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優化設計范文第1篇

關鍵詞：ANSYS參數化語言 APDL 鋼結構 優化設計

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A

1.引言

結構優化設計理論已有近四十年的發展歷史,目前在一些重要的結構(如飛機結構)上已經得到了應用,這也引起了土木和建筑工程界人士的廣泛關注,尋求建筑結構優化設計的理論、方法一直在緊張有序的進行當中。由于傳統的優化方法,例如準則法、數學規劃法以及兩者的結合(即所謂的混合法)等靜態優化方法都是基于代數方程模型的;最優控制理論中的動態規劃優化方法是基于微分方程或差分方程模型的。而這些傳統數學模型的描述能力和求解方法有相當的局限性,使得最優化理論和方法在實際應用中受到了很大的限制,存在著局部最優解、維數災難、不確定性等問題,這些困難需要尋求新的優化設計方法,才能得到最終解決。

隨著有限元理論的迅猛發展和日趨成熟,特別是計算機技術的廣泛應用,基于ANSYS參數化設計語言APDL的結構優化設計越來越體現出它強大的生命力,這無疑給建筑結構的優化設計注入了新的活力。

ANSYS是一種運用廣泛的通用有限元分析軟件,其有限元分析過程主要包括:建立分析模型并施加邊界條件、求解計算和結果分析3個步驟。對于某一有限元模型來說,當分析結果表明需要修改設計時,就必須修改有限元模型的幾何尺寸或改變載荷狀況,建立新的有限元模型,然后再重復以上分析過程。這種/設計)分析)修改設計)再分析)再修改0的過程,在有限元分析中存在著大量的重復性工作,將直接影響設計的效率。而運用ANSYS提供的參數化設計語言(APDL),通過結構設計參數的調整,則可以自動完成上述循環功能,進行優化設計,從而大大減少修改模型和重新分析所花的時間。

2.結構優化設計的基本理論

2.1結構優化設計概念

假定分析搜索最優設計一般被歸納為結構優化分析過程的流程。而這其中優化分析的核心部分為搜索過程。在包括滿足各種給定條件的前提下，是否達到最優是結構優化設計最先對設計方案進行的判斷。如果沒能達到，但又為了使得預定的最優指標能逐步達到，就需要遵循某一設定的規則進行修改。而以數學規劃為基礎，進行數學模型建立，并對計算方法進行選擇，使得工程結構設計問題轉化為數學問題，然后在多種可行性設計中運用計算機選擇出相對屬于最優設計的方案，這也正是結構優化設計的主要任務。

2.2結構優化設計的數學模型

設計變量、目標函數和約束條件是結構優化設計的主要要素：。其數學模型的一般表達式為

求設計變量

使目標函數

滿足約束條件

3.基于APDL的鋼結構優化設計

3.1APDL語言簡介和使用

APDL是指ANSYS 參數化設計語言，是使得某些功能或建模可以自動完成的腳本語言之一。它提供如參數、宏、標量、向量及矩陣運算、分支、循環、重復以及訪問ANSYS 有限元數據庫等一般程序語言的功能，同時其可以實現參數交互輸入、消息機制、界面驅動和運行應用程序等，因此它也提供簡單界面定制功能。為了擴展了傳統有限元分析范圍以外的能力，它可以根據指定的函數、變量設定程序的輸入，同時選它使用戶對任何設計和分析屬性有控制權，也就是說其為了為用戶提供了自動完成繁瑣循環的功能而運用了建立智能分析的手段，從而為優化設計運行繁瑣的迭代提供了可能和高效率，具體為參數、函數、分支與循環、重復、宏等功能。

3.2優化基本原理

優化方法采用復形法。復形法優化是一個運用較多且較為成熟的非線性數學規劃方法，其基本思路來源于無約束優化算法的單純形法。而無約束優化算法的單純形法就是復合形法的基本思路的來源。

