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中文翻譯
基于ADAMS仿真軟件的液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘要：在設(shè)計(jì)一個(gè)大傾角的工作面液壓支架時(shí)，提出了一種四桿連機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并使用ADAMS軟件應(yīng)用于四連桿機(jī)構(gòu)的建模與仿真。為了達(dá)到最佳效果,實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的建模和優(yōu)化,設(shè)計(jì)結(jié)果要滿(mǎn)足實(shí)際要求的才好。通過(guò)這種虛擬設(shè)計(jì)的方法，可以降低誤差及其設(shè)計(jì)效率能得到有效的改善。
關(guān)鍵詞：液壓支架；四連桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；ADAMS仿真軟件
1.簡(jiǎn)介
四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式液壓支架或支撐掩護(hù)式液壓支架至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。它的功能有兩個(gè)方面: 第一，幫助液壓支架的立柱上升或降低，頂梁的前端差不多是垂直的上上下下移動(dòng)， 如此可以在煤壁和頂梁的前緣之間保持一段差不多恒定的沒(méi)有支撐的距離。對(duì)于頂板的控制來(lái)說(shuō)，這是被廣泛地認(rèn)為非常合乎需要的一個(gè)特點(diǎn)。第二，液壓支架要能承擔(dān)更大的水平方向的載荷。
在設(shè)計(jì)一個(gè)大斜傾角度的液壓支架時(shí)，四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)重要工作。四連桿機(jī)構(gòu)的的尺寸直接影響液壓支架的性能和地位。在傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，BASIC 程序被用于去計(jì)算設(shè)計(jì)，但是其結(jié)果經(jīng)常不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并且不能獲得這個(gè)最佳的解決問(wèn)題的辦法。目前，ADAMS 軟件被越來(lái)越多的廣泛地在機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域方面使用。因此，為了得到一個(gè)最佳的解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)辦法，本文利用ADAMS軟件建模和模擬四連桿機(jī)構(gòu)的之間的關(guān)系。
2.四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算
2.1. 四連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性
(1) 如圖1所示，當(dāng)液壓支架從最底位置伸到最高位置時(shí)，其雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度小于或等于70毫米，最好應(yīng)該不到30毫米。
圖1 四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征
(2)如圖1四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征所示，P角為頂梁與掩護(hù)梁之間的夾角，Q角是后連桿與水平線之間的夾角。P角與Q角應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求。當(dāng)支架伸到最高位置時(shí)，P≤52°~62°，Q ≤ 75°~85°。當(dāng)支架在最低位置時(shí)，tanP>W，根據(jù)摩擦學(xué)理論，它能使巖石落下地并且用掩護(hù)梁擋住巖石防止其落在工作區(qū)。鋼材和巖石的摩擦系數(shù)W是0.3，即P=16.7°。當(dāng)支架在最低的位置時(shí)，為了保障安全性，P>25才是合理的。在后桿底部和底座之間的有一段距離，Q≥25°~30°。
(3)如圖1四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征所示，θ角是水平線與從e1點(diǎn)到瞬時(shí)中心O的直線之間的夾角，e1點(diǎn)是掩護(hù)梁與頂梁連接的鉸點(diǎn)。在支架的設(shè)計(jì)中，θ角應(yīng)該滿(mǎn)足的條件：tanθ ≤0.35，其直接影響支護(hù)的增量力。
2.2.四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算
；；；；；；
；；；；；
圖2 四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)
1) 后連桿與掩護(hù)梁的長(zhǎng)度計(jì)算
