上都要求使用揭蓋機。揭蓋機的作用是移動溝蓋，在高爐出鐵時蓋上溝蓋（避免揚塵、噴濺、熱輻射等），鐵水出完后將溝蓋移走。檢修時，揭蓋機需要將溝蓋移動到檢修吊車能夠作業的區域。

旋轉式揭蓋機（專利公開號：CN?101445846A）具有整體設計小巧，高度矮，能適應高爐“頂吸+側吸”的抽塵要求等特點。在實際應用中，由于采用液壓缸提升杠桿臂并和旋轉座一起做旋轉提升的動作時，液壓缸支承座受到復雜的交變載荷作用力，會產生應力集中，是整個旋轉式揭蓋機受力的支撐關鍵部件，其結構設計極為重要。因此，在保障液壓缸運動與支承座不發生干涉的情況下，對液壓缸支承座進行優化設計在整個揭蓋機的設計至關重要。

檢索現有專利發現上海交通大學朱平等申請專利“基于響應面法的轎車車身零件輕量化方法”（公開號：CN?1758255A）將響應面方法應用于汽車零件輕量化中，取得很好的減重效果。本發明與其不同之處在于，針對揭蓋機的液壓缸支承座設計特點，提出基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優化設計方法，首先，高爐冶煉設備屬于重工業設備，不以輕量化為主導，而注重于在各種復雜交變載荷作用下的應力分布設計優化。其次，本發明采用拉丁超立方實驗設計方法，能夠以較少的采樣點最大限度的覆蓋整個設計空間，具有較好的計算性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對揭蓋機液壓缸支承座受復雜交變載荷的作用易產生應力集中的問題，提供一種基于響應面的快捷、智能的液壓缸支承座結構優化設計方法。其中，采用了實驗設計方法、有限元計算技術、響應面近似模型技術和優化算法技術等，使得整個設計優化過程快速、有效，并且易于工程人員掌握。

本發明提供的基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優化設計方法，是一種基于響應面的差值擬合理論，預測優化揭蓋機液壓缸支承座最優設計方案的方法，其步驟包括：

（1）確定液壓缸支承座的基本外形及初步尺寸：

分析揭蓋機液壓缸支承座的受力與應力分布，確定支承座的外形及初步尺寸，完成概念設計；

（2）分析并定義影響液壓缸支承座形狀的尺寸變量、定義域及其相互約束關系：

在保證支承座承載能力的基礎上，分析影響其形狀的尺寸變量，包括：鋼板長、寬、傾斜角度，過渡圓角半徑，以及焊縫坡口尺寸等，定義變量的相互幾何約束，并給定這些變量的定義域；

（3）采用拉丁超立方實驗設計方法對設計空間進行采樣：

將???????????????????????????????????????????????維設計空間中的每一維均勻劃分為個等量區間，并在每個等量區間內隨機采樣，實現對每一維坐標軸進行均勻覆蓋，最終實現通過個采樣點覆蓋整個液壓缸支承座的設計空間；

（4）有限元軟件仿真計算油缸支承座的應力、應變：

依據樣本數據進行實體建模，利用有限元方法分析液壓缸支承座的應力響應，得到樣本數據所對應的結構形式的應力，即為整個設計空間中樣本數據的響應值；

（5）構建響應面模型并進行評估：

用樣本數據及應力值構建響應面近似模型，得到模型，并對響應面模型的精度進行評估，式中，表示采用有限元方法得到的樣本數據響應值，表示組采樣數據值，表示與之間的函數關系；

（6）構建、求解數學優化模型并確定最終方案：

構建數學優化模型，求解最小應力值，并采用有限元方法進行驗證，確定支承座最優化設計方案；

經過上述步驟，實現基于響應面的揭蓋機液壓缸支承座優化設計。

本發明實現步驟（3）的方法可以是：每一維坐標軸代表一個設計變量，因此，個設計變量即組成維設計空間。設計人員按照設計規范和要求，確定個采樣點，然后分別對維的坐標均勻劃分為段區間，整個設計空間就被劃分為個子空間，從中選擇個子空間，個采樣點分別隨機分布在這個子空間內部，并且保證每個子空間內部只有一個采樣點，在這種機制的規范下，只采用個采樣點即可覆蓋整個揭蓋機液壓缸支承座的空間，每維坐標的采樣點為個。