液压支架四连杆建模及优化设计

317现有的先进计算机科学技术已普遍应用于煤矿设备的设计、制造、监测中，例如可视化编程技术、数据库技术在液压支架连杆结构参数的设计上已得到了较好的运用。

由于井下作业工况复杂多变，液压支架作为采煤作业时的主要受载设备，其结构参数是否合理决定着采煤作业的效率和安全，因此文章基于 C++ 可视化编程语言，对液压支架的四连杆机构参数进行了运动学仿真和设计，获取连杆机构的运动规律，并得到了参数设计结果。

该方法具有的优点是：程序编写和测试完成后，再进行同类型的连杆设计时，只需修改相应的约束参数即可获得设计结果，计算成本小且计算速度快，也对其他煤矿设备的结构参数设计具备一定的借鉴意义。

1 液压支架四连杆机构的运动学简析目前通常采用两个参数为前提来进行运动学分析：以液压支架的工作高度为基础、以后连杆与水平方向夹角大小的改变量为基础。

根据现有研究的结果表明，液压支架的工作高度对整个结构系统影响尤为重大，一般来说液压支架的工作高度发生改变后，四连杆机构的运动学参数会产生较大幅度的变化，同时各连杆的受力状态也会发生大幅改变。

因此，要对液压支架进行运动学分析。

2 四连杆机构运动仿真模型的建立图 1 所示为四连杆机构的运动仿真几何模型。

图1 四连杆机构运动仿真几何模型图1中：a 为后连杆长；b 为前连杆、后连杆分别与掩护梁 E’ 点的距离差；c 为前连杆长；d 为两连杆间在竖直方向上的距离；e 为两连杆间在水平方向上的距离；e1 为后连杆、掩护梁在水平方向上的距离；f 为前连杆与顶梁的距离；t 为掩护梁长。

运动仿真模型的建立主要分为三部分，分别是：设计变量的确定；目标函数的建立；约束条件的设定。

1）设计变量的确定。

如图 1所示，四连杆机构的运动仿真包含 8 个结构几何参量：a、b、c、d、e、f、g、e1，其中 t 为 b 与 f 之和，将其作为次计算的优化变量，则有 X=[a b c d e f]=[X1 X2 X3 X4 X5 X6]。

液压支架四连杆机构设计及运动学 分析
01 引言
03 参考内容
目录
02 机构设计
引言
液压支架是煤矿井下综采工作面的重要设备之一，用于支撑顶板和护帮，以 保证作业安全。四连杆机构是液压支架的重要组成部分，对支架的支撑力和稳定 性有着重要影响。本次演示将介绍液压支架四连杆机构的设计及运动学分析，旨 在为优化支架性能提供理论支持。
在仿生机器人的研究领域中，四足仿生马机器人是一种非常经典的案例。四 足动物，尤其是马，具有非常优异的运动性能和适应能力，因此模仿其运动特征 的机器人具有广泛的应用前景。本次演示将介绍一种凸轮连杆组合机构驱动的四 足仿生马机器人的构型设计与运动学建模分析。
该仿生马机器人主要由凸轮连杆组合机构、驱动装置和四肢关节等组成。其 中，凸轮连杆组合机构是机器人的核心组成部分，其作用是模拟马腿部的运动特 征，包括马腿的伸展和收缩。驱动装置则是控制凸轮连杆组合机构运动的关键部 件，其作用是提供动力，使机器人可以自主运动。四肢关节则是连接凸轮连杆组 合机构和驱动装置的枢纽，其作用是传递运动和动力。
1、降低摩擦损失：减少活塞、连杆和曲轴之间的摩擦是提高内燃机效率的 重要途径。我们可以采用低摩擦材料和润滑技术来降低摩擦损失。
2、优化结构布局：通过改变活塞、连杆和曲轴的结构布局，可以改善力的 传递路径，提高机构的稳定性和效率。例如，可以改变活塞形状、连杆长度和曲 轴半径等参数来优化结构布局。
3、精确控制燃烧过程：燃烧过程是内燃机工作的核心过程之一。通过精确 控制燃烧过程，可以优化燃烧效率，减少废气排放。例如，可以通过精确控制燃 油喷射、点火时间和进气流量等参数来优化燃烧过程。
4、优化冷却系统：内燃机的冷却系统对于保证其正常运行和延长使用寿命 具有重要意义。通过优化冷却系统的设计，可以降低内燃机的温度，减少热损失， 提高效率。例如，可以通过优化散热器、冷却风扇和循环管道等部件的设计来优 化冷却系统。

