施工升降机结构优化.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 办包二升 降 本乡含构 优化 北京建筑工程学院俞启溯 内容提要用现代设计有限一优化方法对施工升降机进行结构优化 , 使施工升降机随不同架设高 度选择不同标准节主弦杆截面组合 , 并对三角形截面类升降机进行了合理截面形状的探讨 。 其结果进一 步开发了升降机使用性能 , 大大地提高了它的经济性 。 关键词 施工升降机有限一优化标准节主弦杆 问题的提出 施工升降机是一种常用建筑机械 , 它 广泛 地使用在城市建设的各个场合 。 目前 , 随着高层 建筑以及各种大型结构 的不断增 加 , 施工 升降 机的需求量也在急剧地增长 。 国内施工升降机 按其导轨架截面形状分为二大类 方形截面和 三角形截面升降机 。 大多数的升降机产 品结构 为仿造瑞典公司产品 , 并 在 此 基础 上 进一步使结构粗壮 。 沿用这种办法对最大架设 高度 为 以下时 , 制造成本和使用性能 的 关系并不十分突 出 。 现在各种高大结构不断出 现 , 对施工升降机要求架设 到甚 至有 的 要求突破高度 。 在这样 的情况下 , 如何合 理选择标准节主弦杆截面尺寸就将是一个十分 重要 的问题 。 为了探讨 这个问题 , 运用 现代设 计方法 中有限一优化方法对施工升降机进行结 构计算和优化 。 有限一优化模型建立 考虑到施工升降机导轨架结构特点及其主 要杆件的受力状况 , 将导轨架主 弦杆和每个标 准节上 、 中 、 下三框取 为梁单元 , 标准节 齿条和 各斜支撑腹杆则取为 空 间析架单元 。 这样模型 的建立可大大地 减少单元 自由度数 , 节 省 了机 时 , 简化了数据前后处理的工作量 。 各个附着支 撑架均按 自然节点作为有限元节点划 为梁单元 纳入有 限元模型 。 由于升降机的架设高度很大 , 即使是这样处理 , 此 时模型 的 节点数和单元 自 由度数使一般微处理机还是难以承受 。 为了 体现整机模型的真实性 , 又能得到具体感兴趣 部 位的细部应力 , 将整个升降机视为一个 多跨 梁进行初算 , 将所得到的结果作为进一步关 心部位的边界条件进一步细化 , 以求得更为精 细的数据结果 。 经过这样的处理对于架设高度 很大的升降机结构计算有明显 的优 点 , 为了便 于理解模型的建立 , 将一标准节展开 , 在平面展 开 图里看节点位置和单元组成 。 对二类施工升 降机均给出一标准节有限元模型 图 , 见图 节点号 梁单元号 析架单元号 结构工况分析 根据 和升 降机的安装 、 工作 状 况来确定其危 险截面部位 , 并将其代入有限一 优化模型进行结构计算和优化 。 二大类施工升 降机的危险部位是一致的 。 它们的不同仅在于 最大额定载荷与单笼自重不一样 , 它们对导轨 架产生的效果也将不一样 。 施工升降机在安装工况时 , 吊笼升至最高 一个 附着架以上进行接节 , 这时顶部悬臂部份 对最上面的附着架是一种悬臂工况 。 上面标准 节部份相当于一个悬臂梁 , 此时悬臂部份标准 节下部截面是危 险截面之一 。 升降机在最大额 定载荷下工作 , 并且此 时整 个导轨架已架设到 一定高度 , 导轨架底部标准节不但受到额 定载 荷 , 笼重 , 风载对它 的影 响 , 匕部巨大 自重也将 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 对它产 生一个相当大的垂直载荷作用 。 此工况 下 导轨架 标 准 节 底部截面也 是另一个危 险截 面 。 满载吊笼在上 、 下运行时 , 在它经过 的标准 节齿条上将随机地作用一个载荷 。 这时的工况 不如上面讨论的工况恶劣 。 