一種滾筒優(yōu)化靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種滾筒優(yōu)化靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，用于帶式輸送機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)改進(jìn) 設(shè)計(jì)和分析方法，涉及相似理論，模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶式輸送機(jī)作為現(xiàn)代散裝物料的主要輸送機(jī)械設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于礦山冶金、港 口碼頭、輕工業(yè)、電力建材、化工業(yè)及糧食運(yùn)輸?shù)戎T多的行業(yè)領(lǐng)域。隨著工作距離、物料負(fù) 荷、運(yùn)輸效率等多元化功能要求的增多，帶式輸送機(jī)朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大帶寬、大型化方 向發(fā)展。滾筒作為帶式輸送機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵部件，設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重影響帶式輸送機(jī)的正常工 作，改進(jìn)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方法對(duì)于提高運(yùn)輸效率、運(yùn)輸能力、使用質(zhì)量和降低成本具有 重要的實(shí)際意義。
[0003] 滾筒的常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是許用應(yīng)力法、類比法和經(jīng)驗(yàn)公式法，無(wú)法深入分析 滾筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相互影響規(guī)律，使用安全性和承載可靠性無(wú)法得到有效保證。一旦出現(xiàn)超 出現(xiàn)有設(shè)計(jì)資料的特殊問題時(shí)，通常采用的是增大結(jié)構(gòu)尺寸以提高安全系數(shù)的方法，相應(yīng) 的會(huì)增加成本。
[0004] 有限元分析方法是評(píng)估分析產(chǎn)品性能與質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一種簡(jiǎn)便、有效的手段，有限 元法能夠?qū)L筒的各關(guān)鍵部位進(jìn)行詳細(xì)地應(yīng)力應(yīng)變分析，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的可靠性，實(shí) 現(xiàn)滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，為了模擬分析的需求，有限元靜力學(xué)分析時(shí)簡(jiǎn)化忽略 了一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和約束條件，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行情況存在一定偏差，且結(jié)構(gòu)參數(shù)的 優(yōu)化程度有限。
[0005] 實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的基本方法之一，結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)是結(jié)構(gòu)分析的重要手段。利用滾 筒模型實(shí)驗(yàn)方法，能解決實(shí)驗(yàn)條件限制等問題。同時(shí)，對(duì)模型滾筒結(jié)構(gòu)作靜力實(shí)驗(yàn)?zāi)苣M實(shí) 際工況時(shí)的承載情況，獲取關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，改進(jìn)滾筒設(shè)計(jì)手段，深度優(yōu)化滾筒結(jié) 構(gòu)參數(shù)，提高滾筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，降低投入成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種滾筒優(yōu)化靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方 法，解決了現(xiàn)有設(shè)計(jì)優(yōu)化方法對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化程度有限或缺乏滾筒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐的問題。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：首先提取出滾筒原始結(jié)構(gòu)參數(shù)與力參數(shù)，根 據(jù)相似理論計(jì)算出模型滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)與力參數(shù)，然后進(jìn)行相似模型制作和分類，最后對(duì) 模型滾筒進(jìn)行靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取的數(shù)據(jù)建立滾筒參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，利 用數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)滾筒結(jié)構(gòu)，達(dá)到深度優(yōu)化滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的。