D = - 2l6
(6)
E = l25 + l26 - l24
掩护梁端点的运动轨迹是一近似直线的双扭
线, 如图 2 所示。最高点A 和最低点B 的连线和轨 迹曲线的交点 C 是一关键点。 若能使 C 点略高于 A E 线的中点, 梁端距就不会超过规定的界限 (∆≤70 ～ 100mm ) , 即
y C = y E + 016 (y A - y E ) = 016yA + 014y E
(7)
3 连杆机构的设计
正确设计的液压支架连杆机
构, 当工作高度在最大值和最小值
规定的范围内变化时, 掩护梁的倾
角和后连杆的倾角都能满足要求,
掩护梁端距的变动量不超过 70～
100mm , 且支架的重量轻。支架各
E 点作相交直线, 求出 l1 和 l2 的范围 l1m ax , l1m in , l2max ,
l2m in, 如图 3 所示。 (4) 按式 (7) 确定 C 点的坐标, 如图 2 所示; (5) 参照同类型支架初取适当的 l3 和 Υ, 找出N
点与A 、C、E 点相应的 3 个位置, 并求出通过这 3 个位置的圆弧的中心和曲率半径, 即可求得 l4, l5, l6。
文章编号: 1003- 5923 (2001) 01- 0047- 02
液压支架连杆机构的设计
诸世敏
(湘潭工学院 机械工程系, 湖南 湘潭 411201)
摘 要: 对液压支架连杆机构各构件的几何关系及设计方法等进行了研究。指出支架连杆机构的设计应 使支架有较大的调高范围, 并有利于提高支撑力和支撑效率, 平面连杆机构的瞬心应尽量靠近顶梁平面, 以 减少支撑力的波动, 侧向力应指向采空区, 以增加支架的稳定性, 且支架的重量较轻。

四连杆机构的建模及优化设计四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。

一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。

从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。

这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。

在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。

文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。

文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。

文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion 进行建模和运动仿真。

关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BAR LINKAGE DESIGN OF THEMODELING AND OPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof; Second, the level of support to withstand greater force. This article is to discuss four hydraulic linkage mechanisms.In the article, we study the four-bar linkage hydraulic problems, and can be considered from several aspects of the solution. This paper studies the four hydraulic linkage, hydraulic four-bar linkage is mine machinery - the key hydraulic components. Article on the four-bar linkage and hydraulic support the overall studied.Paper also the dynamic characteristics of four-bar linkage analysis, in the process of the Application of the SolidWorks COSMOSMotion in modeling and motion simulation.KEYWARDS：Four-link, SolidWorks, COSMOSMotion, motion simulation.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.1引言 (1)1.2 SolidWorks软件简介 (1)1.2.1 SolidWorks功能描述 (1)1.2.2 CAD技术概述 (3)1.2.3 CAD系统 (4)1.2.4 CAD技术的应用 (4)1.2.5 COSMOSmotion简介 (6)2四连杆机构建模 (7)2.1四连杆机构的作用 (7)2.2四连杆机构的几何作图法 (8)2.3 四连杆机构优选方法 (12)2.3.1 目标函索的确定 (12)2.3.2 四连杆机构的几何特征 (12)2.4运用SolidWorks建立四连杆机构模型 (12)2.5 本章小结 (15)3 对四连杆机构进行COSMOSMotion运动分析 (16)3.1COSMOSMotion软件的应用 (16)3.2四连杆机构的运动仿真过程 (17)3.2.1选择马达和设置马达参数 (18)3.2.2仿真机构的运动设置 (19)3.2.3 仿真机构的参数设置 (19)3.3 仿真数据处理 (20)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1绪论1.1引言液压传动时一项新兴技术，他被引用到工业领域只有很短的时间，液压支架已广泛应用于我国煤矿井下支护，它具有初撑力大、恒阻、安全和高效等特性，是适合我国国情的一种有效的工作面支护设备。

工业应用及设计案例24，246-2519施普林格出版社2002年数字对象标识符（DOI）10.1007/s00158-002-0234-y 液压支架中四杆机构设计的一个全局优化算法摘要本文讨论了合成四杆机构最佳方法。

一般的优化问题是按照一个非线性规划的方法进行处理。

全局优化算法的目的是确定机构链路长度的最佳值，以最小化机构连接部位上任意点c的轨迹τ与规定的轨迹p之间的差异，同时铰链上的受力必需保持在规定值以内。

该方法的使用是为了找到一个最优的整体解决方案。

这个过程使用了自适应网格细化算法。

该算法基于识别那些用于定义解决方案集的各次迭代运算中可行的节点。

通过该算法对那些远离当前最佳效果的节点进行修正。

最终该算法确定了满足预定义条件的最优区域，而不是只一个最佳点。

关键词：液压支架，四杆机构，全局优化，铰链受力，自适应网格细化1. 简介四杆机构广泛应用于不同的设备，作为主要的基础机构，它必须能够提供合理以及非常复杂的运动、承受众多的力、加速度和冲击。