大大地减少 了设计变 量的个数 , 使优化问题求 解容易多 了 。 设计变量 根据导轨架标准节结构 , 对方形截面施工 升降机有限一优化模型为个单元 , 三角形截 面施工升降机为个单元 。 以图为例 , 方形 截面标准 节主 弦 杆 一 二共 有 、 、 个单元 。 三角形截面标准节主弦杆上有 、 、 个单元 。选 取这些单元的外径 、 内径作为优化参 数 。 在标准节上 、 中 、 下三框上 , 有些单元是相同 的 , 仅在结构上以自然节点出现 , 故可合并 。 对 方形截面选 、 、 、 个单元 , 对三 角形截 面选 、 、 个单元的型钢厚度作为优化参数 。 设计变量为 , , 目标函数 有限一优化目标是使施工升降机在不同的 最大架设高度使用不 同标准节主弦杆截面的组 合 。 其目标是在保证施工升降机的使用性能前 提 下使整个导轨架重量最轻 , 故目标函数是整 个导轨架的重量 。 。 蛋 舫 乙口 尸 每 摊摊 鞠鞠 必 洲 ” 叉叉叉叉叉叉 狱泛泛 旦乌二 兴兴 卫认一一一一一一一一 了了了 溉又 。 图 方形截面三角形截面 结构优化 优化设计的关键是数学模型的建立 。 在优 化设 计问题 中 , 设计变 量的个数决定了设计 空 间的维数 。 设计变 量越多 , 设计空 间的维 数越 高 , 就意味着优化设计问题所考虑 的因素也多 , 优化设计 的自由度 也就越大 , 在理论上也可以 得到较理想的结果 。 但是设计变量越多 , 目标函 数和 约束函数 中的变量也就越多 , 就使优化设 计问题愈复杂 , 求解愈 困难 。根据施 工升降机的 优化目的 , 在尽可能减少 其维数 的情况 下将标 准节主 弦杆 的内 、 外径和 上 、 中 、 下三框连接齿 条部份型钢厚度作为设计变量 , 经过这样处理 , 月 ,一 晋答 ,一 “子,“ 、 砚 艺 , 牛 密度 , 主弦杆部份单元长度 , , 型钢部份单元 长度 , 型钢截面积均为设计常数 。 约束 条件 根据受力杆件必须满足强度 , 刚度和稳 定 性条件则 , 镇 叮 人 镇力 、, 镇 综上所述 , 优化数学模型 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 氏毛 口 关成力 一 , , , 尸 、簇 , ,刀 , , 任 之 乏 算法和 程序框图如 图 。 用 “ ”语 言编制优化程 序然后 将 源程序进行编译 来进行使用 。 砚砚怜没计餐数数 “了 , , , 弦杆标准节 。对 于不 同的机型 , 如单笼带对重双 笼带对重 , 单 、 双笼 不带对重 , 它们的优化结果 是不一样的 。 当然 , 对于不同规格 的主弦杆标准 节 , 它们所允许的架设高度也是不一样的 。 , 重量 对比 当施工 升降机架设 高 度 为时 , 若不 进行有限一优化 , 在保证结构强度 的条件下必 须从下至上使用某种规 格的主弦杆标准节 , 女 珍 卯 , 此时导轨架整体重量为 , 而注 行截面有限一优化后 , 此 时导轨架整体重量 为 。 仅从主弦杆这一项优化结果看 , 一部 施工升降机可节省近的钢材 。 这样 的结果大 大地降低了它的经济性能指标 。 表不同截面形状标准节高应力部位应力值 图 有限一优化结果和分析 截面 形状和截面公称尺寸 对三角形截面类施工升降机的有限一优化 结果看 , 目前应用较多的等腰直角三角形 、 等边 三角形和等腰三角形截面 中 , 以等腰三角形的 结构强度和 刚度为最好 。从结果上看, 高应力区 部位 在主弦杆和上 、 中 、 下三框横腹杆上 均 在 不 同程度上有所下 降 , 某些部位有较大 幅度下 降 。 结果可从表中看出 。 这些高应力区部位 受力状况的改变无疑对于改善升降机导轨架的 受力状况 , 提高其承载能 力是十分有益 的 。 