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]。

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。

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。