这些设备的例子有车辆转向机构或者是矿井中的防护装置液压支架等。

虽然四杆机构看似是一个简单的装置，但是空间的组合是一项要求很高的工作。

设计者必须确定出能够完成规定运动的各连杆长度及其受力变形。

液压支架（Grm1992如图1所示）是采矿业保护设备中的一部分。

本文研究的目的是优化液压支架中四杆机构设计，保证液压支架用最小的横向位移来实现预期动作。

横向位移还应尽量防止与其他机械和设备发生碰撞。

对液压支架的运动可简化为工作机构FGDE和驱动机构ABDE的动作。

驱动机构ABDE对液压支架的运动具有决定性的作用。

此外，对该机构上的铰链也有很高的要求（图2清楚地显示了驱动四杆机构运动副处损伤）。

图1.液压支架图2.驱动机构的运动副损伤到目前为止，运动学优化一直与设计分析一起进行（Oblak ,act 1998，2000年）。

传统应用的梯度法由于结果不收敛与数值的无效性使它的使用相当不便。

四连杆机构的建模及优化设计四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。

一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。

从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。

这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。

在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。

文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。

文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。

文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion 进行建模和运动仿真。

关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BARLINKAGEDESIGNOFTHEMODELINGANDOPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof。

液压支架四连杆机构的运动分析和优化设计刘刚（河北天择重型机械有限公司，河北邯郸 056200）摘要：利用SolidWorks实现了液压支架二维模型的建立，分析了四连杆机构的运动规律，得到了顶梁前端准确的运动轨迹，并且对四连杆机构进行了优化设计，为液压支架的设计制作提供了方法和经验。

关键词：液压支架；四连杆机构；优化设计kinematics analysis and optimization design of HydraulicSupport’four-bar linkageLIU Gang（Hebei Tianze Heavy Machinery Co.，Ltd.，Handan 056200，China）Abstract：Drew planar models of hydraulic support based on SolidWorks, analyzed kinematics regulation of the four-bar linkage, get accurate kinematics track of canopy,and optimized four-bar linkage，provided the method and experiences for design and manufacture of hydraulic support.Key words: hydraulic support；four-bar linkage；optimization design0 引言液压支架不仅可以维护顶板和工作空间，而且能够推动工作面移动，是煤矿综采工作面的核心设备。

现在普遍采用四连杆机构作为顶梁的稳定机构，经过长期的实践使用，取得了巨大的经济效益，彻底解决了支撑式液压支架稳定性差的问题。

四连杆机构是液压支架最重要的连接部件，它控制顶梁沿近似双纽线的轨迹运动，大大缩小梁端距的变化量，提高了顶板管理性能。

基于C语言的液压支架四连杆机构的优化设计随着人类社会的不断进步，机械在我国工业中，占据了首要地位，尤其是自动化信息技术推出以后，机械制造行业更是得到了大规模的发展进程，而液压支架四连杆作为机械操作过程中的主要配件，在借助于C语言软件的情况下，得到了相应的技术提高，本文通过对C语言环境下的液压四连杆机构的分析说明C 语言在整体机械制造中的作用，以及对于液压支架四连杆的重要性，以及优化时的做法。

标签：液压支架;四连杆机构;优化设计在机械制造中，液压支架时必不可少的重要配置，而四连杆机构则是其最重要的组成部分，四连杆设计的优劣程度对液压支架性能的好坏有着决定性的影响。

所谓四连杆机构，其主要功能作用是：当液压支架由高到低发生变化时，四连杆机构辅助液压支架使其顶梁前端点呈近似双纽线形的运动轨迹，进而在一定程度上减小了煤壁与支架顶梁前端点间的距离变化，使支架能承受较大的水平力，提高了支架管理顶板的性能，为了让四连杆机构更加趋于优化，进而保证液压支架的稳定运行，相关人士推出以C语言编程对四连杆进行更改的创举[1]。

1 液压支架四连杆机构的运转定义四连杆在液压支架位于最大支撑高度工作状态下，它由底座、前连杆、后连杆和掩护梁等相关结构组成，支架工作过程中的运动轨迹线是根据四连杆的给出的已知路线，运动轨迹影响着液压支架当时承受的重量及负荷。

而支架在位于某一高度时，就是两条运行轨迹的夹角处，当支架由高到低运行时，迫使角度变小或变大，当角度为正值时，则表示受力值成正比，是液压支架能够承受的有效范围，反之则表示承受压力过大，有可能会造成支架崩塌的危险性。

当顶梁向前运动时，四连杆的滑动轨迹也会有所变化，当液压支架保持在一定的水平程度时，则四连杆机构轨迹保持不变，由此可见，对于液压支架来说，四连杆具有不可替代的作用以及重要性，当然，在日常操作中，相关操作人员也要确保在四连杆轨迹和液压支架都稳定的情况下，方可进行使用[2]。

