研究了現(xiàn)用抽芯設(shè)備的優(yōu)缺點，論述了抽芯工作臺的結(jié)構(gòu)與工作原理，介紹了縱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計和模糊優(yōu)化設(shè)計，結(jié)果表明，通過模糊優(yōu)化設(shè)計可使縱梁的質(zhì)量大為減輕。
換熱器；維修；抽芯工作臺；縱梁；模糊優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號：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械化抽芯機進(jìn)行換熱器的維修，如框架式螺旋增力抽芯機、框架式卷揚抽芯機等，這些抽芯機構(gòu)的缺點是：① 抽芯機不能獨立工作，必須依靠大型吊車配合才能完成抽芯作業(yè)。②抽芯機長達(dá)9 m，無論是運輸還是操作都不方便。③ 抽芯機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抽芯過程中需2次停機，人工調(diào)整鋼絲繩的位置，抽芯時間長，占用工時比例大，自動化程度比較低。文中介紹一種自行設(shè)計的新型抽芯機及其縱梁模糊優(yōu)化設(shè)計。
1 結(jié)構(gòu)及原理
筆者設(shè)計的新型換熱器抽芯高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。該作業(yè)車的設(shè)計分為主體金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計和抽芯工作臺設(shè)計2部分_1 ]。圖1中的雙點劃線為非工作狀態(tài)，實線為工作狀態(tài)。抽芯工作臺設(shè)置在抽芯框架的下面，與框架一起沿塔段上下移動，避免了使用吊車配合時存在的弊端。抽芯工作臺的長度方向是在圖1垂直紙面的方向，在此方向，工作臺分成3個部分，中間部分不動，兩邊部分用液壓缸折疊，避免了抽芯機長度大的缺點。抽芯工作臺操作時的示意圖見圖2，先將抽芯工作臺沿主體塔段滑道拉至與塔臺換熱器相當(dāng)?shù)奈恢?，由橫向運動絲杠進(jìn)行工作臺的對中微調(diào)，展開兩邊折疊部分，利用工作臺前端的2個縱向液壓缸調(diào)整工作臺與管束平行方向的位移，同時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，由液壓馬達(dá)帶動卷揚拖動工作臺快速接近換熱器，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，切換為卷揚快速抽出，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)抽出過程，直至管束脫離殼體，工作臺將管束放到地面，完成抽芯工作。送回管束的動作與此相反。抽芯操作時，塔段和抽芯框架不動，工人作業(yè)時操作省力，安全性比較好。 新型抽芯工作臺的設(shè)計計算部分主要包括縱梁設(shè)計、液壓傳動及傳動機構(gòu)設(shè)計、微調(diào)機構(gòu)和其它零部件設(shè)計 。文中主要討論縱梁的模糊優(yōu)化設(shè)計。
2 抽芯工作臺縱梁模糊優(yōu)化設(shè)計
抽芯工作臺的主體為2根縱梁，材料選用熱軋工字鋼，材質(zhì)Q235一A，每根縱梁長為6．5 m，它們通過燕尾形導(dǎo)軌裝在抽芯框架上。雖然縱梁材料選用工字鋼，通過力學(xué)計算可求出幾何尺寸，但計算中所求取的應(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)計來解決這一問題。
2．1 設(shè)計變量及目標(biāo)函數(shù)
2．1．1 設(shè)計變量
縱梁的長度已經(jīng)確定，它與截面面積無關(guān)。工字鋼的截面面積一定，則單位質(zhì)量也就確定了。所以縱梁的獨立設(shè)計參數(shù)為梁的橫截面寬度b和梁橫截面高度h，故設(shè)計變量取為： 2．2 模糊約束條件
2．2．1 強度約束和剛度約束
由于2根縱梁對稱于縱向中心線，所以將它們看成一個梁，計算得到的應(yīng)力除以2即可。對整個梁的受力進(jìn)行分析可知，在抽芯的過程中，每一時刻梁的受力情況都是不一樣的，管束全部抽出且對稱于縱梁的中心時，縱梁與換熱器殼體脫離接觸時的應(yīng)力為******。通過求取支反力、繪彎矩圖可確定******彎矩和撓度的計算公式。
把模糊優(yōu)化問題等價轉(zhuǎn)化為******水平截集上的普通優(yōu)化問題處理，關(guān)鍵是求出與******水平截集對應(yīng)的******水平值a，a即為模糊約束的******隸屬度。按模糊綜合評判法，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見表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)計時選擇18號熱軋工字鋼，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)計的理論質(zhì)量減輕15．04 oA。
3 結(jié)語
縱梁是抽芯工作臺的重要組成部分。設(shè)計縱梁時應(yīng)當(dāng)充分考慮各設(shè)計參數(shù)離散性的影響，應(yīng)用模糊優(yōu)化設(shè)計對縱梁進(jìn)行優(yōu)化，從而可以使理論質(zhì)量大為減輕。在設(shè)計作業(yè)車的其它結(jié)構(gòu)時也可以采用此方法。抽芯工作臺的設(shè)計使作業(yè)車集起重、抽芯、行走3大功能于一體，實現(xiàn)了抽芯設(shè)備整機一體化，改變了依賴吊車配合作業(yè)的落后局面，對提高石化企業(yè)檢修自動化程度、檢修效率以及經(jīng)濟(jì)效益具有實際意義。 | 