[0008] 根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種滾筒優(yōu)化靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，其特征在于操作步驟如下： 1)提取滾筒原型結(jié)構(gòu)與力參數(shù)：對(duì)滾筒原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取滾筒原型的結(jié)構(gòu)參數(shù) 與力參數(shù)； 2) 相似理論計(jì)算：將獲得的滾筒原型結(jié)構(gòu)參數(shù)和力參數(shù)，利用相似理論進(jìn)行相似化處 理以獲得模型滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)與力參數(shù)； 3) 相似模型制作：利用模型滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)制造模型滾筒，合理布置應(yīng)變片位 置； 4) 相似模型分類：對(duì)于加工完成的模型滾筒，按照帶寬、荷載類型進(jìn)行分類； 5) 機(jī)械靜力加載：根據(jù)不同工況的模型力以靜力方式加載至模型滾筒，對(duì)不同類型的 模型滾筒沿軸向方向施加均勻的線力； 6) 應(yīng)變片數(shù)據(jù)信息采集與處理：通過(guò)采集不同位置應(yīng)變片的微量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理， 利用數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳輸至終端設(shè)備，對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得各關(guān)鍵部位的應(yīng) 力應(yīng)變情況； 7) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)單參變化規(guī)則對(duì)一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，分析比較實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，獲取各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值； 8) 制作結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)：根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用相似理論獲取不同類型滾筒 原型的結(jié)構(gòu)參數(shù)，制作結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)； 9) 設(shè)計(jì)深度優(yōu)化的滾筒結(jié)構(gòu)：利用結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)新的滾筒結(jié)構(gòu)，達(dá) 到結(jié)構(gòu)參數(shù)深度優(yōu)化的目標(biāo)。
[0009] 所述步驟2)中相似理論計(jì)算，所采用的計(jì)算方法如下：列出相似模型設(shè)計(jì)所需的 單值條件；確定基本物理量種類和基本量綱個(gè)數(shù)；確定基礎(chǔ)物理量和函數(shù)物理量，建立相 似準(zhǔn)則；由相似常數(shù)Cx所組成的相似指數(shù)C=1設(shè)計(jì)滾筒相似模型，其中（^表示模型與原型 對(duì)應(yīng)物理量比值；求各物理量的相似常數(shù)Cx。
[0010] 所述步驟3)中相似模型制作，所采用如下：在模型滾筒制作時(shí)沿 筒殼內(nèi)外圓周表面和輻板內(nèi)外側(cè)端面進(jìn)行應(yīng)變片布置，具體布置方式按如下步驟進(jìn)行： (1)沿筒殼內(nèi)外圓周表面布置應(yīng)變片時(shí)以30°間隔均布，沿筒殼軸向方向從筒殼中部位置 以設(shè)定距離向外側(cè)均布，參考基距為50mm 沿輻板內(nèi)外側(cè)端面布置應(yīng)變片時(shí)以30°間隔 均布，沿滾筒徑向方向從滾筒軸極心位置以設(shè)定距離向外呈輻射狀均布，參考基距為30mm。
[0011] 所述步驟4)中相似模型分類，所采用的分類方法如下：根據(jù)帶寬對(duì)模型滾筒進(jìn)行 一系列歸類，對(duì)不同系列模型滾筒進(jìn)行標(biāo)號(hào)，其中L表示滾筒，下標(biāo)m和下標(biāo)n分別表示 滾筒不同系列帶寬和每一系列帶寬的模型滾筒，m=1，…，m，n=l，…，n。對(duì)于某系列帶寬m 確定的模型滾筒L^n的確定按照兩大類進(jìn)行分類，具體分類方法如下進(jìn)行：根據(jù)模型滾筒 承受荷載類型分為驅(qū)動(dòng)模型滾筒和改向模型滾筒，驅(qū)動(dòng)模型滾筒的下標(biāo)n=l，…，ni，改向模 型滾筒的下標(biāo)n=叫，…，n。
[0012] 所述步驟5)中機(jī)械靜力加載，所采用的加載方法如下：根據(jù)模型滾筒荷載類型分 類方法，對(duì)驅(qū)動(dòng)模型滾筒和改向模型滾筒分別進(jìn)行靜力加載，具體加載方法如下進(jìn)行：對(duì)驅(qū) 動(dòng)模型滾筒進(jìn)行加載時(shí)，沿滾筒筒殼軸向方向進(jìn)行線力加載，沿周向方向加載模型力符合 以下公式其中F#PFS*別表示驅(qū)動(dòng)模型滾筒緊邊張緊力和松邊張緊力，y和 a分別表示摩擦系數(shù)和圍包角大小。對(duì)改向模型滾筒進(jìn)行加載時(shí)，滾筒表面所承受載荷均 勾分布。將滾筒軸兩端軸肩部位作為約束對(duì)象。
[0013] 所述步驟6)中應(yīng)變片數(shù)據(jù)信息采集與處理，所采用的采集與處理方法如下：將每 一系列型號(hào)模型滾筒采集到的應(yīng)變片的電阻值，傳輸?shù)浇K端設(shè)備進(jìn)行應(yīng)變值的換算，各測(cè) 試點(diǎn)的應(yīng)力按如下公式計(jì)算：〇=Ee，其中〇和e分別表示應(yīng)力與應(yīng)變，E表示楊氏模量。 對(duì)各測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，獲得模型滾筒關(guān)鍵部位的承載數(shù)據(jù)。
[0014] 所述步驟7)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，所采用的分析方法如下：基于模型滾筒單參改變， 將單結(jié)構(gòu)參量改變的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類，對(duì)關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)行分析，求 得各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值。
