Com o desenvolvimento contínuo da indústria mecânica, os requisitos de desempenho dos mecanismos principais e secundários das locomotivas são cada vez mais altos. Por ser um componente chave no mecanismo principal e secundário de locomotivas, o projeto otimizado do forjamento da ligação principal e secundário é de grande importância para melhorar o desempenho de todo o mecanismo. Este trabalho aborda o método de projeto otimizado de forjamentos de ligações secundárias principais em locomotivas secundárias principais.
O design otimizado é uma abordagem moderna de design baseada em modelos matemáticos e técnicas computacionais para encontrar soluções ótimas que atendam aos requisitos do projeto. Através de um design otimizado, parâmetros como tamanho, forma e material ótimos para o forjamento de bielas primárias e secundárias podem ser encontrados, melhorando suas propriedades e reduzindo os custos de fabricação.
Metodologia de design otimizada
Construir um modelo matemático: em primeiro lugar, é necessário construir um modelo matemático do forjamento da ligação primária e secundária, incluindo modelos geométricos, modelos físicos e modelos de controle, etc. O modelo matemático deve ser capaz de descrever com precisão o estado de funcionamento e os índices de desempenho das ligações, fornecendo uma base para algoritmos de otimização subsequentes.
Escolha de algoritmos de otimização: os algoritmos de otimização são fundamentais para implementar um projeto de otimização. Algoritmos de otimização comumente usados incluem algoritmos genéticos, enxame de partículas e algoritmos de recozimento simulado. O algoritmo de otimização adequado deve ser selecionado de acordo com as condições específicas e os requisitos de projeto do forjamento da haste secundária principal.
Projeto paramétrico: os parâmetros de projeto do forjamento da biela principal e secundária são representados parametricamente para que possam ser modificados e ajustados durante o processo de otimização. O design paramétrico aumenta a eficiência e a precisão dos algoritmos de otimização.
Tratamento de restrições: no projeto otimizado, várias restrições, tais como restrições dimensionais, restrições de desempenho, restrições do processo de fabricação, etc., devem ser consideradas. Tratamento racional das restrições para garantir a viabilidade e eficácia da otimização.
Otimização iterativa: os parâmetros de projeto são continuamente ajustados de forma iterativa para encontrar a solução ideal. Em cada iteração, um novo projeto é calculado de acordo com o algoritmo de otimização e seus indicadores de desempenho são avaliados até que um resultado satisfatório de otimização seja alcançado.
Otimização multiobjetivo: otimização multiobjetivo para vários indicadores de desempenho, procurando soluções de design balanceadas que atendam a vários requisitos de desempenho. A otimização multiobjetivo pode resolver problemas conflitantes presentes na otimização com um único objetivo, melhorando o desempenho geral do projeto.
Análise de simulação: usando técnicas de simulação para verificar e analisar a solução de projeto otimizada. A viabilidade e os méritos do projeto podem ser avaliados através da simulação, fornecendo uma base para uma maior otimização.
Avaliação dos resultados e seleção da proposta: de acordo com os resultados de otimização, as diferentes opções de design são avaliadas e comparadas. A solução de design ideal é selecionada considerando o desempenho, o custo de fabricação, a viabilidade e outros fatores.
O forjamento da biela principal e secundária no mecanismo principal e secundário de um tipo de locomotiva é usado como um exemplo para explorar o projeto otimizado. Parâmetros como tamanho, forma e material da biela são otimizados através do desenvolvimento de um modelo matemático e da escolha de um algoritmo de otimização adequado. No processo de otimização, foram considerados indicadores de desempenho como resistência, rigidez e vida à fadiga do elo, além de restrições de custo de fabricação e viabilidade do processo. Após várias iterações e análises de simulação, foi obtido o projeto ideal que atendeu aos requisitos de projeto. Esta proposta apresenta resultados significativos no aumento do desempenho e confiabilidade dos mecanismos principais e secundários das locomotivas, além de reduzir os custos de fabricação e o consumo de energia.
Em conclusão, o projeto otimizado do forjamento da ligação principal e secundária é um meio importante para melhorar o desempenho do mecanismo principal e secundário da locomotiva. O projeto otimizado de um forjamento de ligação primária e secundária pode ser alcançado através da construção de um modelo matemático, seleção de algoritmos de otimização, projeto paramétrico, tratamento de restrições, otimização iterativa, otimização multiobjetivo, análise de simulação e avaliação de resultados e seleção de esquemas. Na aplicação prática, os métodos e processos de otimização adequados devem ser selecionados de acordo com a situação específica, a fim de obter os melhores resultados de projeto.
