研究了現(xiàn)用抽芯設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，論述了抽芯工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)與工作原理，介紹了縱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，通過(guò)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)可使縱梁的質(zhì)量大為減輕。
換熱器；維修；抽芯工作臺(tái)；縱梁；模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TQ O51．501；TQ 050．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
目前，各煉油廠或化工廠一般采用半機(jī)械化抽芯機(jī)進(jìn)行換熱器的維修，如框架式螺旋增力抽芯機(jī)、框架式卷?yè)P(yáng)抽芯機(jī)等，這些抽芯機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：① 抽芯機(jī)不能獨(dú)立工作，必須依靠大型吊車配合才能完成抽芯作業(yè)。②抽芯機(jī)長(zhǎng)達(dá)9 m，無(wú)論是運(yùn)輸還是操作都不方便。③ 抽芯機(jī)連同管束在空中的搖擺度很大，致使工人作業(yè)十分困難，安全性也比較差。④抽芯過(guò)程中需2次停機(jī)，人工調(diào)整鋼絲繩的位置，抽芯時(shí)間長(zhǎng)，占用工時(shí)比例大，自動(dòng)化程度比較低。文中介紹一種自行設(shè)計(jì)的新型抽芯機(jī)及其縱梁模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1 結(jié)構(gòu)及原理
筆者設(shè)計(jì)的新型換熱器抽芯高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。該作業(yè)車的設(shè)計(jì)分為主體金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抽芯工作臺(tái)設(shè)計(jì)2部分_1 ]。圖1中的雙點(diǎn)劃線為非工作狀態(tài)，實(shí)線為工作狀態(tài)。抽芯工作臺(tái)設(shè)置在抽芯框架的下面，與框架一起沿塔段上下移動(dòng)，避免了使用吊車配合時(shí)存在的弊端。抽芯工作臺(tái)的長(zhǎng)度方向是在圖1垂直紙面的方向，在此方向，工作臺(tái)分成3個(gè)部分，中間部分不動(dòng)，兩邊部分用液壓缸折疊，避免了抽芯機(jī)長(zhǎng)度大的缺點(diǎn)。抽芯工作臺(tái)操作時(shí)的示意圖見(jiàn)圖2，先將抽芯工作臺(tái)沿主體塔段滑道拉至與塔臺(tái)換熱器相當(dāng)?shù)奈恢?，由橫向運(yùn)動(dòng)絲杠進(jìn)行工作臺(tái)的對(duì)中微調(diào)，展開(kāi)兩邊折疊部分，利用工作臺(tái)前端的2個(gè)縱向液壓缸調(diào)整工作臺(tái)與管束平行方向的位移，同時(shí)將活塞桿上安裝的半月板與被檢修的換熱器殼體法蘭連接，這些完成以后，就可以進(jìn)行抽芯工作了。抽芯時(shí)，由液壓馬達(dá)帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)拖動(dòng)工作臺(tái)快速接近換熱器，因抽芯的初拉力較大，所以初始階段由主液壓缸抽出管束，當(dāng)管束被抽出1 m左右時(shí)，切換為卷?yè)P(yáng)快速抽出，抽出適當(dāng)?shù)木嚯x之后依次套上2根纜索固定管束，繼續(xù)抽出過(guò)程，直至管束脫離殼體，工作臺(tái)將管束放到地面，完成抽芯工作。送回管束的動(dòng)作與此相反。抽芯操作時(shí)，塔段和抽芯框架不動(dòng)，工人作業(yè)時(shí)操作省力，安全性比較好。 新型抽芯工作臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算部分主要包括縱梁設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、微調(diào)機(jī)構(gòu)和其它零部件設(shè)計(jì) 。文中主要討論縱梁的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 抽芯工作臺(tái)縱梁模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)
抽芯工作臺(tái)的主體為2根縱梁，材料選用熱軋工字鋼，材質(zhì)Q235一A，每根縱梁長(zhǎng)為6．5 m，它們通過(guò)燕尾形導(dǎo)軌裝在抽芯框架上。雖然縱梁材料選用工字鋼，通過(guò)力學(xué)計(jì)算可求出幾何尺寸，但計(jì)算中所求取的應(yīng)力、剛度和結(jié)構(gòu)尺寸限制具有模糊性，導(dǎo)致質(zhì)量不一定最小，所以借助模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)解決這一問(wèn)題。
2．1 設(shè)計(jì)變量及目標(biāo)函數(shù)
2．1．1 設(shè)計(jì)變量
縱梁的長(zhǎng)度已經(jīng)確定，它與截面面積無(wú)關(guān)。工字鋼的截面面積一定，則單位質(zhì)量也就確定了。所以縱梁的獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)為梁的橫截面寬度b和梁橫截面高度h，故設(shè)計(jì)變量取為： 2．2 模糊約束條件
2．2．1 強(qiáng)度約束和剛度約束
由于2根縱梁對(duì)稱于縱向中心線，所以將它們看成一個(gè)梁，計(jì)算得到的應(yīng)力除以2即可。對(duì)整個(gè)梁的受力進(jìn)行分析可知，在抽芯的過(guò)程中，每一時(shí)刻梁的受力情況都是不一樣的，管束全部抽出且對(duì)稱于縱梁的中心時(shí)，縱梁與換熱器殼體脫離接觸時(shí)的應(yīng)力為******。通過(guò)求取支反力、繪彎矩圖可確定******彎矩和撓度的計(jì)算公式。
把模糊優(yōu)化問(wèn)題等價(jià)轉(zhuǎn)化為******水平截集上的普通優(yōu)化問(wèn)題處理，關(guān)鍵是求出與******水平截集對(duì)應(yīng)的******水平值a，a即為模糊約束的******隸屬度。按模糊綜合評(píng)判法，設(shè)備擇集a一(0．0，0．1，0．2，，1．0)，因素集u=(“ u1，u2“......u5 )，影響a的模糊因素及其等級(jí)見(jiàn)表1。 把求出的a和表2中的值代入式(8)，得到非模糊化的約束條件，采用復(fù)合形法求解，解出圓整后選擇16號(hào)熱軋工字鋼(符合GB 706—88)，其b一88 mm，h=160 mm，截面面積為26．131 cm。，理論質(zhì)量20．513 kg／m。普通設(shè)計(jì)時(shí)選擇18號(hào)熱軋工字鋼，其b一94 mm，h一180 mm，截面面積為30．756 cm，理論質(zhì)量24．143 kg／m，模糊優(yōu)化后的理論質(zhì)量比普通設(shè)計(jì)的理論質(zhì)量減輕15．04 oA。
3 結(jié)語(yǔ)
縱梁是抽芯工作臺(tái)的重要組成部分。設(shè)計(jì)縱梁時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮各設(shè)計(jì)參數(shù)離散性的影響，應(yīng)用模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)縱梁進(jìn)行優(yōu)化，從而可以使理論質(zhì)量大為減輕。在設(shè)計(jì)作業(yè)車的其它結(jié)構(gòu)時(shí)也可以采用此方法。抽芯工作臺(tái)的設(shè)計(jì)使作業(yè)車集起重、抽芯、行走3大功能于一體，實(shí)現(xiàn)了抽芯設(shè)備整機(jī)一體化，改變了依賴吊車配合作業(yè)的落后局面，對(duì)提高石化企業(yè)檢修自動(dòng)化程度、檢修效率以及經(jīng)濟(jì)效益具有實(shí)際意義。 | 
