紧急制动及在不平路面行驶工况下的受力情况
法向反力为：
()g 1756.25N Mg b h L
ϕ+=
式中，g 为重力加速度，取9.8m/s 2。
878.125N 2
Z F =
切向反力为：1φ=702.5N 转弯工况
图3 急转向下的受力情况
法向反力为：
1975.8N 2a g M gh M g B
ϕ
+= 侧向反力为：Z 1φ=780.64N 凹凸不平路面工况
在耐久赛道上，赛车经常要通过圆木桩、下雨天的泥泞地、常见的炮弹坑等路况。赛道对巴哈越野车的障碍作用比较大，通常，在通过这些障碍时，整车的纵向受力也大，图4 紧急制动工况等效应力图
图5 急转向工况等效应力图
汽车越野赛图6越过不平路面工况等效应力图
3 立柱优化
利用ANSYS Shape Optimization对转向立柱进行轻量化，对上面所分析的等效应力图进行整合，对立柱可以扣除的部分进行优化[5]。
3.1 形状优化的步骤
首先，设定转向立柱材料为7075，然后进行网格划分。其次，把叉臂安装位置设定为固定约束，将3种
不同工况下的力进行合并。最后，将优化目标为减重40%，运行ANSYS软件拓扑优化后转向立柱的结构如图7所示。
从图7可以看出，褐位置中材料均有应力冗余，该部分是可以去除的。分析图7与3种工况下的应力分布图发现，除各零件安装位置外，其他位置均可进行部分减重。
图7拓扑优化后转向立柱结构
3.2 转向立柱轻量化结构设计
根据前面的分析结果，最终优化后的转向立柱结构如图8所示。该设计在各安装位置的连接臂上进行了适量圆形孔结构和矩形结构的减重，转向拉杆连接臂进行了大量镂空。
为了保证优化设计完成后的转向立柱能够满足比赛的强度要求，重新建立新立柱的有限元模型，并再次进行载荷分析计算，应力图如图9～图11所示。分析结果显示，优化后的转向立柱能够满足比赛要求，强度都会满足材料屈服强度455MPa。优化前后对比如表2所示。
图8最终确定的转向立柱结构
图9优化后紧急制动工况下应力云图
图10优化后急转向工况下应力云图
图11优化后越过不平路面工况下应力云图
（下转第34页）
3 预计效果和意义
3.1 降低燃料成本
系统打通燃煤从入厂到入炉所有环节，实现全程全自动闭环管理，实时掌控入厂、入炉、库存煤的量、质、价信息，实现价值管理智能化，通过配煤掺烧系统提高劣质煤的利用率，拓宽煤种燃用范围，提高锅炉效率，节省燃料成本。
3.2 减少人员
智能燃料系统覆盖燃料流程各个环节，替代了原有的人工操作，降低了人力成本，在保证原有工作质量执行的同时，煤质信息管理系统精简了采制样人员，数字化煤场管理系统减少了斗轮机作业人员和盘煤人员，安全燃料输送系统精简了运行人员和巡检人员，智能配煤掺烧系统精简了配煤人员。
3.3 提升效益
斗轮机稳定的取料流量缩短了设备运行时间，提升了取料效率，输煤系统、斗轮机和配煤掺烧系统的联动提升了上仓效率，各个环节的数字化应用帮助运行人员提升操作效率，帮助巡检人员提升巡检效率，通过堆、配、取、烧的协同优化，填补人工操作环节的管理漏洞，保障数据真实性，管理各过程实现规范化和程序化，帮助管理人员提升管理效益。
3.4 节约维护成本
科学的斗轮机取料方式减少了取料过程中人工操作的闷斗等现象，巡检系统能及时发现设备或环境异常，对设备能起到保护作用，减少因人员误操作导致的设备损坏事故，提升设备使用寿命，节约设备维护成本。
3.5 提高安全性
通过多样检测手段和报警系统的结合，减少煤场自燃、输煤廊道着火、皮带跑偏、设备故障等等事故的发生，同时通过改善作业环境和使用安全防护技术，提升在厂内燃料相关区域作业人员的作业安全性，通过约束掺配条件，在多变煤种的情况下，有效保障电厂安全用煤，提升安全性。4 结语
无论是从系统架构还是技术手段出发，火电厂燃料的智能化建设的发展方向将会是以降本增效为导向，遍及所有流程和业务。相关关键技术的不断改进和完善，将推动智能燃料系统更高层面和更加成熟的应
用，助力实现燃料在电厂更为精细化和智能化的管控。本文也希望能为国内火电厂燃料智能化建设提供思路。
参考文献
[1]国家发展改革委，国家能源局．电力发展“十三五”规划（2016—
2020年）[Z].2016-11-07.
[2]刘吉臻，王庆华，房方，等.数据驱动下的智能发电系统应用
架构及关键技术[J].中国电机工程学报，2019（12）：3578-3586.
[3]夏季.火电机组配煤掺烧全过程优化技术研究与应用[D].武汉：
华中科技大学，2013.
[4]国家能源局.DL/T 1445—2015 电站煤粉锅炉燃煤掺烧技术导
则[S].北京：中国电力出版社，2015.
[5]应波涛，高飞，臧剑南.火电厂燃料智能管理系统设计方案研
究[J].发电设备，2018（6）：454-457.
[6]成刚，陆茂荣，何亮.火电企业燃料智能化管理系统的研究与
应用[J].煤质技术，2015（2）：42-45.
[7]桑士杰，董泽.基于数据挖掘的电厂燃煤采购决策方法与系统
实现[J].电力科学与工程，2012（10）：68-73.
[8]杨新荣.燃料智能化管理系统建设及其成效初探[J].煤质技术，
2019（1）：40-42.
（上接第28页）
表2优化前后对比
参数优化前优化后差值紧急制动工况下的最大应力/MPa21.75932.03810.279
越过不平路面工况下的最大应力/MPa31.47142.34710.876急转向工况下的最大应力/MPa20.92238.22017.298转向节质量/kg0.8590.72515.590
4 结语
在了解巴哈大赛转向立柱基本强度要求后，本研究利用Solid Works建模导入ANSYS分析软件，通过分析获得了制动、转弯、在凹凸不平路面行驶这3种比赛常遇工况下的应力云图，分析得出其最大应力均出现在下叉臂安装位置，且都不大于材料的许用应力，因此可以认为该转向立柱满足比赛强度的要求。因为各安装位置的连接臂等位置都存在一些不必要设计，笔者结合ANSYS Shape Optimization对转向立柱进行了拓扑优化设计，对优化后的转向立柱重新进行应力分析，结果显示，该转向立柱满足轻量化和各种比赛赛况的要求。
参考文献
[1]中国汽车工程学会.中国汽车工程学会巴哈大赛规[Z].2018.
[2]崔盈利，贾军涛，霍志毅，等.基于ANSYS Workbench的巴哈
赛车转向节静力学分析[J].邢台职业技术学院学报，2019（7）：54-55.
[3]王新建，张蕊，耿杰，等.巴哈赛车转向节结构优化设计[J].
天津职业技术师范大学学报，2018（3）：47-51.
[4]张宝玉.基于有限元的FSC赛车转向节的结构分析[J].汽车零
部件，2014（9）：23-25.
[5]刘笑天.ANSYS Workbench结构工程高级应用[M].北京：中国
水利水电出版社，2015.
发布评论