凌 波1，韩子渊2，王 玺3
(1.宁夏天地奔牛银起设备有限公司，宁夏 银川 750000；2.中国能源建设集团 山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001；3.大连华锐重工集团股份有限公司，辽宁 大连 116013)
摘要：针对桥式起重机主梁截面尺寸优化困难的问题，开发了基于C#平台的桥式起重机主梁优化软件。首先，通过输入桥式起重机基本参数，利用经验公式，获得一组主梁截面数据;然后引入粒子群优化算法对主梁数据进行优化，得出优化结果，并且在C#开发平台上程序化整个优化过程，实现了桥式起重机主梁的快速优化；最后，通过对一台实际使用的桥式起重机主梁进行运用，验证了方法和软件的可行性及实用性。
关键词：桥式起重机主梁；C#；粒子群优化方法；软件开发
0 引言桥式起重机是工业厂房不可或缺的装备，主要负责在厂房内搬运物品，桥式起重机的自重及其载荷是工业厂房承受的主要载荷之一，对于它的轻量化设计不仅可以节约起重机制造成本，而且也可以提高厂房的节能效果。在桥式起重机自重中，结构自重占总重量的60%～80%，因此结构的优化设计是桥式起重机轻量化的主要内容。文献[1]针对传统优化方法效率低下和容易陷入局部优化结果的问题，将微粒群算法引入到起重机主梁优化中，得到了满意的优化结果。文献[2]对微粒群算法进行了改进，并且把改进后的微粒群算法用于起重机主梁截面的优化。文献[3]利用MATLAB为参数输入界面平台，通过软件接口把数据传递给Ansys有限元软件，对桥式起重机主梁进行优化设计，实现了起重机主梁优化的软件化，加快了优化速度。文献[4]以桥式起重机主梁为研究对象，借用Ansys Workbench Design Exploration优化模块对桥式起重机主梁进行了优化设计和分析。本文在C#编程软件平台上，运用粒子群优化方法对桥式起重机主梁进行优化，实现了优化方法的参数化和软件化。
1 粒子群优化方法粒子群优化方法主要是通过对鸟群觅食过程的研究而得出的一种优化算法，相对于其他优化方法，具有优化效率高，不易陷入局部最优等优点[5]。
设搜索空间为D，有m个粒子，第i个粒子的位置Xi和飞行速度vi分别用n维向量表示，即：Xi=(xi,1，xi,2，…,xi,n)，vi=(vi,1,vi,2,…,vi,n)。粒子i的历史最优位置为Pi(t)(i=1,2,…,m),在搜索空间中，粒子i的当前位置更新方程为：
.
(1)
其中：f(xi)为目标函数最小值。
在搜索过程中，粒子i在第j维空间域的t代进化数的全局最优解可以通过以下方程获得：
vi,j(t+1)=wvi,j(t)+c1r1j(t)[pij(t)-xi,j(t)]+
c2r2j(t)[pgj(t)-xi,j(t)].
(2)
xi,j(t+1)=vi,j(t+1)+xi,j(t).
(3)
其中：vi,j(t)为第t代进化时，粒子i在第j维空间域的进入速度；w为速度vi,j(t)的惯性权重；c1、c2为调整粒子飞行步长的学习因子，取值为0～2；r1j(t)、r2j(t)为服从均匀分析的独立数；xi,j(t)为第t代进化时，粒子i在第j维空间域的位置；pij为粒子i在第j维空间域的最优位置；pgj为粒子g在第j维空间域的最优位置。
同时，为了降低离开空间概率，粒子速度必须满足如下要求：
|vi,j(t+1)|≤vmax.
(4)
粒子群优化算法流程如图1所示。
2 桥式起重机主梁优化桥式起重机主梁优化主要是针对主梁自重进行优化，即选择合适的截面尺寸。大多数桥式起重机主梁采用箱型结构，它由两块腹板和两块盖板焊接组合而成，如图2所示。在进行桥式起重机主梁优化时，以主梁截面尺寸为变量建立以桥式起重机主梁质量最轻为目标的目标函数：
minM(H,B,X0,X1,X2,X3,X4,X5).
(5)
约束条件是优化变量的取值区间，限制着目标函数的搜索范围。桥式起重机主梁优化的约束条件主要有两种：①显式约束，即对尺寸自身的约束，例如厂房的高度限制、钢板厚度的限制；②隐式约束，它主要是主梁结构需要满足的性能约束，例如主梁的强度、刚度、稳定性条件等。这两类约束可以表示成如下形式：
XLi≤Xi≤XUi.