2 运转优化过程的说明在设计液压支架时，为确保运行在可承受范围内，应使四连杆轨迹全面优化，使液压承受力降到最低。

连 杆 ， 连 杆 ， 梁 之 间 共 添 加 七 个 转 动 后 顶
运 用 软 件 对 复 杂 的 液 压 支 架 系 统 建 立 副 ； 虚 拟 样 机 ， 迅 速 地 检 测 、 析 和 比 较 多 种 可 分 （ ） 柱 活 柱 和 中缸 体 ， ５立 中缸 体 和 外 缸 添 加 完 运 动 副 后 ， 液 压 支 架 添 加 驱 为 动 。 压 支 架 是 由立 柱 的 升 降 带 动 顶 梁 的 液
近 年 来 虚 拟 样 机 技 术 发 展 迅 速 ， 过 （ 图 １ 通 如 ） 建 立 虚 拟 样 机 模 拟 产 品 在 真 实 环 境 下 的运
图 ｌ 利 用 ＵＧ软 件 创 建 的 两 柱 掩 护 式 是
将 液 压 支 架 的 三 维 模 型 以 ｘ ｔ 式 文 —格 件 导 入 ＡＤ ＡＭＳ 件 中 ， 不 影 响液 压 支架 软 在 仿 真 的 结 果 的 情 况 下 ， 以 对 液 压 支 架 添 可
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Ｓｃ ｅｎ ａ Ｔｅｃｈｎ Ｏ Ｉ ｏｖａｔｏｎ ｉ ｅｅ ｎｄ Ｏｌ ｇｙ ｎｎ ｉ Ｈｅ ａｌ ｒ ｄ
工 程 技 术
液 压 支 架 的 三维 建 模 及 运 动 分 析
柳高艳 刘颖 范凯 郑晓 雯 （ 中国矿 业大 学 （ 京 ） 电 与信息 工程 学 院 北 机 北 京 １ ０ ８ ） ０ ３ ０
数。
（ ） 略 平 衡 千 斤 顶 的 作 用 ， 液 压 支 ２忽 在
照底座 ， 连杆 ， 连杆 ， 连杆 ， 梁 ， 后 前 后 顶 立 架 顶 梁 上 表 面 和 底 座 地 面 添 加 一 个 平 行
柱 外 缸 ， 柱 小 柱 ， 柱 中缸 的 顺 序 依 次 添 副 ； 立 立

液压支架主要零部件的设计研究一、主要部件的设计（一）设计要求主要部件设计的要求如下：四连杆机构进行优化设计是必要的，它可以使支架梁端距离变化小，支架受力平衡点最佳，结构上不仅满足工作空间的要求，而且能够支撑足够的纵向、横向力及转矩；前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都能及时支护顶板，前梁由前梁千斤顶控制，可上、下摆动，与顶板保持良好的接触，维护工作面上方顶板，伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移．用以及时支护新暴露的顶板；顶梁是主要的支撑在承受工作面顶板压力的组件。

它可以随时调整与顶板的接触及征服顶板压力，保证支架的正常空间。

顶梁配备侧护板、活动侧装有千斤顶和弹簧，以防支撑架间泄漏煤矸石和规范支架间距，如果四连杆机构和顶梁铰接，要有可靠的铰链做支持。

掩护梁，它用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入支架中间影响与输送机的工作空间，保证支架、后输送机正常运行，根据不同的支架类型，掩护梁有伸缩插板式和在下端铰接伸缩尾梁式，它装有侧护板．作用与顶梁侧护板相同，掩护梁受扭力和横向载荷力大，这是非常重要的部件，它作用的基础是支持顶板下的压力和侧向力并将压力传送到底板上，这一过程需要足够的强度和刚度，并应满足底板比压力在许可范围内，确保支架总体稳定性的关键是在支架底部铰接四连杆机构，在其底部中间镶有变动装置、侧设置滞后输送机千斤顶和推移杆；推移装置，此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成，推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成；尾梁，作为四连杆机构和掩护梁铰链的支架后部，在掩护梁下铰接一个可旋转的扩展板尾梁来贮存煤，并且保证了煤的高度和维护的工作空间，使用插板把大块煤压成小块的碎煤。

尾梁配备侧护板，功能和顶梁，掩护梁的侧护性质一样。

液压控制系统及立柱、千斤顶，液压系统由各液压元件、管路系统组成，它有立柱、千斤顶组合来完成支架的各种性能要求，并达到设计技术参数。

（二）主顶梁设计顶梁部分设计是设计过程的主要部分，它与掩护梁相铰接，立柱支撑着下面，上面则直接接触工作面顶板，制成盒体形状，它的设计结构不仅仅要满足一定的硬度和强度，还要努力适应梁顶部的平整性、防止局部应力过大造成损伤。

