带式输送机换向滚筒优化设计

论文摘要

带式输送机是矿井主要运输设备之一。换向滚筒作为带式输送机的主要组成部分,其作用为增大围包角和改变输送带的运行方向,它的轻量化对于带式输送机的安全可靠运行具有重要工程意义。本文通过构建某型号的换向滚筒有限元分析模型,考虑强度、刚度和频率等约束条件,用多种方法对换向滚筒进行优化设计。主要工作如下:(1)换向滚筒确定性优化设计。结合滚筒有限元静力分析,运用BBD实验设计技术,构建换向滚筒最大位移和应力的二次响应面近似代理模型;进而建立以滚筒质量为目标函数,以位移和应力为约束条件的换向滚筒优化模型,并采用序列二次规划方法对模型进行优化求解。对某型号带式输送机换向滚筒优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,滚筒质量减少了 13.37%。(2)换向滚筒稳健性优化设计。在响应面拟合函数的基础上,构建了换向滚筒稳健优化设计模型,该模型采用概率模型描述不确定变量,以筒壳厚度、筒毂厚度和筒毂内径的均值和标准差为设计变量,以滚筒质量的均值和标准差为目标函数,以位移和应力为稳健约束条件,采用序列二次规划法对换向滚筒稳健性优化模型进行求解。优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,滚筒质量减少了4.98%。且稳健性优化结果均大于确定性优化的结果,表明了稳健性优化设计的合理性,也为符合工程实际需求的滚筒设计制造提供有益的理论依据和参考。(3)换向滚筒多目标优化设计。以滚筒质量和固有频率为目标函数,以位移和应力为约束条件建立了换向滚筒优化模型,通过Ansys Workbench优化模块,采用多目标遗传算法对滚筒进行优化设计。换向滚筒优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,换向滚筒的一阶固有频率从261.88Hz增加到300.511Hz,换向滚筒的质量也从1288.4kg降低到1178.1kg。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 本章小结
• 2 换向滚筒确定性优化设计
•   2.1 结构优化设计概述
•   2.2 响应面法
•     2.2.1 响应面法概述
•     2.2.2 响应面法基本理论
•     2.2.3 响应面建模流程及检验
•   2.3 换向滚筒响应值获取
•   2.4 换向滚筒响应面函数拟合
•   2.5 换向滚筒的优化设计
•   2.6 本章小结
• 3 换向滚筒结构稳健性优化设计
•   3.1 稳健优化设计理论基础
•     3.1.1 稳健性优化问题描述
•     3.1.2 稳健性优化数学模型
•   3.2 换向滚筒稳健性优化设计
•     3.2.1 换向滚筒稳健性优化数学模型
•     3.2.2 换向滚筒稳健性优化结果
•   3.3 换向滚筒稳健性优化和确定性优化结果对比
•   3.4 本章小结
• 4 换向滚筒多目标优化设计
•   4.1 多目标优化设计概述
•   4.2 多目标优化设计
•     4.2.1 多目标优化前设置
•     4.2.2 优化参数的选择
•     4.2.3 优化参数灵敏度分析
•     4.2.4 多目标优化及结果
•   4.3 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
•   攻读学位期间所获得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李鹏伟

导师: 周新建,杜成林

关键词: 带式输送机,换向滚筒,响应面法,确定性优化,稳健性优化,多目标优化

来源: 西安科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,机械工业

单位: 西安科技大学

分类号: O224;TH222

总页数: 55

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