基于MATLAB的恒力吊优化设计.pdf

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1、基于MATLAB的恒力吊优化设计六口冷真龙四川工程职业技术学院机电工程系四川德阳618000摘要：在分析恒力吊机构的基础上，建立了恒力吊机构优化数学模型和弹簧优化数学模型。利用MATLAB遗传算法工具，优化出机构参数、弹簧参数，经对比显示，性能显著提高，成本降低，同时对其它机械产品设计提供了有益的参考。关键词：恒力吊优化设计MATLAB遗传算法中图分类号：TH136；TP31文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)02—0013—03热力发电设备中很多装置(热力发电厂的气管、水管、烟管、风管、燃烧器及空气预热器等)在高温下工

2、作，由于热胀冷缩的原因，在冷态和热态间，管道系统内悬吊点的热位移很大，可达几毫米到几百毫米。当热位移大于10mm就要求采用恒力吊架，以避免管道系统产生危险的弯曲应力及不利的应力转移。德阳是中国重装基地，发电设备是重装基地的拳头产品。恒力吊是火力发电设备的重要辅件，且价格昂贵，其性能直接影响到火力发电设备安全性、可靠性。因此进行恒力吊机构的优化设计，对提高其性能(恒定度)起着重要作用。1恒力吊机构分析四连杆机构恒力吊是基于力矩的平衡原理而设计的，图1所示为四连杆机构恒力吊结构图。其弹簧拉杆由两根连杆组成，一根弹簧连杆只作平动以保证弹簧在整个

3、行程中不作摆动，另一根弹簧连杆一端与只作平移的弹簧连杆连接，另一端与弹簧力矩杠杆连接，在整个行程中作平面运动。2恒力吊受力分析图2所示为恒力吊受力分析图。厶为载荷连杆OA长度，厶为弹簧力矩连杆OC得：w=(／-asinfl／cos0+So)／-acos(口一0)长度，厶为弹簧组作平面运动连杆CD长度，s为弹簧÷[L~cos(卢一a)CO80】(1)的压缩量DD，为额定载荷，为弹簧刚度。式中：So为恒力吊初始状态时的弹簧压缩量。OA与OM的夹角a为初始状态，载荷连杆与水3MATLAB遗传优化平夹角=30。；OC与OC。夹角的口为载荷连杆瞬时

4、状态与初始状态夹角；CD与C。D。的夹角为弹簧组MATLAB是从概念设计、算法开发、建模仿真出连杆瞬时状态与初始状态夹角。发，实时实现理想的集成环境。HC1上HD，0V上D1Cl，PCl上DC。遗传算法以达尔文的适者生存、优胜劣态的进化根据力矩平衡原理：Mt=原则为基础，使用群体搜索技术，通过对当前群体施加★德阳市工业项目(编号：2003GG003—1)遗传学的基本操作，即选择、交叉、变异等，从而产生出收稿日期：2008年9月新的一代群体，并逐步使群体进化到包含或接近最优机械制造47卷第534期2009／2回解的状态。簧的中径D、弹簧的圈

5、数n3个独立变量为设计变量，由于遗传算法的优点和广泛的应用，MATLAB7专且口：X=【l，2，3】=【d，D2，n】门设计遗传算法与直接搜索工具箱(GeneticAlgorithm(2)目标函数。目标函数可以以不同的目的作为目andDireetSearchToolbox)，可用图形界面和命令行函标，在此以弹簧的重量最轻作为优化目标。数快速描述问题、设置算法选项及监控进程；另外遗传F()=1．95X0．000O1{2(2+2)—+mill算法和直接搜索212具箱函数还有与MATLAB的优化(3)约束条件。根据恒力吊弹簧需满足强度、刚度、工

6、具箱或其它MATLAB程序有机地结合使用的特点，旋绕比等要求，列出约束条件。应用越来越多。MATLAB7的遗传算法工具有两种使用①弹簧强度条件：方式：1)以命令行方式调用遗传算法函数；2)通过图形r⋯=≤(7)用户界面使用遗传算法工具。式中：C为弹簧指数(或旋绕比)，C=D：／d；奶为弹簧3．1恒力吊机构优化数学模型曲度系数，考虑弹簧丝升角和曲率对应力的影响，同时为了满足恒力吊的使用要求，提高恒力吊的工作也考虑剪切力p产生的应力影响：精度，使恒定度值最小，须对恒力吊机构进行优化，首4C一10．625先建立数学模型。坳+—一(1)设计变量。

7、选取载荷连杆长度Ll、弹簧力矩连当．C=4～9时，经曲线拟合：杆长度、弹簧刚度K3个独立变量为设计变量，即幻：育=(L8)Jx=[l，2，3】=[l，，K】。(2)约束条件。根据恒力吊的工作要求、工作条件式中：F为弹簧的最大工作载荷；【】为弹簧簧丝的许确定如下约束条件：用剪切应力。①为了保证恒力吊能在要求的工作范围内可靠地强度约束条件为：工作，并要求有20％的位移余量，即：l()=14．4×13000x2／【叮r{(X2／1)n¨】y<2Llsin30。<1．2y(2)一[r】≤0(9)式中：y为特定型号恒力吊的工作位移。②弹簧指数(或旋

8、绕比)C(C=D：／d)，要求在②载荷连杆长度Ll必须为正，且在一定范围之(。。，b)范围内。内，假设在(。，6)内，即：弹簧指数约束条件为：0