后四连杆低位放顶煤液压支架毕业设计说明书摘要纵观世界液压支架的发展历史，从1854年英国率先研制成功了液压支架到现在，液压支架的设计研发已经基本成熟。

液压支架是机械化采煤的重要设备之一，为此对它的设计研发有重大的意义。

本次设计，通过任务书的要求，设计适用于煤层厚度为5~12米满足底板和顶板要求的的低位放顶煤液压支架。

通过对现有低位放顶煤液压支架的分析，优势对比，设计出适合的结构形式，最后对立柱、顶梁、掩护梁和底座进行了强度校核计算。

关键字：低位放顶煤液压支架；立柱；顶梁；掩护梁；底座；放煤机构。

AbstractThroughout the development of hydraulic support world history, from 1854 developed the first successful English hydraulic support to the present, hydraulic support design and development has been basically mature. Mechani zed coal mining hydraulic support is one of the important equipment, for its design and development of great significance.The design, through the mission statement of requirements, design suitable for seam thickness of 5 to 12 meters to meet the requirements of floor and roof caving hydraulic support low.Through the existing low-level caving hydraulic support analysis, advantages compared to design a suitable structure, the last of columns, roof beams, beam shield, the base for the strength check calculation.Keywords: Low caving hydraulic support; column; roof beams; shield beam; base; caving agency.目录摘要IAbstract II第1章绪论11.1 放顶煤综采法的优缺点11.2 放顶煤液压支架的发展历史11.3 放顶煤液压支架结构的基本特点21.4 放顶煤液压支架的分类21.5放顶煤液压支架使用条件和适用围31.5.1 放顶煤液压支架使用条件31.5.2 放顶煤液压支架适用围3第2章支架的总体方案设计42.1设计任务42.2 支架结构方案设计42.2.1 中反四连杆放顶煤液压支架42.2.2 中正四连杆低位放顶煤液压支架52.2.3 中四连杆低位放顶煤液压支架6第3章液压支架的整体结构尺寸设计93.1 液压支架设计的基本要求和基本参数93.1.1液压支架的设计目的93.1.2设计时对液压支架的基本要求93.2液压支架的参数确定103.2.1 支架高度103.2.2 支架的伸缩比113.2.3 支架间距的确定123.2.4 底座长度的确定123.3 顶梁长度的确定133.3.1 顶梁的长度计算133.3.2 顶梁宽度143.3.3 顶梁覆盖率143.4立柱位置的确定153.4.1 支架立柱数的确定153.4.2 支撑方式163.4.3 立柱间距163.4.4 立柱柱窝位置的确定16第4章液压支架的部件结构设计174.1 顶梁174.2 立柱174.3 掩护梁174.4 四连杆机构184.4.1 四连杆机构的作用184.4.2 四连杆机构的几何特征184.4.3 用几何作图法来设计四连杆机构194.5 底座234.6 侧护板234.7 千斤顶244.7.1 推移千斤顶244.7.2 側推千斤顶244.7.3 前梁千斤顶244.7.4护帮千斤顶244.7.5 后推移输送机千斤顶254.8 放煤机构设计26第5章液压支架受力分析275.1液压支架基本技术参数的确定275.1.1支护强度275.1.2初撑力285.1.3 移驾力和推溜力285.1.4 支柱与相关液压系统参数确定285.2 液压支架立柱强度验算315.2.1已知参数315.2.2油缸稳定性计算 (32)5.2.3活塞杆的强度计算 (33)5.2.4 缸体的强度验算 (37)5.2.5液压支架主要技术参数385.3 液压支架受力分析385.3.1支架整体受力分析415.3.2 前梁受力分析415.3.3 顶梁受力分析425.3.4 掩护梁受力分析445.3.5 支架底座受力分析45第6章支架强度计算486.1强度条件 (48)6.2 液压支架的强度校核506.2.1前梁梁强度校核506.2.2顶梁强度校核546.2.3 底座的强度校核606.2.4掩护梁的强度校核66结论72致 73参考文献74CONTENTSAbstract IIThe introduction chapter 1 (1)1.1The advantagesand disadvantages of the caving fully mechanized method (1)1.2The development history of the caving hydraulic support11.3The basic characteristics of the caving hydraulic support structure (2)1.4 The classification of the caving hydraulic support21.5The caving hydraulic support use conditions and applicable scope (3)1.5.1 The caving hydraulic support conditions of use. 31.5.2The caving hydraulic support scope3Overall design of bracket of chapter 242.1 Design task (4)2.2 Support structure design (4)2.2.1 In the four connecting rod caving hydraulic support42.2.2 Chiang kai-shek four-bar low caving hydraulic support (5)2.2.3 In the four connecting rod caving hydraulic support low (6)Chapter 3, the overall structure size of the hydraulic support design993.1 The basic requirement of the hydraulic support design and basic parameters (9)3.1.1 The design of hydraulic support (9)3.1.2The design of hydraulic support basic requirements93.2 The parameters of the hydraulic support (10)3.2.1 Bracket height (10)3.2.2 Stent expansion ratio .......... 错误!未定义书签。

