混凝土泵车结构优化后会有哪些优势

混凝土泵车在工作时，两个液压缸交替循环动作，从而不断地将混凝土压送至浇注位置。由于两个液压缸交替动作，这样混凝土泵车承受了一个具有一定周期的冲击激扰作用。

混凝土泵车处在工作状态时，臂架伸出，液压缸锁死，整个臂架系统是一个悬臂梁结构。在实际工程中，发现在油缸的冲击作用下，臂架的振动较大，影响到浇注工作。本文使用大型通用结构有限元分析软件MSC/NASTRAN，针对结构的一阶固有频率等性能参数进行优化设计与分析，为进一步改进产品质量提供参考。

2结构优化模型的建立

混凝土泵车有限元模型共有单元9099个，结构有限元模型如图1所示。

对泵车模型进行模态分析，得到泵车的一阶固有频率为0.38074Hz，振型为上下摆动。

由现场实测可知，油缸的作用频率主要在0.38Hz附近，初建立该泵车结构优化模型来提高其一阶频率，从优化计算结果来看，在质量基本保持不变或有所下降的情况下，提高模型的一阶频率比较困难，即使有所提高，也会对泵车的生产效率有影响。当模型的一阶频率有较高提高时，结构质量却有较大增加，增加了成本。由于泵车的油缸作用频率主要在0.38Hz左右，这时可以考虑减小泵车的一阶频率，既避开油缸冲击载荷的频率，又可使结构质量有所下降，为此建立降低一阶频率的优化模型来进行优化计算。由于NASTRAN软件不能将一阶频率作为优化目标函数，故在模型中将一阶频率低的优化目标转设为性能约束，以结构总质量小为目标函数进行优化。

2.1灵敏度分析

在有限元模态优化分析中，灵敏度分析方法是有效的方法之一。灵敏度分析是在泰勒展开式的基础上用以确定模态参数对质量、阻尼或刚度的变化率的一种方法。灵敏度分析对于确定在哪个部位进行某种形式的结构修改为有效是很有用的。灵敏度分析还能初步估计为实现所期望的动态特性之改变而需要的修正量。

由于泵车的底座和支腿部分刚度已经很大，进一步挖掘的潜力比较有限，在此将组成泵车臂架系统的各构件的板厚和各个杆件的截面半径选为设计变量。通过优化各构件的板厚和杆件的截面半径从而改变各构件的刚度来实现优化目标的收敛。

根据有限元模型初步选出35个结构设计参数，设计参数由于比较多，优化效率不高。为了提高优化效率，利用灵敏度分析来确定对优化目标和状态变量的影响度较大的设计参数。分别计算出目标函数和状态变量对每个设计变量的灵敏度SM和SF。SF/SM表示一阶频率对设计变量的灵敏度与质量对设计变量的灵敏度的比值。当该比值的对值较小时，说明该设计变量对质量的灵敏度远大于对模态频率的灵敏度。选择SF/SM对值较高的参数作为优化模型的设计变量。

2.2优化模型的建立

2.2.1目标函数

将混凝土泵车结构总质量小作为目标函数，即minf(x1，x2，…xn)，其约束条件包括性能约束和边界约束。

2.2.2设计变量

经过对所有设计变量的灵敏度分析后，比较各个设计变量的SF/SM大小，选择SF/SM对值较高的十个参数作为优化模型的设计变量，分别用x1、x2、…x10来表示。

在选择设计变量时，还得考虑实际工程上的要求。当设计变量数目较少时，往往设计变量的约束范围就比较大，就要求对设计参数进行较大的改变，有时就会影响到机器的安全性和其它性能。这时，要达到改善结构动态性能的目的，只有增加设计变量的数目，减小其约束范围。另外，所选择的设计变量应该在工程上易于改变，在本论文中，支撑油缸的截面半径对整个结构的动态性能有一定影响，可要改变油缸活塞杆的半径，在工艺上操作起来比较困难，在选择设计变量时就尽量不考虑。还有水泥输送管道的内外半径及管内的水泥半径对整个结构的动态性能影响非常大，如果完全不考虑，难以较为明显地改善结构特性，如果考虑，随着管道内外径的变化，泵车的生产率也会发生改变，这就需要综合考虑两者间的关系来决定。因此选择设计变量时需要全面综合考虑，不苤淮邮Ｐ统龇ⅰ?lt;BR>2.2.3性能约束

对一阶频率约束，由泵车结构有限元模型模态分析可知，其结构的一阶频率为0.38076Hz，频率束为：1-(ω1/[ω1]）≥0，其中[ω1]=0.3Hz。

2.2.4尺寸约束

把设计变量的边界约束范围定为30%。

3优化结果分析

混凝土泵车的一阶频率以及目标函数的优化结果如图2所示。

经过六次迭代以后，一阶频率收敛到0.32493Hz，一阶频率减少了约14.66%。结构质量达到11144.052kg，减少了568.37kg。

对优化后的模型进行静强度分析，底座部分的应力有所下降；臂架系统中，臂架一的臂身上的应力分布由4.51MPa～267MPa变化为4.51MPa～330MPa；臂架二的臂身上的应力分布4.08MPa～237Mpa化为41.2MPa～337MPa；臂架三、臂架四等部分应力变化很小，各个连杆的应力变化也很小。

混凝土机械设备相关问答

问：120站皮带机多长合适？

答：HZS120型混凝土搅拌站所用的水平输送带，总长度约为50米左右。

问：JZC500搅拌机的电气系统介绍

答：JZC500设有与整机分离的电气控制箱，可实现远距离操作。操作按钮和时间继电器均安装在箱门上，并设有防护罩。

问：JS750混凝土搅拌机有进口的么？想要质量好的

答：JS750混凝土搅拌机属于小型强制双卧轴混凝土搅拌机，一般多为国内生产，进口企业基本不生产。

问：JS1000混凝土搅拌机的进料容量是多少？多少立方？

答：根据行业标准规定JS1000混凝土搅拌机的进料容量为1600L,也就是通常说的1.6立方.

问：小型混凝土搅拌站要配几个水泥罐？农村用

答：小型混凝土搅拌站，多配备两个水泥灌，一个储存水泥，一个用来储存粉煤灰。

问：HZS120型混凝土搅拌站的主机采用的是什么结构与构造？

答：有些厂家采用的是强制双卧轴JS2000型混凝土搅拌机，很多实力派公司，采用的是最为先进的行星式结构的MAO2000主机。

问：交流接触器线圈停电后仍然吸合是什么原因产生的?怎样排除呢?

答：1)接触器质量太差;(2)接触器铁芯表面有油污。

用酒精擦两块铁芯的表面油污。

问：JS1000混凝土搅拌机哪个品牌好？哪些厂家比较有实力？

答：国内生产JS1000混凝土搅拌机的厂家比较多，专业有实力的厂家，比如郑州二八集团，郑州昌利、昌利建机、郑州革新、山东方圆集团等。

问：HZS60型混凝土搅拌站是哪种提升方式的？

答：根据混凝土搅拌设备行业的标准，HZS60型混凝土搅拌站均采用水平输送带的骨料输送方式，随着形势的发展，也有很多客户采用斗式皮带输送骨料的。

问：混凝土搅拌站的使用寿命是多少？一般能用多久？

答：这个问题，不可一概而论，这和设备本身质量的问题，设备操作人员的正确使用，维修人员的日常维护息息相关。