3.3優化設計流程

為了將有限元法與優化方法結合起來，可以采用基于APDL語言的ANSYS優化設計模塊（OPT）來實現。基本流程圖如圖1所示。

圖1ANSYS軟件優化設計程序流程圖

3.4APDL優化程序關鍵技術

首先建立鋼框架結構參數化有限模型。參數是指APDL中的變量與數組。參數化模型的建立，便于模型的修改，也便于設置優化設計變量。

其次建立鋼框架結構優化設計模型。下面是部分優化命令：

/POST1！進入后處理器

*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取結構體積，賦予參數V

……

/OPT！進入優化設計器

OPANL,1.LGW!指定分析文件

OPVAR,W1,DV,.1,.4!定義設計變量

OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02

OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02

……

OPVAR,MS1,SV,0,225750!定義狀態變量

OPVAR,SS1,SV,0,125000

……

OPVAR,V,OBJ,,,.01!定義目標函數

OPKEEP,ON!要求保留最優設計序列時的數據庫和結果文件

OPTYPE,SUBP!使用零階方法

OPFRST,40!最大40次迭代

OPEXE!運行優化

4.優化設計實例分析

本文以單跨單層鋼框架結構廠房為例，跨度為 12m，層高為4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型鋼截面且翼緣采用焰切邊，材質均為Q235 鋼。為簡便起見，取恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2。通過APDL 優化程序，得出用鋼量約為18.2kg/m2。優化前后的結果對比分析見表1。

表1 優化前后結果分析

5.結語

本文首先論述了進行鋼框架結構優化研究的意義，介紹了優化算法（復形法）和ANSYS 中的APDL語言。并通過與實際工程相結合，并分別采用復形法和有限元軟件ANSYS優化模塊，同時以最低化用為優化的目的，使一平面鋼結構的梁柱截面尺寸得到優化并進行相應的分析。通過理論分析與結果的分析比較，證實了該優化方法是可行的，不僅能明顯降低工程造價，促進鋼結構的普及和推廣。而由設計實例可知，基于ANSYS 的二次開發語言APDL 語言建立的鋼結構優化設計模塊操作方便，優化程序可自定義優化過程和控制性變量，適應了不同的結構類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優化設計思想，可以推廣到其它結構形式，可對其它類型結構優化起到借鑒作用。

參考文獻：

[1] 王富強,芮執元,魏興春.基于APDL語言的結構優化設計[J]. 科學技術與工程. 2006(21)

[2] 趙霞,邰英樓.基于ANSYS的結構設計優化[J]. 遼寧工程技術大學學報. 2006(S2)

[3] 陳珂,張茂.基于ANSYS的參數化設計與分析方法[J]. 機械工程師. 2007(01)

[4] 王學文,楊兆建,段雷.ANSYS優化設計若干問題探討[J]. 塑性工程學報. 2007(06)

優化設計范文第2篇

關鍵詞：混流泵；優化設計；安全穩定

引言

混流泵是介于離心泵和軸流泵之間的一種泵。它的比轉速高于離心泵，低于軸流泵，一般在300-500之間，揚程比軸流泵高，但流量比軸流泵小，比離心泵大。由于混流泵流量大、揚程和效率高等優點，廣泛應用于國民經濟各個部位，特別是在火電站和核電站冷卻劑循環系統中，是不可替代的核心部件。葉輪作為混流泵的核心部件，其設計的好壞直接影響到整個泵運行的穩定性，進而影響著機組系統的安全穩定運行。為了提高混流泵的外特性、空化性能、內部流動特性和降低混流泵運行時壓力脈動幅值，就需要探索研究混流泵葉輪的水力優化設計理論與方法。JP

本文基于最優化理論與方法，結合葉輪葉片的設計方案對提高混流泵性能、降低混流泵運行時產生的噪音與振動和提高機組的安全穩定運行提供理論支撐，為今后混流泵的優化設計奠定了一定基礎和為企業提供了一套完整的混流泵的優化設計理論和方法。

