设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１７年第１２期
基于响应曲面分析的垃圾气力输送系统检修口
多目标尺寸优化
李征１，２，李佳１，杨伟２，梁静波２
（１天津大学机械工程学院，天津３０００７２；２天津生态城环保有限公司，天津３００４６７）
摘要：基于响应曲面分析对垃圾气力输送系统检修口尺寸进行了优化，经过优化，现有检修口质量减少了３２．２％。优化过程表明，以响应曲面分析为基础的多目标优化得到的结果与实际值有偏差，需要进行验算，必须在多目标优化结果的基础上，综合考虑响应曲面分析得到的优化尺寸和优化目标之间的关系才能得到最终的优化尺寸；最后利用拓扑优化方法对尺寸优化结果进行了验证，结果表明尺寸优化的结果已达到最优。
关键词：垃圾气力输送；检修口；响应曲面分析；多目标优化；拓扑优化
中图分类号：ＴＨ１６２ 文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１—３１３３（２０１７）１２—０１４６—０５
ＤＯＩ：１０．１６７３１／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１－３１３３．２０１７．１２．０２６
Ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｃｃｅｓｓｐｏｒｔｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｒｅｆｕｓｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ
ＬｉＺｈｅｎｇ１，２，ＬｉＪｉａ１，ＹａｎｇＷｅｉ２，ＬｉａｎｇＪｉｎｇｂｏ２
（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；
２ＴｉａｎｊｉｎＥｃｏ－ｃｉｔｙＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４６７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆａｃｃｅｓｓｐｏｒｔｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｒｅｆｕｓｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｏｆａｃｃｅｓｓｐｏｒｔｄｅｄｕｃｅｄｂｙ３２．２％．Ａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓｄｅｖｉａｔｉｏｎｂｅ－ｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｃｔｕａｌｏｎｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｃｈｅｃｋｅｄｗｉｔｈｏｎｅｓｆｒｏｍｕｓｕａｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｔｏｇｅｔｔｈｅｆｉｎａｌｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｈｅｃｋｅｄｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｈａｄｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｒｅｓｕｌｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｎｅｕｍａｔｉｃｒｅｆｕｓｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；ａｃｃｅｓｓｐｏｒｔ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；
０ 引言
垃圾气力输送是近年来国内兴起的一种清洁高效的垃圾收集技术［１－２］，该技术源于瑞典，通过风机造成负压，在管道中形成高速气流进行垃圾输运，目前在国内多应用于医院。管道堵塞是垃圾气力输送过程中经常出现的问题，为解决此问题，垃圾气力输送系统在关键管件（弯头、三通）的前、后均设置检修口，可通过放入管道机器人进行堵塞位置的定位和管道疏通工作。一个大型的垃圾气力输送系统通常有上百个检修口，现有检修口重量大且安装操作不便，需要进行优化处理。本文基于响应曲面分析对现有检修口多个尺寸进行了优化，最终检修口质量减少了３２．２％，并利用拓扑优化方法对优化后的结果进行了验证，使优化后的检修口没有可去除材料，尺寸优化结果达到最优。
１ 现有检修口工况介绍及受力分析
检修口位于检修井内，空间狭小，仅供１～２人进行作业，且现有检修口重量较大，造成安装、更换作业不便。图１所示为检修口示意图，现有检修口的质量为５７．８６ｋｇ，主要由四部分组成：盖板、密封垫、法兰和侧边框，检修口各部分参数如表１所示。为减轻检修口质量，需要对检修口各部分尺寸进行优化。检修口各部分长度和宽度尺寸受限于管道机器人，无法减小，因此，检修口优化的对象为各组件的厚度，优化目标为
６４１
万方数据