[發(fā)明專利]一種超大型打樁船變幅油缸的受力優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110174330.2
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112989571A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫欽陽;沈火群;胡靈斌;陳雪峰;胡敏;郭亭
• 申請（專利權(quán)）人: 中交第三航務(wù)工程局有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 上海灣谷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31289
• 代理人: 肖進(jìn)

1.一種超大型打樁船變幅油缸的受力優(yōu)化方法，其特征在于，所述優(yōu)化方法包括以下步驟：

步驟一，確定設(shè)計(jì)變量，包括：

油缸下鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₁，向右為+，向左為-；

油缸第一上鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₂，向右為+，向左為-；

油缸第二上鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₃，向右為+，向左為-；

油缸下鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的豎直距離h₁，向上為+，向左為-；

油缸第一上鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的豎直距離h₂，向上為+，向左為-；

油缸第二上鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的豎直距離h₃，向上為+，向左為-；

樁架與豎直方向的夾角a，順時(shí)針為+，逆時(shí)針為-；

步驟二，將上述設(shè)計(jì)變量輸入Excel軟件中；

步驟三，確定目標(biāo)函數(shù)，將變幅油缸的最大拉力和最大推力作為目標(biāo)函數(shù)；變幅油缸的最大拉力出現(xiàn)在最大俯樁架工況，此時(shí)變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第一上鉸點(diǎn)；變幅油缸的最大推力出現(xiàn)在開始起樁架工況，此時(shí)變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第二上鉸點(diǎn)；根據(jù)靜力平衡關(guān)系以及樁架和變幅油缸的布置尺寸的幾何關(guān)系得出變幅油缸受力的以下兩個(gè)計(jì)算公式：

1)變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第一上鉸點(diǎn)時(shí)，所用最大拉力F由以下公式計(jì)算：

記作：F＝f(L₁，L₂，h₁，h₂，a)

2)變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第二上鉸點(diǎn)時(shí)，所用最大推力F₁由以下公式計(jì)算：

記作：F₁＝f(L₁，L₃，h₁，h₃，a)

上述兩個(gè)公式中的：

式中：為設(shè)計(jì)系數(shù)；M_油缸為變幅油缸對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩；M_樁架為樁架對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩；M_樁為樁對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩；M_錘為樁錘對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩；M_鉤為吊鉤對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩；

式中：G為樁架的重量，Gx，Gy為樁架直立狀態(tài)時(shí)樁架的重心以樁架下鉸點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)；

2)樁對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩由下式計(jì)算得到：

式中：G₁為樁的重量，Gx₁，Gy₁為樁架直立狀態(tài)時(shí)樁的重心以樁架下鉸點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)；

3)樁錘對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩由下式計(jì)算得到：

式中：G₂為樁錘的重量，Gx₂，Gy₂為樁架直立狀態(tài)時(shí)樁錘的重心以樁架下鉸點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)；

4)吊鉤對樁架下鉸點(diǎn)產(chǎn)生的力矩由下式計(jì)算得到：

式中：G₃為吊鉤的重量，Gx₃，Gy₃為樁架直立狀態(tài)時(shí)吊鉤的重心以樁架下鉸點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)；

步驟四，確定約束條件，包括：

(1)樁架在擱置狀態(tài)下，樁架與豎直方向的夾角為a₀時(shí)，約束樁架后夾角結(jié)構(gòu)不與主甲板干涉，即約束樁架后夾角結(jié)構(gòu)的底部至主甲板的距離為R₁：

式中：Δh為樁架后夾角結(jié)構(gòu)的底部至主甲板的設(shè)定安全高度；R為樁架后夾角結(jié)構(gòu)的圓弧半徑；h為油缸下鉸點(diǎn)至主甲板的距離；

(2)將變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第二上鉸點(diǎn)時(shí)的最大安裝長度L’max與變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第一上鉸點(diǎn)時(shí)的最大安裝長度Lmax相差200mm以內(nèi)即約束為近似相等；

變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第二上鉸點(diǎn)時(shí)的安裝長度為：

變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第一上鉸點(diǎn)時(shí)的安裝長度為：

即：L_max≈L’_max

(3)將變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第二上鉸點(diǎn)時(shí)的最小安裝長度L’min與變幅油缸的活塞桿上端鉸接在油缸第一上鉸點(diǎn)時(shí)的最小安裝長度Lmin相差200mm以內(nèi)即約束為近似相等；

即:L_min≈L’_min

(4)對變幅油缸自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束，即變幅油缸的最小安裝長度與變幅油缸的行程差不小于一設(shè)定值C；變幅油缸的最大安裝長度和變幅油缸的最小安裝長度均考慮設(shè)計(jì)余量Δs，變幅油缸的行程S通過以下公式計(jì)算：

S＝(Max{L_max，L'_max}+Δs)-(Min{L_min，L’_min}-Δs)

＝Max{L_max，L'_max}-Min{L_min，L’_min}+2Δs

變幅油缸的最小安裝長度與變幅油缸的行程差不小于設(shè)定值C：

(Min{L_min，L’_min}-Δs)-S≥C

即：2Min{L_min，L’_min}-Max{L_max，L'_max}-3Δs≥C

步驟五，將上述目標(biāo)函數(shù)和約束條件輸入到Excel軟件中，進(jìn)行變幅油缸的受力優(yōu)化計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大型打樁船變幅油缸的受力優(yōu)化方法，其特征在于，進(jìn)行步驟五時(shí)，具體采用以下方法進(jìn)行變幅油缸的受力優(yōu)化計(jì)算：

1)采用單一設(shè)計(jì)變量研究法，即先以其中一個(gè)設(shè)計(jì)變量為研究對象，其余設(shè)計(jì)變量為給定值的情況下研究變幅油缸的受力與該設(shè)計(jì)變量的關(guān)系；將該設(shè)計(jì)變量在取值上作離散化處理，計(jì)算與各取值對應(yīng)的變幅油缸的受力，整理成表格或圖表，從表格或圖表看出變幅油缸的受力相對于該設(shè)計(jì)變量不同取值的影響；

2)根據(jù)各設(shè)計(jì)變量取值以每單位變化時(shí)對變幅油缸的受力影響的大小，對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行主次排序，得到變幅油缸的最大推力受油缸下鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₁的影響最大，其次為油缸下鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的豎直距離h₁；變幅油缸的最大拉力受油缸下鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₁影響最大，其次為油缸第一上鉸點(diǎn)至樁架下鉸點(diǎn)的水平距離L₂，其它變量對變幅油缸的受力影響微小；

3)優(yōu)化計(jì)算時(shí)，對各設(shè)計(jì)變量按由主到次的順序逐一取值，即先確定主要設(shè)計(jì)變量的數(shù)值，然后根據(jù)約束條件確定次要設(shè)計(jì)變量的數(shù)值，從而可得到優(yōu)化的變幅油缸受力。