实例E20-5 优化设计实例——液压支架四连杆机构尺寸优化一、问题描述合理选择如图20-13所示液压支架四连杆机构尺寸，使掩护梁和顶梁铰点E 处轨迹的水平摆幅最小。

四连杆机构尺寸包括后连杆长度a 、前后连杆上铰点距离b 、前连杆长度c 、前连杆下铰点的高度d 、前后连杆下铰点水平距离e 、掩护梁长度g （图20-13中线段AE 长度）。

二、优化设计数学模型（1）输入参数输入参数即优化设计中的设计参数。

如图20-13所示，取支架在最高位置时后连杆与水平线夹角Q 1、掩护梁与水平线夹角P 1、后连杆长度a 与掩护梁长度g 的比值I 、前后连杆上铰点距离b 与掩护梁长度g 的比值I 1为输入参数。

（2）目标参数目标参数取掩护梁与顶梁铰接点E 的水平摆幅。

优化目标是使目标参数最小。

图20-13 四连杆机构示意图 图20-14 四连杆机构尺寸的确定（3）约束参数前后连杆长度比值c /a 。

前连杆下铰点的高度d 不宜太大，取d ≤H 1/5，H 1为最大计算高度。

最小高度H 2（见图20-14）时掩护梁与水平线夹角P 2不宜太小。

最小高度H 2时后连杆与水平线夹角Q 2不宜太小。

对掩护式支架，瞬心O 1与E 点连线与水平线夹角¸越小越好。

（4）由输入参数计算四连杆机构尺寸优化设计时，需要由输入参数Q 1、P 1、I 、I 1等计算四连杆机构尺寸，以便建立有限元模型进行运动分析。

可由几何关系，得掩护梁长度111sin sin Q I P H g +=（20-4）则后连杆长度为a =Ig （20-5）前后连杆上铰点距离b为b=I1g （20-6）其余尺寸可按以下方法确定：如图20-14所示，由角度P1、Q1以及按式（20-4）、式（20-5）、式（20-6）计算出的尺寸g、a、b，可以确定机构在最大高度时掩护梁和后连杆的位置E1A1O2以及O2点的位置。