1.葉輪參數化造型

葉片參數化在自動優化中是極其重要的一步。自動優化中可以選擇參數化葉片中的各自有參數進行優化，并以初始參數化葉片為模板進行葉片幾何造型、網格劃分、流場計算等。一般在優化設計中，葉片參數化擬合需要一個初始葉片為模板進行擬合，所以首先要根據已有參數設計出一個葉片，然后對葉片用參數化方法去表達，通過對端壁型線、流面控制線、堆疊規律和翼型型線的控制來參數化葉片。

在旋轉機械中，可以將葉片角作為可變自由參數，前緣到尾緣的葉片角能很TP唐健.TIF；%30%30；Z5mm，YTS（JZHT7.H圖1TS）

大程度上影響泵的性能。之前的研究表明葉片的厚度對泵的水力效率影響不大，所以在本文的參數化擬合中，初始葉片的厚度設置為不變，同樣輪緣和輪轂的子午面和出口直徑也保持不變。本文所研究的葉片參數化造型擬合分為兩步完成，分別是初始參數化擬合和二次參數化擬合。參數化后模型如圖1所示。

2.性能分析

2.1網格劃分。為了提高數值模擬的計算速度和優化過程中有效樣本的數量，首先在劃分網格時，就采用了多重網格技術。多重網格方法是提高計算效率、加快收斂方面的一個非常有效的方法。確定葉輪轉速為490r/min、葉片數為6、葉片展向節點數為43和邊界層網格單元大小，完成網格的制作，劃分得到的葉片網格數為607469。

2.2邊界條件設定。邊界條件是指流體在運動或靜止的邊界條件上給予的確定性條件，所以邊界條件的參數直接影響了求解過程和得到的結果。對導葉式混流泵進行數值模擬，流體介質為清水，密度為997kg/m3，邊界條件設置如下：（1）進口邊界條件：靜態溫度為293K，湍流粘度為1e-6m2/s，葉輪進口采用速度進口，速度方向垂直于葉輪進口。出口邊界條件：靜壓出口。并選擇出口回流控制。（2）壁面邊界條件：壁面為無滑移邊界，近壁區流動采用壁面函數法處理。葉輪輪轂和輪緣是旋轉壁面，旋轉速度490r/min。（3）湍流模型與收斂精度：一般地，殘差越小越好，由于存在數值精度問題，不可能得到理想的0殘差。一般情況下，由于網格質量問題、邊界條件設定問題和湍流模型的選擇問題，可以認為殘差在1e-4以下便可認為收斂。只有在完全收斂的條件下才可相信計算所獲得的結果。當全局殘差達到收斂精度時，還要看各塊中殘差是否完全收斂。本文全局殘差設為1e-4，最大計算步數設為2000。JP

2.3數據庫生成。優化是基于近似函數方法以及優化算法為基礎展開的，因此進行優化之前需要為優化過程提供有限數量的樣本，包括葉片幾何參數和葉輪流動參數。優化的自由參數選擇5個流面上葉片的進出口安放角（β1和β2）、葉片前緣半徑R和葉片數N，共16個自由參數，生成數據庫樣本。

2.4葉片優化。葉片優化采用人工神經網絡和現代優化算法相結合的方法進行單目標優化，利用人工神經網絡的自動學習功能，得出優化參數和目標之間的映射規律，從而大大提高優化效率。通過人工神經網絡算法找出輸入量（優化參數）和輸出量（優化目標）之間的映射關系。在輸入和輸出層之間的隱層設定為3層。為了保證優化目標的全局最優和加快計算收斂速度，本文優化算法選擇遺傳算法。設定初始種群為40，種群重新生成循環次數為20，樣本生成數量為20。設定效率為目標，期望值為88%。在設計工況下葉輪優化前后的參數對比如表1所示。

3.優化前后對比分析

葉輪是混流泵的核心部件，其設計的好壞對混流泵性能有著重要的影響。針對混流泵葉輪的內部流動特性，從相對速度和靜壓力分布兩個方面，分別計算了混流泵優化前后0.6Q，1.0Q，1.4Q三個工況下的流場情況。優化前后葉輪的流場計算如圖2所示。