等腰 直 角三角形截面 之所以应 用较 广 , 主要是这种 截面的升降机在与建筑 物 附着连接时 最 为方 便 。 从方形截面类施工升降机 的有限一优化结 果看 , 对于架设高 度超过的升 降机均 可 分段按不同机型用不 同内径尺寸的主弦杆标准 节进行组成 。 为 了不使施工升降机的标准节规 格过于复杂 , 所以 , 一般只取三种不同内径的主 部部位位等腰直角三角形形等边三角形形等腰三角形形 横横腹杆杆 横横腹杆杆 横横腹杆杆 横横腹杆杆 横横腹杆杆 主主弦杆杆 主主弦杆杆 主主弦杆杆 主主弦杆杆 表不同架设高度导轨架截面优化结果 高高度度第一段段第二段段第三段段 争争争 争争争争争 小小小 争争 结论 施工 升 降机在架设高 度大转以 上时均可进行截面优化 。 用不同公称尺寸的主 弦杆标准节进行组合 , 可大大降低施工升降机 制造 的经济指标 。 三 角形截面类施工升降机以等腰三角 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 液压全功率变量系统的挖掘机 转台回转时间的电算方法 哈尔滨建筑工程学院梁光荣李良 引言 单斗液压挖掘机转台的回转速度系指转台 处于稳定 的匀速回转状态时转 台的转速 , 在这 一转速下 , 回转马达消耗掉其泵的全部流量 , 在 恒功率变量系统 中无论是分功率调节还是全功 率调节 , 这一流量都是指变量泵的最大流量 , 但 转台从静止状态逐步 加速到匀速状态 , 分功率 和全功率调节系统起动过程所经历的阶段却不 完全一样 , 分功率调节 , 因马达 的缓冲制动阀的 压力调定值总是高于单泵的始调压力而低于系 统工作压力 , 所以起动过程总分为两个阶段 , 即 转台加速到其马达能 消耗掉 由缓冲制动阀的压 力调定值所决定 的泵 的流量前是恒力矩 阶段 , 其后是恒功率阶段 , 无论另一回路的执行元件 通常是动臂液压缸 有无动作 , 起动过程的两 个阶段或说起 动过程的速度图都不会因之而改 变 。全 功率变量系统则情况可能较为复杂 , 通常 回转马达的缓冲制动阀其压力调定值往往比两 泵全功 率调节的始调 压力 。 来得 低 , 所以当 转台单独回转而无其它任何一个执行元件随之 动作时 , 泵始终以最大流量向马达供油 , 转台起 动过程 同定量系统一样是恒力矩作用下的匀加 速过程 , 直到其马达将泵的最大流量全部吸收 , 从此进入匀速回转状态 。但是, 在实际工作中为 了提高生产率 , 挖掘结束动臂就立即提起铲斗 , 一旦离开土坑便一边继 续提臂一边开始回转 , 两路的压力和 , 将高于始调压力 。, 所 以在起动过程 的阶段性上与分 功率调 节相似 , 都由恒力矩和恒功率两段组成 , 其差别在于 , 分 功率调节两阶段的划分仅与缓冲制动 阀的压力 调定值有关 , 不 因另一 回转的执行元件有无动 作而改变 全功率调节 , 两阶段的划分不但与缓 冲制动 阀的压力调定值有关 , 而且 与另一回路 中执行元件有无动作及由于执行动作而造成的 压力有关 , 故在不 明确 另一回路 的压力变化 的 情况下 , 不能确定两阶段的划分 。 另外 , 进入恒 功率阶段之后 , 液 压总功率在两回路之间的分 配也与分功率调节不同 , 分功率调节 , 恒功率阶 段回转液 压功率总是总液压功率 的一半 , 而全 功率调节在恒功率 阶段回转与提臂的功率之和 等于总功率 , 是恒定不变的 , 但回转与提臂两功 率却不是各 占一半 , 其比例与两路 压力之比相 一致 , 这里恒功率的意 思是总功率恒定 , 并非回 转功率恒定 。 由于上述全功率变量系统的特点 , 文献 仅讲述了定量 系统和分功率变量 系统 转台转速的确定方法和转过常用回转角所需时 间的计算公式 , 而对全 功率变量 系统一旦确定 其转台回转速度之后