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换热器维修用抽芯工作台纵梁的模糊优化设计点击：1952 日期：[ 2014-04-26 21:14:25 ] |
| 换热器维修用抽芯工作台纵梁的模糊优化设计 孙春一 刘 峰 (辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001) 摘要：研究了现用抽芯设备的优缺点，论述了抽芯工作台的结构与工作原理，介绍了纵梁的结构设计和模糊优化设计，结果表明，通过模糊优化设计可使纵梁的质量大为减轻。 关键词：换热器；维修；抽芯工作台；纵梁；模糊优化设计 中图分类号：TQ O51．501；TQ 050．7 文献标志码：A 目前，各炼油厂或化工厂一般采用半机械化抽芯机进行换热器的维修，如框架式螺旋增力抽芯机、框架式卷扬抽芯机等，这些抽芯机构的缺点是：① 抽芯机不能独立工作，必须依靠大型吊车配合才能完成抽芯作业。②抽芯机长达9 m，无论是运输还是操作都不方便。③ 抽芯机连同管束在空中的摇摆度很大，致使工人作业十分困难，安全性也比较差。④抽芯过程中需2次停机，人工调整钢丝绳的位置，抽芯时间长，占用工时比例大，自动化程度比较低。文中介绍一种自行设计的新型抽芯机及其纵梁模糊优化设计。 1 结构及原理 笔者设计的新型换热器抽芯高空作业车的结构示意图见图1。该作业车的设计分为主体金属结构设计和抽芯工作台设计2部分_1 ]。图1中的双点划线为非工作状态，实线为工作状态。抽芯工作台设置在抽芯框架的下面，与框架一起沿塔段上下移动，避免了使用吊车配合时存在的弊端。抽芯工作台的长度方向是在图1垂直纸面的方向，在此方向，工作台分成3个部分，中间部分不动，两边部分用液压缸折叠，避免了抽芯机长度大的缺点。抽芯工作台操作时的示意图见图2，先将抽芯工作台沿主体塔段滑道拉至与塔台换热器相当的位置，由横向运动丝杠进行工作台的对中微调，展开两边折叠部分，利用工作台前端的2个纵向液压缸调整工作台与管束平行方向的位移，同时将活塞杆上安装的半月板与被检修的换热器壳体法兰连接，这些完成以后，就可以进行抽芯工作了。抽芯时，由液压马达带动卷扬拖动工作台快速接近换热器，因抽芯的初拉力较大，所以初始阶段由主液压缸抽出管束，当管束被抽出1 m左右时，切换为卷扬快速抽出，抽出适当的距离之后依次套上2根缆索固定管束，继续抽出过程，直至管束脱离壳体，工作台将管束放到地面，完成抽芯工作。送回管束的动作与此相反。抽芯操作时，塔段和抽芯框架不动，工人作业时操作省力，安全性比较好。 新型抽芯工作台的设计计算部分主要包括纵梁设计、液压传动及传动机构设计、微调机构和其它零部件设计 。文中主要讨论纵梁的模糊优化设计。 2 抽芯工作台纵梁模糊优化设计 抽芯工作台的主体为2根纵梁，材料选用热轧工字钢，材质Q235一A，每根纵梁长为6．5 m，它们通过燕尾形导轨装在抽芯框架上。虽然纵梁材料选用工字钢，通过力学计算可求出几何尺寸，但计算中所求取的应力、刚度和结构尺寸限制具有模糊性，导致质量不一定最小，所以借助模糊优化设计来解决这一问题。 2．1 设计变量及目标函数 2．1．1 设计变量 纵梁的长度已经确定，它与截面面积无关。工字钢的截面面积一定，则单位质量也就确定了。所以纵梁的独立设计参数为梁的横截面宽度b和梁横截面高度h，故设计变量取为： 2．2 模糊约束条件 2．2．1 强度约束和刚度约束 由于2根纵梁对称于纵向中心线，所以将它们看成一个梁，计算得到的应力除以2即可。对整个梁的受力进行分析可知，在抽芯的过程中，每一时刻梁的受力情况都是不一样的，管束全部抽出且对称于纵梁的中心时，纵梁与换热器壳体脱离接触时的应力为最大。通过求取支反力、绘弯矩图可确定最大弯矩和挠度的计算公式。 把模糊优化问题等价转化为最优水平截集上的普通优化问题处理，关键是求出与最优水平截集对应的最优水平值a，a即为模糊约束的最优隶属度。按模糊综合评判法，设备择集a一(0．0，0．1，0．2，，1．0)，因素集u=(“ u1，u2“......u5 )，影响a的模糊因素及其等级见表1。 把求出的a和表2中的值代入式(8)，得到非模糊化的约束条件，采用复合形法求解，解出圆整后选择16号热轧工字钢(符合GB 706—88)，其b一88 mm，h=160 mm，截面面积为26．131 cm。，理论质量20．513 kg／m。普通设计时选择18号热轧工字钢，其b一94 mm，h一180 mm，截面面积为30．756 cm，理论质量24．143 kg／m，模糊优化后的理论质量比普通设计的理论质量减轻15．04 oA。 3 结语 纵梁是抽芯工作台的重要组成部分。设计纵梁时应当充分考虑各设计参数离散性的影响，应用模糊优化设计对纵梁进行优化，从而可以使理论质量大为减轻。在设计作业车的其它结构时也可以采用此方法。抽芯工作台的设计使作业车集起重、抽芯、行走3大功能于一体，实现了抽芯设备整机一体化，改变了依赖吊车配合作业的落后局面，对提高石化企业检修自动化程度、检修效率以及经济效益具有实际意义。 参考文献： [1] 赵恒华，王 墅．高空抽芯作业车设计[J]．石油化工设备，2002，31(1)：33-35． [2] 赵恒华，赵广杰，张燕．现代换热器抽芯设备的研制[J]．抚顺石油学院学报，2003，23(4)：31-34． [3] 兰州石油机械研究所．换热器(中册)[M]．北京：烃加工出版社，1988． [4] 范钦珊．材料力学[M]．北京：清化大学出版社，2005． [5] 蔡春源．机电液设计手册EM]．北京：机械工业出版社，1997． [6] 陈良玉．机械设计基础[M]．沈阳：东北大学出版社，2000． [7] 黄洪钟．模糊设计EM]．北京：机械工业出版社，1999．(杜编) |
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