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换热器维修用抽芯工作台纵梁的模糊优化设计
新闻来源:    点击数:1551    更新时间:2011-10-4    收藏此页

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。
     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******。通过求取支反力、绘弯矩图可确定******弯矩和挠度的计算公式。                 
    把模糊优化问题等价转化为******水平截集上的普通优化问题处理,关键是求出与******水平截集对应的******水平值a,a即为模糊约束的******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。 

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