唐健2.TIFTS（JZHT7.H圖2葉片表面靜壓分布TS）KH*2

通過優化前后葉輪的流場計算分析可以看出，在小流量工況下，初始葉輪進口低壓區分布較寬，優化后的葉輪雖然也存在低壓區，但是低壓區的范圍較初始葉輪明顯減少，優化后的葉輪能在小流量工況下改善葉輪進口壓力，從而提高葉輪進口抗空化性能，且靜壓梯度變化較初始葉輪相對平緩，有利于改善葉輪中壓力波動情況。圖2中（c）和（d）同樣可以得到混流泵在設計工況下，優化葉輪較初始葉輪在進口低壓區和靜壓梯度變化有所改善。從圖（e）和（f）中可以看出，在大流量工況下初始葉輪進口低壓范圍廣，而優化后葉輪進口低壓明顯減少，這是由于優化后葉輪壓力面和吸力面曲率發生了變化和葉片頭部曲率半徑發生了改變，使液流經過葉片時，減少了脫流和二次流等情況，改善了葉片壓力梯度的分布。通過葉片靜壓分布的分析，得出優化葉輪可以提高葉片表面壓力梯度的分布和減少葉片進口低壓的分布。JP

4.結果分析

本文首先根據設計參數設計出混流泵葉輪，通過對初始葉片進行參數化擬合，得到了自動優化需要的參數化葉片。采用遺傳算法針對葉片的相關控制參數進行了優化設計，通過優化前后葉片的對比分析得到了優化后的模型比優化前在性能方面更好，為以后在葉輪這方面的優化設計提供了一定的參考。（作者單位：西華大學能源與動力工程學院）

參考文獻：

[1]張人會，郭苗，楊軍虎，劉宜.基于伴隨方法的離心泵葉輪優化設計排灌機械工程學報，2014，11：943-947+954.

[2]曹樹良，梁莉，祝寶山，陸力.高比轉速混流泵葉輪設計方法江蘇大學學報（自然科學版），2005，03：185-188.

[3]邴浩，曹樹良，譚磊.混流泵葉輪設計正反問題迭代方法排灌機械工程學報，2011，04：277-281+302.

優化設計范文第3篇

根據上面的原理可知，基于Stewart結構的六維力傳感每一個支路如果只受到拉壓方向的力，則測量的結果將比較準確，如果有耦合力進入該支路傳感器，則由于耦合的影響，傳感器的精度會降低，并且耦合因素是降低傳感器精度的一個重要原因，因此，就需要設計合理的結構將耦合應力影響降到最小，從而提高測量精度。本文在結構解耦設計上，主要在2個方面進行改進:一是盡量減少耦合力的引入;另一方面是盡量提高結構的抗耦合能力。

1．1支路去耦結構優化設計

傳感器維間耦合的產生是在主測量載荷作用時會伴隨著非測量方向載荷的干擾影響。根據Stewart六維力傳感器的特點與工作原理，傳感器耦合形式主要是各支路傳感器會受到額外的彎曲和沿軸線的扭轉作用。對此，本文設計了一種支路傳感器去耦結構可以很好地減小耦合扭曲、彎曲的影響。它由球頭球窩組件、十字槽鏈接桿部件等部分構成，如圖2所示。設計思路如下:1)將傳統的球鉸面接觸改為錐頭球窩的點接觸，連接桿一端為錐狀半球型，套入在半球形的窩中，基本實現點接觸，這樣，在對傳感器施加力時，力比較集中，大大減小了雜散力的影響，提高了載荷傳遞的穩定性，并且通過接觸面的減小降低了耦合影響。2)在連接桿上加工可等效為彈性鉸鏈的正交十字槽結構，當有彎曲力矩施加到支路傳感器上時，由于有彈性鉸鏈效應，彎曲力矩的影響將會大大減小，使得力傳遞基本上按照設計的方向進行，力的傳遞越集中，傳感器的精度就越高。

