液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

高 建（開(kāi)灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)備管理中心，河北 唐山 063000）

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液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

高 建
（開(kāi)灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)備管理中心，河北 唐山 063000）

摘 要：液壓支架是煤礦用綜采工作面的大型支護(hù)設(shè)備，它的作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板和維護(hù)安全作業(yè)空間。隨著綜采工作面的應(yīng)用需要，在設(shè)計(jì)時(shí)就得優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文結(jié)合實(shí)踐在分析液壓支架工作原理基礎(chǔ)上重點(diǎn)闡述了液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：液壓支架；優(yōu)化設(shè)計(jì)；煤礦綜采

1. 液壓支架概述

液壓支架在煤礦開(kāi)采中是利用液體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橹瘟?lái)進(jìn)行工作的液壓動(dòng)力裝置，其工作原理我們可以用圖1進(jìn)行解釋。液壓支架在實(shí)際的工作中不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的支承頂板，而且還可以隨著回采工作面的推進(jìn)而向前慢慢移動(dòng)，這在一定意義上來(lái)說(shuō)就得要求液壓支架必須具備升降推移最為基本的實(shí)現(xiàn)功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)同時(shí)又需要由乳化液泵供給的高壓液體做保障，然后通過(guò)各種閥控制立柱和千斤頂實(shí)現(xiàn)。

2. 液壓支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

上文所提到的這些是液壓支架最為基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)功能，在提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率，發(fā)揮綜采設(shè)計(jì)的效能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效是有很大作用的。這些的實(shí)現(xiàn)源自于液壓支架的設(shè)計(jì)，但是隨著綜采面的不同液壓支架掩護(hù)梁水平面方向的夾角和梁端擺幅就會(huì)存在設(shè)計(jì)方面的缺陷，這個(gè)時(shí)候就需要進(jìn)行對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文結(jié)合實(shí)際工作對(duì)液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)做一分析，供實(shí)際生產(chǎn)需要做參考。

1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機(jī)；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管圖1液壓支架工作原理

圖2　掩護(hù)梁水平夾角優(yōu)化路線

我們先設(shè)計(jì)出如圖2所示的掩護(hù)梁水平夾角優(yōu)化路線。先以掩護(hù)梁與水平面方向的夾角最小值為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，再以梁端擺幅為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.1 液壓支架模型坐標(biāo)化參數(shù)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中為了滿足設(shè)計(jì)重點(diǎn)的需要，我們需要對(duì)模型作進(jìn)一步地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中我們可以忽略液壓支架的掩護(hù)梁、底座、頂梁和連桿的形狀和寬度等，同時(shí)對(duì)簡(jiǎn)化液壓支架模型進(jìn)行仿真，并運(yùn)用機(jī)械原理處理那些不必要的坐標(biāo)化設(shè)計(jì)點(diǎn)，除此之外，將優(yōu)化的液壓支架長(zhǎng)度半徑等表示的液壓支架模型轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰鴺?biāo)表示的液壓支架模型。

我們?nèi)绻鶕?jù)這個(gè)簡(jiǎn)化方法和原則可以設(shè)計(jì)出如圖3所示的液壓支架優(yōu)化模型，34個(gè)坐標(biāo)化設(shè)計(jì)點(diǎn)可以濃縮為16個(gè)關(guān)鍵的坐標(biāo)化設(shè)計(jì)點(diǎn)。其中將16個(gè)坐標(biāo)化的設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)化為5個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo)了。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，液壓支架的模型還是會(huì)受到空間限制的，液壓支架部件之間在設(shè)計(jì)時(shí)包括在工作時(shí)不能出現(xiàn)明顯的干涉。這就要求我們對(duì)所選的DV_3、DV_4、DV_6三個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值范圍進(jìn)行必要的限制和控制，所以根據(jù)這個(gè)要求我們做出如圖4所示的設(shè)計(jì)變量限制范圍。

同時(shí)，我們還給出掩護(hù)梁水平夾角最大值對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)變量的敏感度曲線，如圖5所示。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析。經(jīng)過(guò)上面的實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)我們可以得出，掩護(hù)梁水平夾角在12.43°時(shí)，其理想化的角度是9°～17°的范圍內(nèi)，這個(gè)時(shí)候液壓支架就得到了很好地運(yùn)動(dòng)和受力特質(zhì)，達(dá)到了我們想要的設(shè)計(jì)目的。

同時(shí)我們?cè)谠O(shè)計(jì)之前找到了敏感度較大的參數(shù)化坐標(biāo)用來(lái)作為設(shè)計(jì)變量，最后使迭代次數(shù)顯著減少了，效果也不錯(cuò)。

經(jīng)過(guò)這樣的預(yù)設(shè)得到的優(yōu)化結(jié)果對(duì)整個(gè)液壓支架模型的其他性能基本沒(méi)有任何的影響，在一定程度上保證了液壓支架模型具有很好的縱橫向的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

圖3　液壓支架優(yōu)化模型

表1　設(shè)計(jì)變量取值范圍參數(shù)

表2　掩護(hù)梁水平夾角最大值對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)變量的敏感度曲線

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TD355.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A