然后由尺寸H2、g、a，可以确定机构在最小高度时掩护梁和后连杆的位置E2 A2O2，以及掩护梁与后连杆垂直时位置（假定E3在竖直线上）E3A3O2。

液压支架的最优化设计摘要：本文介绍了从两组不同参数的采矿工程所使用的液压支架（如图1）中选优的流程。

这种流程建立在一定的数学模型之上。

第一步，寻找四连杆机构的最理想的结构参数以便确保支架的理想的运动轨迹有最小的横向位移。

第二步，计算出四连杆有最理想的参数时的最大误差，以便得出最理想的、最满意的液压支架。

图1 液压支架关键词：四连杆机构；优化设计；精确设计；模糊设计；误差1.前言：设计者的目的时寻找机械系统的最优设计。

导致的结果是一个系统所选择的参数是最优的。

一个数学函数伴随着一个合适的系统的数学模型的出现而出现。

当然这数学函数建立在这种类型的系统上。

有了这种数学函数模型，加上一台好的计算机的支持，一定能找出系统最优的参数。

Harl描述的液压支架是斯洛文尼亚的Velenje矿场的采煤设备的一个组成部分，它用来支护采煤工作面的巷道。

它由两组四连杆机构组成，如图2所示.四连杆机构AEDB 控制绞结点C 的运动轨迹，四连杆机构FEDG 通过液压泵来驱动液压支架。

图2中，支架的运动，确切的说，支架上绞结点C 点竖向的双纽线的运动轨迹要求横向位移最小。

如果不是这种情况，液压支架将不能很好的工作，因为支架工作在运动的地层上。

实验室测试了一液压支架的原型。

支架表现出大的双纽线位移，这种双纽线位移的方式回见少支架的承受能力。

因此，重新设计很有必要。

如果允许的话，这会减少支架的承受能力。

因此，重新设计很有必要。

如果允许的话，这种设计还可以在最少的成本上下文章。

它能决定去怎样寻找最主要的图2 两四连杆机构四连杆机构数学模型AEDB 的最有问题的参数421,,a a a 。

否则的话这将有必要在最小的机构AEDB 改变这种设计方案。

上面所罗列出的所有问题的解决方案将告诉我们关于最理想的液压支架的答案。

真正的答案将是不同的，因为系统有各种不同的参数的误差，那就是为什么在数学模型的帮助下，参数421,,a a a 允许的最大的误差将被计算出来。

四连杆机构
平面连杆机构的典型代表：四连杆机构
四连杆机构的分类： 双曲柄
双摇杆 曲柄摇杆
曲柄摇杆的存在条件： 1）最短杆与最长杆的长度
之和小于过等于其余两杆长度之和 2）取最短杆的邻变为机架
四连杆机构
• 传动角与压力角 传动角是从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方 向的所夹的锐角（如图所示α ）。压力角γ的余角，是 连杆BC与摇杆CD夹的锐角。
四连杆优化设计
fx=0
for i=1:s
qbi=qb0+0.5*pi*i/s【曲柄转过的角度】
ygi=yg0+2*(qbi-qb0)^3/(4*pi)【摇杆转过的角度】
bdc=sqrt (1+x(3)^2-2*x(3)*cos(qbi))【计算 i 】
ai=acos((bcd^2+x(2)^2-x(1)^2)/(2*bdc*x(2)))【计算 i】 bi=acos((bdc^2+x(3)^2-1)/(2*bdc*x(3)))【计算 i 】
if qbi>0 & qbi<pi
•
psi =pi-ai-bi
•
elseif qbi>pi &qbi<=2*pi
•
psi = pi-ai+bi
•
end
•
fx = fx +(ygi-psi) ^2
i
•
end
•
f = fx
四连杆优化设计
建立约束函数的M文件con0(x).m function[c,ceq]=con0(x) c(1)=x(1)^2+x(2)^2-(x(3)-1)^2-2*x(1)*x(2)*cos(45*pi/180)【最小转动角约束】 %c(2)=-x(1)^2-x(2)^2+(x(3)+1)^2-2*x(1)*x(2)*cos(135*pi/180)【最大传动角约束】 c(3)=1-x(1) c(4)=1-x(2) c(5)=1-x(3) c(6)=1+x(1)-x(2)-x(3) c(7)=1+x(2)-x(1)-x(3) c(8)=1+x(3)-x(2)-x(1) ceq=[]

目录摘要 (1)引言 (2)1液压支架的选型 (3)1.1数学模型 (4)2.液压支架的随机模型 (6)2.1数学模型 (6)3 实例 (7)3.1 AEDB机构的最优化连杆 (8)3.2 AEDB机构的最佳公差 (9)4.结论 (10)参考文献 (11)液压支架的优化设计摘要：本论文论述了一种最优化程序，这种程序主要是针对从事采矿业液压支架两组参数的最佳测定。

它是基于数学规划的方法。

首先，寻求这些四连杆机构的最优参数值是为了确保支架在做所要求的运动的同时，使得横向位移最小。

其次，计算出四连杆机构最佳数值的最大偏差。

关键词：四连杆机构；数学规划；逼近法；公差引言设计师的目的是为完美的机械系统寻求最好的设计。

这种努力的一部分,是优化所选择一些特定的系统参数。

如果为系统做出数学模型，就可以使用数学规划法。

当然，这取决于系统的类型。

在这种情况下，计算机的应用有助于能够确保找到系统的最优参数。

有Harl1998年所描述的液压支架（见图1）是斯洛文尼亚矿厂采矿设备之一，它用于保护矿井巷道的工作环境。

它有两组四立柱（FEDG and AEDB）所组成，如图2中所示。

机构 AEDB决定藕合点ｃ的运动，机构FEDG通常石油液压缸驱动的。

图1 液压支架图2 四连杆机构那就要求支架的运动更精确，如图2中C 点的运动方向要垂直于最小横向位移。

如果不是这种情况，液压支架将不能正常工作，因为它缺乏机械的通用性。

1992年在Grm 实验室对液压支架的原型机做过试验。

支架表现出恒大大横向位移，这就降低了它的适用性。

所以，有必要对此重新设计。

如果可能的话，这项工程应在提高支架性能的同时，尽量降低成本。

这就决定了采用数理规划法为AEDB 四连杆机构中最有争议的参数1a 、2a 、4a 寻求最优值。

否则，有必要改变这个项目，至少改变AEDB 机构。

以上问题的解决将使我们重新考虑理想液压支架的系统。

由于各种系统参数存在偏差，实际的考虑将是不同的，这也就是我们为什么用数理规划法计算参数1a 、2a 、4a 的最大允许偏差的原因。

液压支架四连杆机构的三维建模和运动仿真摘要:利用UG的建模模块(model)对液压支架四连杆机构进行快速整体建模,然后应用UG的运动仿真模块(animation)对支架升架、降架的运动过程进行模拟分析,同时利用标记点对顶梁端点的运动轨迹进行跟踪,来验证端点最大水平变动量是否满足设计要求。