1．2支路傳感器優化設計

為了提高傳感器整體抗耦合性，各支路傳感器結構須具有很好抗扭、抗彎曲能力。本文根據力學分析，將板環結構改為圓環內嵌十字梁結構，圓環內嵌十字梁結構集合了板環結構線性好、輸出靈敏度高、剛性好的優點，同時具備工作區應變穩定、對稱、抗彎曲、抗扭轉等特性。其力學模型如圖3所示。圓環內嵌十字梁結構測量的是梁上的拉/壓應力，當環受拉向或壓向載荷作用時，垂直與水平直徑位移方向相反，在十字梁的根部(圖3(b)中1，2，3，4處)會產生彎曲和拉伸兩類變形，其中拉伸應變可通過全橋接線測量，環上的彎曲應力具有很好的對稱性，因此，傳遞到梁上的工作應變為純拉/壓應變，工作應變區如圖3(b)的1，2，3，4處。本文利用Solidworks軟件為對優化前后樣機進行仿真受力分析，比較工作區應變，驗證優化結構的合理性。仿真時對優化前后的傳感器都進行裝配體受力分析，嚴格按照實際參數(材料、約束、配合、載荷)進行仿真。載荷施加方法:在軸向載荷基礎上附加額外的彎矩與扭矩，測試其對工作應變區影響。兩結構施加載荷大小、方向、作用點都一致，其中對于扭矩加力，是直接施加于上端鉸座面上;對于彎矩加力，是在同一面上施加側向力荷來等效，如圖4。根據仿真的結果，得到的數據由表1所示。由仿真數據可得:1)優化后支路傳感器的抗耦合力矩能力明顯強于未優化傳感器的抗耦能力。比如:在附加100力矩時，優化后的傳感器其微應變值增加了(1105－951)×10－6=154×10－6，而未優化的傳感器微應變值增加了(1510－956)×10－6=554×10－6，因此，優化后的結構其抗扭能力大大加強。2)優化后支路傳感器的抗側向力的能力明顯強于未優化傳感器的抗側向能力。比如:在附加測向力為200N時，優化后的傳感器其微應變值增加了(1215－951)×10－6=264×10－6，而未優化的傳感器微應變值增加了(1460－956)×10－6=504×10－6，因此，新結構抗側向力效果明顯。2．3支路傳感器的優化結構根據以上的分析結果，新的支路傳感器利用了各種去耦方式，得到的總體結構如圖5所示。

2六維力傳感器的標定

依據要研制的傳感器量程和精度，設計了相應的標定系統，該系統的實現主要是通過比對的方法來進行，在施加力的路徑上串聯一個高精度的S型傳感器，精度為0．03%，滿足本系統要求。將優化前后傳感器在完全相同的試驗條件下進行加載并記錄測量結果，利用線性解算法求解各自的映射關系矩陣，最后驗證比對測量精度。試驗標定過程中對傳感器6支路通道依次進行標定，每路各取不少于6個標定點，并進行遞增、遞減加載各3次，然后對遞增、遞減的標定數據進行均值化處理即為最終的標定數據。對于六維力傳感器，解耦的優劣和傳感器的精度息息相關，一個方向的加載很難對傳感器的解耦能力做出全面的評價，截至目前為止，大部分的論文只是在試驗時只是加載了一維力，只有個別的文章提及到二維加載［11］，還沒有三維加載的試驗數據。本文為了驗證傳感器的耦合情況，進行了三維復合加載，標定數據見表2～表4。