[0015] 所述步驟8)中制作結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，所采用如下：按照帶寬和 載荷形式對(duì)滾筒原型的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化約束條件對(duì)各關(guān)鍵部 件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量?jī)?yōu)化，利用深度優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)制作數(shù)據(jù)庫(kù)。滾筒原型的應(yīng)力應(yīng) 變數(shù)據(jù)按照如下理論進(jìn)行計(jì)算：滾筒原型與滾筒模型關(guān)鍵部位應(yīng)力應(yīng)變符合相似準(zhǔn)則要 求。
[0016] 所述步驟9)中設(shè)計(jì)深度優(yōu)化的滾筒結(jié)構(gòu)，所采用的設(shè)計(jì)方法如下：利用模型滾筒 實(shí)驗(yàn)獲得的各關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值制作數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)滾筒結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證強(qiáng)度和剛度較小的前提下達(dá)到滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)深度優(yōu)化的目的。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：本發(fā) 明通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法獲取滾筒結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠建立滾筒結(jié)構(gòu)參 數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)滾筒結(jié)構(gòu)，達(dá)到深度優(yōu)化滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明方法的主程序框圖。
[0019] 圖2為相似理論計(jì)算的流程圖。
[0020] 圖3為應(yīng)變片數(shù)據(jù)信息采集與處理的步驟圖。
[0021 ] 圖4為應(yīng)變片布置方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí) 施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例。
[0023] 實(shí)施例一： 參見圖1~圖4,本滾筒優(yōu)化靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，其操作步驟如下： 1) 提取滾筒原型結(jié)構(gòu)與力參數(shù)：對(duì)滾筒原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取滾筒原型的結(jié)構(gòu)參數(shù) 與力參數(shù)； 2) 相似理論計(jì)算：將獲得的滾筒原型結(jié)構(gòu)參數(shù)和力參數(shù)，利用相似理論進(jìn)行相似化處 理以獲得模型滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)與力參數(shù)； 3) 相似模型制作：利用模型滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)制造模型滾筒，合理布置應(yīng)變片位 置； 4) 相似模型分類：對(duì)于加工完成的模型滾筒，按照帶寬、荷載類型進(jìn)行分類； 5) 機(jī)械靜力加載：根據(jù)不同工況的模型力以靜力方式加載至模型滾筒，對(duì)不同類型的 模型滾筒沿軸向方向施加均勻的線力； 6) 應(yīng)變片數(shù)據(jù)信息采集與處理：通過(guò)采集不同位置應(yīng)變片的微量數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理， 利用數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳輸至終端設(shè)備，對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，獲得各關(guān)鍵部位的應(yīng) 力應(yīng)變情況； 7)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)單參變化規(guī)則對(duì)一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，分析比較實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，獲取各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值； 8) 制作結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)：根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用相似理論獲取不同類型滾筒 原型的結(jié)構(gòu)參數(shù)，制作結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)； 9)設(shè)計(jì)深度優(yōu)化的滾筒結(jié)構(gòu)：利用結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)新的滾筒結(jié)構(gòu)，達(dá) 到結(jié)構(gòu)參數(shù)深度優(yōu)化的目標(biāo)。
[0024] 實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下： 所述步驟2)中相似理論計(jì)算，所采用的計(jì)算方法如下：列出相似模型設(shè)計(jì)所需的單值 條件；確定基本物理量種類和基本量綱個(gè)數(shù)；確定基礎(chǔ)物理量和函數(shù)物理量，建立相似準(zhǔn) 則；由相似常數(shù)Cx所組成的相似指數(shù)C=1設(shè)計(jì)滾筒相似模型，其中Cx表示