带式输送机是矿井主要运输设备之一。换向滚筒作为带式输送机的主要组成部分,其作用为增大围包角和改变输送带的运行方向,它的轻量化对于带式输送机的安全可靠运行具有重要工程意义。本文通过构建某型号的换向滚筒有限元分析模型,考虑强度、刚度和频率等约束条件,用多种方法对换向滚筒进行优化设计。主要工作如下:(1)换向滚筒确定性优化设计。结合滚筒有限元静力分析,运用BBD实验设计技术,构建换向滚筒最大位移和应力的二次响应面近似代理模型;进而建立以滚筒质量为目标函数,以位移和应力为约束条件的换向滚筒优化模型,并采用序列二次规划方法对模型进行优化求解。对某型号带式输送机换向滚筒优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,滚筒质量减少了 13.37%。(2)换向滚筒稳健性优化设计。在响应面拟合函数的基础上,构建了换向滚筒稳健优化设计模型,该模型采用概率模型描述不确定变量,以筒壳厚度、筒毂厚度和筒毂内径的均值和标准差为设计变量,以滚筒质量的均值和标准差为目标函数,以位移和应力为稳健约束条件,采用序列二次规划法对换向滚筒稳健性优化模型进行求解。优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,滚筒质量减少了4.98%。且稳健性优化结果均大于确定性优化的结果,表明了稳健性优化设计的合理性,也为符合工程实际需求的滚筒设计制造提供有益的理论依据和参考。(3)换向滚筒多目标优化设计。以滚筒质量和固有频率为目标函数,以位移和应力为约束条件建立了换向滚筒优化模型,通过Ansys Workbench优化模块,采用多目标遗传算法对滚筒进行优化设计。换向滚筒优化结果表明,在满足结构设计要求的前提下,换向滚筒的一阶固有频率从261.88Hz增加到300.511Hz,换向滚筒的质量也从1288.4kg降低到1178.1kg。