3結束語

優化設計范文第4篇

文中的液力緩速器葉輪無內環且回轉壁面彎曲嚴重，葉片壓力面和吸力面的根部存在流動分離，且定子葉片吸力面附近尤其嚴重，靠近外環產生了嚴重脫流(圖3a)。近壁面處的流動分離已經嚴重影響到葉片流道主流區的流動，不利于液流迅速沖擊定子葉片，導致沖擊損失降低［12－14］;葉片流道主流區的流線方向在個別葉片間比較分散，凸向沖擊較大的壓力面形成了馬蹄渦(圖3c)［15］;外環面產生的馬蹄渦影響了液體循環流動，致使弦面內進出口區域流動不均勻，壓力梯度的存在使得此處形成通道渦(圖3e)，通道渦是影響流動的主要因素之一，在彎曲流動中不可避免，只能適當緩解其現象［16－17］。分析原因，渦旋的產生主要由于葉片的進口沖角和葉片傾角不符合流動規律，因此導致流體在沖擊葉片時，在進出接區域產生通道渦，干擾了入口流場，使得通道渦的分支在葉片兩側產生了漩渦和分離流動［18－19］。針對上述流動問題，對葉輪提出優化葉片傾角及前緣倒角葉型修正方案，以期提高葉輪的沖擊損失，消除或者減少不必要的流動損失。

2葉柵優化設計

2.1參數優化評價指標對于流道幾何相似的液力緩速器，在同一工況下轉矩無因次系數λK相等，λK直接體現了液力緩速器制動轉矩性能，因此可以用轉矩系數λK作為評價液力緩速器結構參數優化的指標。從式(1)可以看出，當循環圓有效直徑不變時，一定轉速下制動轉矩和轉矩系數呈正比，因此，在不改變有效直徑的條件下，也可以將制動轉矩作為參數優化評價指標。2.2葉柵角度優化方案選擇影響液力緩速器制動轉矩的結構參數主要有:循環圓形狀和有效直徑、葉片數目、葉片傾角以及葉片前緣倒角。通過流場特性分析得知弦面出現渦旋主要是由葉片傾角和前緣倒角的設計不合理造成的，與循環圓形狀及葉片數目關系甚微，所以文中在其他參數保持不變的前提下，只對葉片傾角和前緣倒角進行修正。圖4所示為液力緩速器前傾葉片示意圖，其中α為葉片前傾角。液體從葉片間流道流出時，葉片傾角的變化會改變沖擊角，影響沖擊損失，從而導致制動轉矩變化。表2所示為葉片傾角從32°變化到48°時，液力緩速器內流場的數值計算結果，結果顯示當緩速器其他結構參數不變時，隨著葉片傾角的增大，制動轉矩先增大后減小，前傾42°時，由于葉片獲得較大的沖擊損失使其制動轉矩最大。葉片楔角(前緣倒角)同葉片傾角一樣對沖擊損失有很大影響，從而影響液力緩速器的制動轉矩，圖5中θ為葉片楔角。為研究不同楔角與制動轉矩的關系，在全充液工況，分別對10°～45°楔角的內流場進行數值計算，結果表明(表3):當其他結構參數不變時，隨著葉片楔角逐漸減小，制動轉矩將不斷增大，但是過小的楔角會導致葉片前緣過薄從而引起強度不夠。對于葉片傾角和葉片楔角，兩者在沖擊損失方面互相影響，相關性較大。因此不能簡單將葉片傾角或前緣倒角單一參數作用下得到的優化結果組合形成最優方案，而要以葉片傾角和前緣倒角的變化趨勢對制動轉矩的影響為依據，并考慮葉片強度等相關因素，在不改變其他結構參數的條件下，擬采用表4中的幾組優化方案進行內流場數值計算，并獲取其內外特性進行對比分析。2.3優化結果將幾組優化方案的流場特性與原樣機對比分析可知，只有方案2、4、5流場中的流動分離和渦旋現象得到了明顯改善。圖6顯示相對速度最大值出現在方案4的定轉子交界區域，說明該方案中液流從轉子吸收的能量最多，從而產生較大的沖擊損失。圖7顯示在葉片吸力面與葉片楔角轉折處產生了局部低壓，使得壓力面與吸力面之間產生橫向壓差，橫向壓差越大，工作腔內循環流動越顯著，制動轉矩越大。表5為制動轉矩以及轉矩系數的數值計算結果。方案4的制動轉矩最大，其次是方案2，最小是方案5，因此方案4為最佳優化方案。優化后的液力緩速器各結構參數分別為:循環圓形狀為圓形、定子葉片數34，轉子葉片數36，葉片傾角42°，葉片楔角28°。液體在原型葉輪和最優葉輪內葉片近壁面和工作流道內截面的流動跡線對比可以發現(圖3)，葉型改進后，由于葉片的入口沖擊角減小，使得原型葉片在吸力面根部的流動分離現象有所改善，循環流動比較順暢，馬蹄渦的影響范圍減小;新的葉型抑制了通道渦的形成，有助于減少通道渦附近的高能量液體因相互混摻而產生的損失，從而降低了二次流損失。圖8優化前后制動轉矩曲線對比Fig．8Comparisonofbrakingtorquecurvesbeforeandafteroptimization2.4優化前后性能對比分析圖8為不同充液率f下，優化前、后液力緩速器的轉速-制動轉矩曲線。通過對比發現，低充液率下，制動轉矩變化不太顯著，但是在較高充液率下，優化后的性能明顯提高。圖9為不同工況下，緩速器優化前后制動轉矩系數對比曲線。制動轉矩系數隨充液率的增加逐漸增大，全充液時達到最大，此時即使工作腔內的壓力繼續升高，轉矩系數也不再變化，而是維持在最大值左右。從2條曲線的擬合結果對比來看，在高充液率下優化后緩速器的制動轉矩系數提高明顯，較原樣機提高大約6%，達到了提高制動轉矩系數的目的。