关键词:液压支架;四连杆机构;三维建模;运动仿真0引言三维建模彻底改变了传统设计理念,使设计者头脑中产生的三维实体图形可以直接仿真到屏幕上,既形象又直观。

使设计人员从想象各种视图的困境中解放出来,对于复杂的模型更可避免传统设计方式难以避免的错误。

而在建造物理样机之前,通过建立的三维数字化模型进行运动仿真可以对运动特性及干涉情况进行检验,从而预知设计的机构是否满足要求。

本文以ZTA6500型液压支架为例,应用UG软件探索一种三维整体简化、快速建模和运动仿真的方法。

1UG软件简介Unigraphics(简称UG)是美UGS公司的拳头产品。

该软件不仅具有强大的实体模型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能,而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,从而提高设计的可靠性。

同时可用建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工,其后处理程序支持多种类型数控机床。

另外它所提供的二次开发语言UG/open GRIP,UG/open API简单易学,实现功能多,便于用户开发专用CAD系统。

2液压支架及其四连杆机构液压支架的主要功能是支撑工作面顶板,阻止顶板冒落的岩石窜入作业空间,以保证工作面内机器和人员的安全生产。

由于其工作性质所致,较为关心的是端面距的尺寸,而梁端摆动幅度会对端面距的尺寸造成直接影响。

液压支架四连杆机构的设计是掩护式和支撑掩护式液压支架整体设计的核心和基础,四连杆机构是由顶梁,掩护梁,前、后连杆和底座五大构件组成。

四连杆机构的主要作用是保证支架的纵向和横向稳定性,承受和传递外载,并能够实现移架,设计的好坏决定着顶梁端点的运动轨迹。

凡二 ｉ ｓ月 几／ 只Ｓ ｎ ｉ ｎ
（） １
Ｆ Ｓｌ Ｓｌ ３二Ｆ ・ｉＰＩ ， ｌ ３ Ａ ｉ ｌ （） ２
其中：ｐ ｒ， ｒ ｝ ａ 一 ｌ ， ＝ ， ｊ ＝ ， ｐ １ ’ ｆ － ｅ ， ６ ， ， ０ ｅ ｒ ｆ 在公式 （ ， ） （）中， １ ２ 如果，＝，即 ｒ＝，前后 ６Ｏ ， ｉ ｏ 连杆 平行了，由 于分母 为 ０ 则 弓 凡不 ， 、 存在；如果ｌ接近于 ０ ｓｎ ６ ， ； Ｒ 也趋近 ０ 凡 相当 ｉ ， 于 ＞ 、凡 大， 结果是不能 作为可 行方案被采 用的。当 然连杆平 行时瞬心 。 无法计算，因此 更 公式 （） （） １， 和图二、 在Ｎ ０时出现了不 ２ 图三 １ 连续的可能 （ 深入的分 具体
Ｑ ｚ二气 处也是连续的。 根据力的三要 素原则，可以 在前后连 得出 杆平行时，
四 连杆机构的受力是 连续的， 计算结果 无限接 近于连杆平行 时的数值。
＇ ３连续 性的应用
＇ ． 后连杆平行的条件 ３１前
图八是一个任意四边形，如果 Ｌ Ｌ在某一 ， ． ， 。 位置出 现平行，即。二 ： 。。，
Ｆ／ Ｚ Ｆ ， ， ／ 。 ／ Ｆ Ｂ土 ， Ｂ土Ｆ Ｅ ， ＤＦ ， ， 很明 。Ｅ 一直线 在同 显 Ｂ 上，因 Ｆ Ｆ Ｆ 而 ， ２ ａ ， ，
和 ＤＥ Ｂ 形成一个杠杆受力模型，可 以得出：
凡 凡
二凡 ． Ｅ／ Ｅ Ｄ Ｂ
（ ５） （ ６）
二只 ．Ｄ Ｂ ＩＥ Ｂ
法：
（） 据图七 １根 建立一 个数学 模型， ，Ｆ／ 当Ｆ ＺＦ时： ／ ／。
Ｐ二 丽， 凡 ＢＤ ’ Ｆ“ ’ ’ ２气 ３
（）由 特征的连续性， ２ 于力学 对于 某一 高度下 支架的 受力状况可根据相 邻点的受力 状况分析出来。数值计算 绝大多数 取得的结 果只能 是近似结果， 有 一 定的 误差， 但不 会影响结果的可 靠性。因此 人为地制造 可以 一个误差△ ，当