关键词：混凝土泵车；空心销轴；轻量化设计；多保真度代理模型

中图分类号：TH122

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.019 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Lightweight Design of Concrete Pump Truck Boom Pins Based on Multi-fidelity Surrogate Model

LI Peng1，2，3，4LI Mengcong1，4XIAO Libo2，3WANG Yitang1，4*SONG Xueguan1，4YANG Ling5 1.School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning，116024 2.National Key Laboratory of Hoisting Machinery Key Technology，Changsha，410013 3.Zoomlion Heavy Industry Science amp; Technology Co.，Ltd.，Changsha，410013

4.State Key Laboratory of High-performance Precision Manufacturing，Dalian，Liaoning，116024 5.Hunan College of Information，Changsha，410200

Abstract： As a key connecting and supporting component in a concrete pump truck boom system， how to reduce the mass of the pin shafts was a noteworthy issue in boom design. A parameterized finite element model of the holow dumbbell pin shafts was constructed based on control parameters. Then，a more accurate feature mapping based MFS（FM-MFS） model was established through the mutual disturbance of high and low fidelity models and the reasonable allocation of high and low fidelity data.Genetic algorithm was used for optimization to obtain the optimal design scheme for the hollow dumbbell pins based on this surrogate model，achieving a weight reduction of 36% . Through theoretical，simulation，and experimental verification，it is shown that the hollow dumbbell pin shafts constructed based on the optimal parameters of the surrogate model may achieve lightweight and material consumption savings while still ensuring the physical and mechanical properties， which provides data support and reference for further applications in the future.

Key words： concrete pump truck; hollow pin; lightweight design; multi-fidelity surrogate（MFS） model

0 引言

混凝土泵车作为基础设施建设的重要工程机械，用于将混凝土输送至施工现场，在施工时能够提高工程施工效率，降低人力和时间成本。随着市场客户的现实需求以及国家法规的日益严苛，超长臂架以及重量合规已成为混凝土泵车发展的重要方向。超长米段泵车在巨大的载荷作用下，要想实现重量合规是非常困难的，因此轻量化设计需求急迫且难度较大。

臂架系统是混凝土泵车的关键组成部分，位于转台上方，担负着输送混凝土至指定位置的任务。臂架系统由臂架、连杆、销轴、油缸、混凝土输送管等零部件组成[1-2]。其中，销轴用于连接臂架的各节臂，从而形成连续的结构，起到连接和传递力、弯矩、扭矩和运动的关键作用。常规混凝土泵车通常采用实心销轴。在极限米段泵车臂架系统中，实心销轴的总质量可达1t以上。因此，在满足销轴强度、刚度、可靠性和使用寿命等要求下，实现其轻量化设计是十分有意义的。

采用空心销轴是实现结构轻量化的一种方法。空心销轴的设计允许将材料在轴心位置向边缘移动，在相同的负荷条件下，通过合理的壁厚设计，可以显著节约材料，进而减小零部件质量，从而达到减小质量的目标。目前，虽已有学者对空心销轴展开设计[3-5]，但研究较少且大多采用传统结构优化设计方法。虽然传统方法可以满足产品的功能和性能要求，但设计结构未必是最合理和最轻量化的选项，并且传统设计方法存在着设计周期长、改进不明确等问题[6-7]。……