如圖2所示,如果H1被確定，掩護(hù)梁的長(zhǎng)度：
（1）
后連桿的長(zhǎng)度
（2）
前、后連桿上鉸點(diǎn)之距為：
（3）
前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為：
F =G—B （4）
如圖3所示，在后連桿和坐標(biāo)原點(diǎn)的在底部連接點(diǎn)之間的距離是E1。
圖3 四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系
2） 前連桿長(zhǎng)度及角度的確定方法：
b1的坐標(biāo)
當(dāng)支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度為H1，此時(shí)b1點(diǎn)的坐標(biāo)為：
( 5 )
( 6 )
b2的坐標(biāo)
支架在最低位置時(shí)的計(jì)算高度為H2，此時(shí)b2點(diǎn)的坐標(biāo)為：
（7）
（8）
根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低位置時(shí)，Q2≥25°~30°。為了計(jì)算方便，令Q2=25°。
（9）
b3點(diǎn)坐標(biāo)
當(dāng)支架的掩護(hù)粱與后連桿成垂直位置時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系b3點(diǎn)的坐標(biāo)為:
（10）
（11）
（12）
（13）
c點(diǎn)坐標(biāo)
為前連桿的長(zhǎng)度，因此，可以用圓的方程求得前連桿的長(zhǎng)度。
（14）
c點(diǎn)坐標(biāo)是:
（15）
（16）
c點(diǎn)坐標(biāo)求出后，前連桿長(zhǎng)度和角度就可以確定了。
3) 前連桿下鉸點(diǎn)的高度D和前、后連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投影距離E
當(dāng)前連桿c點(diǎn)坐標(biāo)確定后，D和E的長(zhǎng)度為：
D=yc （17）
E=E1—xc (18 )
對(duì)于大傾角的液壓支架來(lái)說(shuō)，當(dāng)傾斜角度增大時(shí)，液壓支架的重力線，或者對(duì)頂板的壓力和自身重力將背離支架底座，那些將沿支架軸向方向的力，將產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的一個(gè)力矩，導(dǎo)致支架倒下。根據(jù)幾何學(xué)關(guān)系和力矩平衡狀況，結(jié)論是要使支架不倒的情況為 Qr ≤G。因此，煤壁的傾角a是決定液壓支架不會(huì)倒下的因素。
(19)
式中，Q是作用在頂板上的力，N是支架底座的寬度，H是支架的使用高度，h是支架質(zhì)量的中心的高度。
設(shè)計(jì)的大傾角的液壓支架，它的最大支護(hù)高度為2600mm，支架的支護(hù)高度應(yīng)滿(mǎn)足在大傾角煤壁條件下的支架要求，支架的計(jì)算高度H1應(yīng)該增加到2118mm。
使用程序以?xún)A斜射線作為目標(biāo)函數(shù)，下面結(jié)果可以被獲得。
，，，
，，，
，，，
，.
3.四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)優(yōu)化
3.1.四連桿機(jī)構(gòu)的建模和雙紐線的模擬
ADAMS軟件，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析，該軟件是MDI公司開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。
通過(guò)程序可以計(jì)算和繪出如圖2和實(shí)體尺寸，通過(guò)ADAMS軟件可以建立四連桿機(jī)構(gòu)的模型。選擇中心點(diǎn)O為基準(zhǔn)， 與x軸一致， 與y軸一致，如圖4所示。
圖4 四連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單模型
模型建立以后，使用限制條件(關(guān)節(jié))工具條加進(jìn)連接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)，和旋轉(zhuǎn)工具 線加進(jìn)連接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)形成輪狀的對(duì)和研磨連結(jié)點(diǎn)。最后既定的模擬條件，通過(guò)ADAMS/PostProcesser軟件跟蹤的e1點(diǎn)，它類(lèi)似于雙紐線軌跡如圖5所示。
圖5 e1點(diǎn)的雙紐線軌跡
由于上述分析，這條雙紐曲線軌跡不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。它應(yīng)該考慮到θ角度對(duì)頂梁上的力和大傾斜角度的工作面液壓支架的影響。降低支架的最大高度并且選擇較小的角度θ的位置 ,選擇垂直高度在927mm~1673mm范圍內(nèi)的曲線，作為頂梁的前緣的運(yùn)動(dòng)軌跡。
3.2.四連桿機(jī)構(gòu)的建模和最優(yōu)化的參數(shù)確定
