基于VC 液压支架四连杆机构的优化设计与分析

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基于VC 液压支架四连杆机构的优化设计与分析基于VC液压支架四连杆机构的优化设计与分析 李秋生，王勇√光印2.姚贵英
(1.河北工程大学机电学院，河北邯郸056038；2.邯郸矿业集团通方机械制造有限公司，河北邯郸056038)
摘 要：通过对四连杆型液压支架的深入研究.揭示了四连杆机构受力与顶梁前端运动轨迹
之间的关系。采用以前连杆受力为目标函数。改固定函数约束运动轨迹为约束其范围，用运动速度
约束运动方向，建立了四连杆机构优化数学模型。利用VC语言进行优化程序设计，通过实例对
比证明，此优化不仅使顶梁运动轨迹满足了液压支架支护要求。而且四连杆机构受力明显减小，可
降低支架重量.节约支架成本。
关键词：液压支架；四连杆机构；优化设计；运动轨迹
中图分类号：TD354文献标志码：A文章编号：1003-0794(2010)ll-0023-02
Optimization Design and Analysis of Four-linkage Mechanism in
Hydraulic Support Based VC
LI Qiu--shen91，WANG Yong。JIAo Guang-yin2.YAO Glli-yin91
(1.Hebei University of Engineering。Electrical and Mechanical CoHege，Handan 056038，China；2.Handan Mining
Group Tongfang Machinery Manufacturing Co.，Lid.，Handan 056038，China)
Abstract：11le relationship of the stress of four-likage mechanism and the movement track of the top
beams frontage by in--depth studying the type of four-likage of hydraulic support were revealed.Through
adopting front-linkage with objection funtion and restricting the movement tracks scope to replace the
6xed function constrant and making velocity restrict the movement direction，a mathematical model of
optimization of four-linkage mechanism is established.Using VCprogramming language optimied.by
example it proved that optimization not only made the top beam movement track to accord the
requirement of the hydraulic support，but also significantly reduced the four-linkages stress and reduce
the weight of the hydraulic support and save its costs.
Key words：hydraulic support；four-linkage mechanism；optimization design；movement track
0前言
目前.国内外学者对液压支架四连杆机构的优
化进行了大量的研究与探讨.大部分学者是以顶梁
前端的运动轨迹为优化目标函数.使顶梁前端运动
轨迹或为近似垂线、或为斜线、或为幂函数，控制了
轨迹水平变化量：而有些研究仅揭示了顶梁前端的
运动方向对支架支护效果的影响.没有将顶梁前端
点轨迹和四连杆机构受力综合考虑。本文以支架顶
梁前端点最大水平变化量和合理的水平运动方向
为约束，以使连杆受力达到最小为目标.对液压支
架四连杆机构进行了优化。收到了预期效果。
1 四连杆优化数学模型
图l为四柱液压支架受力与运动分析简图。
(1)设计变量
在对液压支架力学性能与四连杆机构结构尺
寸以及相互关系分析基础上.选取直接影响液压支
架结构尺寸与运动特性的6个变量作为优化设计
的设计变量.即
妊陋l，L2，L3，L4，L5，6Ⅸl，X2，X3，X4，X5，Xd
图1 液压支架受力与运动分析简图
E顶粱所受载荷凡。顶梁所受摩擦力只、R立柱丁作阻力A.、也立
柱倾角且支架任意丁作高度厶.后连杆长度如连杆BC长度如前
连杆长度L前连杆下铰点与后连杆下铰点的垂直距离k后连杆下
铰点与前连杆下铰点的水平距离k掩护粱长度k掩护梁上铰点与
前连杆上铰点的距离k掩护梁上铰点至顶梁顶端距离如后连杆下
铰点至底座底端的距离O。、以前后连杆瞬心、掩护梁上铰点坐标
Ot、蛳、O掩护梁、前连杆与后连杆水平倾角
(2)目标函数
液压支架四连杆机构由底座、掩护梁与连杆组
成.它们的重量撒于各构件的受力大小，并直接