(6)
gM(Xi)≤0 i=1,2,…,m;M=1,2,…,n.
(7)
其中:XLi、XUi分别为第i个设计变量的下界和上界；m为设计变量个数；n为隐式约束方程个数；gM(Xi)为隐式约束条件。
3 基于C#平台的桥式起重机主梁优化程序开发C#是在C/C++基础上衍生而来，它是一种面向对象的且运行在.NET框架上工作的设计语言。相对于C/C++，C#封装了指针等难题，使得平台具有了更加简洁、灵活等优点，因此它在工程上得到了广泛使用。
在C#编程平台上，结合微粒群算法，编制桥式起重机主梁优化软件，其开发流程如图3所示。
图1 粒子群优化算法流程
图2 箱型主梁截面
图3 软件开发流程
4 算例某厂房已经安装一台双梁桥式起重机，其基本参数如表1所示[6-7]。根据生产需求，还需采购一台相同参数的桥式起重机。
表1 双梁桥式起重机主要性能参数
起重量t跨度m起升高度m工作级别小车自重t小车轨距m小车轴距m起升速度m/min100/2025．530E6425．82．925．7/9．4
基于实际需求，在已有的基本参数基础上，利用编制的软件优化出满足要求的新主梁截面数据。软件优化计算过程如图4、图5所示，软件优化后的数据如表2所示。
图4 基本参数输入界面
5 结论本文在C#软件开发平台上引入粒子群优化方法，开发了桥式起重机主梁优化软件。运用编制的优化软件对某型桥机主梁进行优化,并把优化后的结果运用于实际生产，验证了优化软件的可行性和实用性。
图5 优化尺寸选择
表2 主梁截面优化前、后数据
参数上盖板宽度m下盖板宽度m上盖板厚度mm下盖板厚度mm腹板高度m腹板间距m左腹板厚度mm右腹板厚度mm优化前0．80．8201820．7288优化后0．70．7181620．786
参考文献：
[1] 林功成.基于微粒群算法的起重机主梁优化设计[J].机电技术,2010(2):138-140.
[2] 陶元芳,石小飞.基于改进微粒群算法的起重机主梁优化设计[J].中国工程机械学报,2012(1):50-53.
[3] 房书继,马腾,丁健华.双小车桥式起重机主梁优化软件开发[J].科技创新与生产力,2015(2):118-120.
[4] 宋元岭,卫良保,侯明凯.基于Ansys Workbench的桥式起重机主梁优化设计[J].起重运输机械,2015(9):32-35.
[5] 徐格宁,惠忠文.基于组合策略的桥式起重机结构优化设计方法[J].太原科技大学学报,2009(1):54-58.
[6] 徐格宁.机械装备金属结构设计[M].北京：机械工业出版社,2008.
[7] 李宏娟,陶元芳.通用桥式起重机结构优化设计及计算软件的开发[J].现代制造技术装备,2009(2)：45-50.
Development of Bridge Crane Girder Optimization Software Based on C# PlatformLING Bo1, HAN Zi-yuan2, WANG Xi3
(1.Ningxia Tiandi Benniu Yinqi Equipment Co., Ltd., Yinchuan 750000, China; 2.Shanxi Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd., Taiyuan 030001, China; 3.Dalian Huarui Heavy Industry Group Co., Ltd., Dalian 116013, China)
Abstract：Aiming at the difficulty in size optimization of the main girder of a bridge crane, an optimization software based on the C# platform for the main beam of bridge cranes is developed. First, by inputting the 百度排名basic parameters of the bridge crane, the empirical formula is used to obtain a set of main beam cross-section data. Then the particle swarm optimiza沈阳做网站tion algorithm is introduced to optimize the data of the main beam, and the optimization results are obtained, and the whole optimization process is programmed on the C# development platform, which can realize the fast optimization of the main beam of the bridge crane. Finally, the feasibility and practicability of the method and the software are verified by use of the main girder of a bridge crane.
Key words：overhead traveling crane girder; C#; particle swarm optimization; software development
收稿日期：2016-10-17；
修订日期：2016-10-21
作者简介：凌波(1967-)，男，宁夏银川人，高级工程师，本科，从事大型起重机设备的设计工作。
中图分类号：TP391.7∶TH215
文献标识码：：A
文章编号：1672-6413(2016)06-0098-02