因?yàn)榭紤]到計(jì)算的值并不是由模擬和分析引起的最佳的結(jié)果，最佳的設(shè)計(jì)連桿尺寸是由建模中的參數(shù)所獲得，所以能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的最佳的結(jié)果。
在確定參數(shù)的建模期間，每個(gè)連接點(diǎn)被調(diào)整成為變量，并且每個(gè)變量的設(shè)計(jì)結(jié)果通過(guò)分析變量可以從中獲得，如下表格1中所示。
表格1 設(shè)計(jì)結(jié)果
設(shè)計(jì)變量
設(shè)計(jì)點(diǎn)
坐標(biāo)
原值
（mm）
精度
（mm）
優(yōu)化結(jié)果（mm）
1
1點(diǎn)
Y
367.3
4.4
265
2
2點(diǎn)
X
421.91
-2.3
478
3
3點(diǎn)
X
981.96
0.46
1006.5
4
4點(diǎn)
Y
814.88
-5.9
835.25
5
5點(diǎn)
X
756.22
-3.5
829.40
6
6點(diǎn)
Y
1001.99
0.86
1024
7
7點(diǎn)
X
-52.36
0.86
12.10
8
8點(diǎn)
X
0
0.44
10.2
9
9點(diǎn)
Y
0
0.375
-9.58
觀察設(shè)計(jì)變量在設(shè)計(jì)中的影響和范圍。通過(guò)MSC.ADAMS/View軟件提供各種圖的解析作為研究報(bào)告，這包括設(shè)計(jì)變量的準(zhǔn)確性。如上表格1所示的設(shè)計(jì)結(jié)果那樣，點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)4，點(diǎn)6的靈敏度較大。這暗示著這4個(gè)變量對(duì)最優(yōu)的結(jié)果影響也較大。設(shè)置4個(gè)準(zhǔn)確性更加大的設(shè)計(jì)點(diǎn)， 采用ADAMS/PostProcesser軟件一起改變每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的曲線，然后通過(guò)比較并選出最優(yōu)的分析結(jié)果。通過(guò)操作優(yōu)化程序，四個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)被優(yōu)選出來(lái)得到最好的結(jié)果。最終四連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)的實(shí)體尺寸通過(guò)分析和計(jì)算得到。
，，，
，，，
，，，
，。
通過(guò)ADAMS軟件，根據(jù)計(jì)算的四連桿尺寸的模型，然后通過(guò)軌跡模擬分析各連接點(diǎn)，如下圖6中所示。
圖6較完善的軌跡曲線
通過(guò)分析四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化的結(jié)果完全滿(mǎn)足液壓支架的設(shè)計(jì)要求。
4. 結(jié)論
使用先進(jìn)的ADAMS軟件不僅取得四連桿機(jī)構(gòu)模型的確定參數(shù)，運(yùn)動(dòng)軌跡模擬和最優(yōu)化的大傾斜角的工作面液壓支架的設(shè)計(jì)的參數(shù)，而且分析有關(guān)組成部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。盡可能完善液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全滿(mǎn)足實(shí)際大傾角液壓支架使在復(fù)雜條件下的最大要求， 因此基于ADAMS軟件優(yōu)化的結(jié)果證明液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性。
致謝
感謝中國(guó)的第十一個(gè)五年計(jì)劃里國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)和計(jì)劃的工程給予這篇文章的支持。
參考文獻(xiàn)
[1] 毛耀華著，液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，煤炭工業(yè)出版社，第06卷，2007年，第51-54頁(yè)。
[2]戴維斯，教長(zhǎng)(猶他州大學(xué)) ,漢森，克雷格，機(jī)械工程師，基于ADAMS軟件的風(fēng)輪機(jī)建模的前景。
[3]王國(guó)標(biāo)，高榮，液壓支架的雙紐線運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與優(yōu)化方法，
遼寧技術(shù)大學(xué)，第3卷的雜志，1991，第49-53頁(yè) .
[4]韓曉鋒，胡鄧高，凡訊等著，液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)的三尺寸的模型和動(dòng)態(tài)的動(dòng)畫(huà)，煤炭工業(yè)出版社， 2006年9月，第67-68頁(yè) 。
[5]張安晉，大傾斜液壓支架防護(hù)技術(shù)，第25卷，煤炭工業(yè)出版社， 2006年9月，第78-80頁(yè)。