3結論

優化設計范文第5篇

【關鍵詞】煤礦運輸 強力皮帶 優化設計

一、強力皮帶優化設計的原因

（一）強力皮帶相對普通皮帶有優勢

煤炭運輸路線比較長，地下條件相對艱苦，因此在運輸地下煤炭時一般運用的是帶式運輸機，帶式運輸機不僅有運量大、運送距離長、可以連續工作等優點，還可以減少人力的使用和保障運輸的安全。隨著煤礦生產機械化和自動化水平的不斷提高，對煤礦運輸設備的要求也越來越高，因此需要更為安全高效的強力皮帶運輸機。強力皮帶運輸機不僅有著傳統普通皮帶運輸機的優點，還可以在更大的范圍內適應煤炭運輸的要求，運輸量更大速度更快，很多煤礦企業選擇強力皮帶運輸設備，所以要對強力皮帶運輸機進行優化設計。

（二）強力皮帶對安裝要求高

強力皮帶運輸機不僅在使用上便利而且在安裝上對材料和安裝技術也很高，很多煤炭企業需要運用強力皮帶運輸機地下運煤炭，但是缺乏相應的技術人員和原材料對運輸機進行規范安裝，導致強力皮帶運輸機在使用上不能達到應有的效果。操作中許多不規范行為使強力皮帶運輸機在使用時威脅工作人員的身體健康，因此對強力皮帶運輸機進行優化設計，使安裝使用更為便利。

（三）減少企業成本保證利益

強力皮帶運輸機的工作效率可以和兩部普通帶式運輸機相媲美，因此使用強力皮帶運輸機既減少機器成本，又減少對看護機器和維護的費用，這樣大大降低了企業生產成本，同時提高了工作效率。所以強力皮帶運輸機的優化設計與煤炭企業的利益密切相關。

二、優化設計的方案

（一）注意安裝規范和參數

在進行安裝強力皮帶運輸機時應該按照說明規范安裝，根據參數選擇強力皮帶最為合適的安裝地點。首先應明確安裝強力皮帶運輸機的最大傾斜角是35°，選擇地點的角度不能大于35°。還要注意皮帶的最大運輸能力為400噸每小時，使用時不能超過這個參數，否則會導致運輸機故障。注意細小材料：逆止器，應選擇結構緊湊、安裝方便、使用低轉速的逆止器。可以最大限度滿足強力皮帶運輸機在使用中對防止逆轉要求。

（二）裝載強力皮帶機傾角的選擇

說明書的參數要求強力皮帶運輸機的最大傾斜角為35°，但是安裝時不能將強力皮帶安裝在運輸機所能接受的最大傾斜角處，因為原煤的安息角只有30°，而且安裝過程中會受到原煤滑落的撞擊影響。可以將這強力皮帶的安裝在30°以下的區域，這樣原煤在進入運輸機時相對穩定，不會對運輸機造成損壞。將強力皮帶運輸機放在最大傾斜角，就要保證原煤在傳送帶上相對穩定后才能進行工作。

（三）使用中注意事項

1.用強力皮帶時，要保證電力的相對穩定，保證皮帶機啟動和運輸過程平穩。2.為防止在運輸過程中原煤的滾落和撒貨，上皮帶設置了封閉的防撒網防護設施，在每隔十米還應該有一個擋煤的裝置，防止在運輸過程中原煤的上下跳動，也有效地防止雜物或者煤塊進入到皮帶內部，損壞皮帶的運輸，甚至造成機尾拉翻和斷帶的重大事故。3.煤炭產量不確定，皮帶機的實際運輸量就不能確定，因此要根據實際情況對皮帶機進行合理的調整，把煤流對運輸機的影響降到最低。4.注意不能在短時間內多次啟動強力皮帶，啟動設備之前運輸帶上不能有煤塊。5.注意檢查設備有沒有出現漏油情況，定時補充油量。6.任何部件發生損壞都應及時停止操作，進行更換設備零件。

（四）對煤炭的要求

由于強力皮帶運輸機傾斜角要達到35°，因此原煤粒度大小也影響著運輸的穩定性，

較大的原煤在運輸時很不穩定會自動向前滾動，在運輸的煤量較少時更為明顯，嚴重時也會造成很大的事故。針對這種情況，可通過地下開采時將每塊進行粉碎，或者保證運輸時的煤量一直處在一個較大的水平來解決，但最有效辦法是設置篩板，較大的煤塊統一運輸，這樣能保證煤塊的粒度以及原煤的水分的相應要求，在運輸中的原煤水分不能超過10%。

（五）運輸中皮帶的磨損

運輸中對皮帶的磨損情況十分嚴重，因此皮帶磨損時應及時進行修復，對已經磨損的膠條進行冷粘的處理，及時進行修補以保證運輸中皮帶的摩擦力運輸更加安全。

三、進行優化設計后產生的效益

（一）運輸更深層次的煤炭變得更加便利

我國大多數煤炭的埋藏較深，在運輸和開采上難度很大，對強力皮帶機進行優化，就可以使更多的地方運用到強力皮帶運輸機，地下深層的煤也可以挖掘并通過強力皮帶運輸出來，大大增加了我國的煤儲量。深層煤炭比表層煤炭的質量好更能滿足人們的各種需求，煤炭與人們的生活息息相關，保證煤炭的儲量和運輸的便利磁能使人們的生活更有保障，因此強力皮帶運輸機的優化設計，對煤炭的生產有著不可估量的好處，即節省了機械核對人力的消耗，也使企業成本降低利益增加。

（二）減少成本，利益獲取最大化

對于企業來說獲得利益最有效的方法就是降低成本，煤炭強力皮帶運輸機可以省去企業運用大量接卸設備的麻煩，企業只需要運用少量的強力皮帶就能代替多臺普通皮帶，這樣就節省了大部分的時間和金錢對這些設備進行護理和看護，這樣節省下來的錢就可以接著投入到生產中，生產出更多的原料保障市場需求，也可以使企業自身的競爭力提高。

四、結語

對強力皮帶進行優化設計后，使用中出現問題變少，而生產效率很大提高。同時煤炭企業前期投入減少，通過掌握強力皮帶運輸機的優化技術，在實踐中不斷創新和改進，總結經驗，對運輸機進行維護，保障運輸機的正常使用，促進企業的發展。

參考文獻：

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