基于VB語言的液壓支架四連桿計算機輔助設(shè)計

1、科技情報開發(fā)與經(jīng)濟SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT&ECONOMY2008年第18卷第29期文章編號:1005-6033(200829一013302收稿F1期:2008-09一i0基于VB語言的液壓支架四連桿計算機輔助設(shè)計王本林,王軍(煤炭科學(xué)研究總院太原研究院,山兩太原,030006摘要:介紹了四連桿計算機輔助設(shè)計數(shù)學(xué)模型,論述了計算機程序編制及優(yōu)化,并進行了實例計算及仿真驗證。關(guān)鍵詞:液壓支架;四連桿機構(gòu);計算機輔助設(shè)計中圖分類號:TD355+.4文獻標(biāo)識碼:A液壓支架是煤礦綜采工作面主要設(shè)備之一.自20世紀(jì)90年代開始普遍采用四連桿機構(gòu)作為穩(wěn)定機構(gòu)

2、。具有四連桿機構(gòu)的液壓支架從同世以來.經(jīng)過長期的工業(yè)實踐檢驗已顯示出巨大的優(yōu)越性,并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)特性的缺陷。四連桿機構(gòu)作為液壓支架的主要機構(gòu).存保證支架的縱向和橫向穩(wěn)定性、保持支架的整體剛度外.對于頂板管理和提高支架支護性能也有積極的作用。當(dāng)支架降架時.借助四連桿機構(gòu)可使支架頂梁運動軌跡保持近似直線.以提高頂板管理性能;同時,四連桿機構(gòu)能使支架能承受較大的水平力.有利于抑制頂板移動。設(shè)計優(yōu)良的四連桿機構(gòu)能橄大提高液壓支架支護性能。因此利用計算機實現(xiàn)快速、精確地設(shè)計液壓支架四連桿有其積極意義。l四連桿計算機輔助設(shè)計數(shù)學(xué)模型液壓支架四連桿設(shè)計歸為軌跡機構(gòu)設(shè)計范疇.主要設(shè)計方

3、法有圖解法、實驗法、解析法、圖譜法和數(shù)值比較法等幾種方法。其巾,懈析法是根據(jù)機構(gòu)已知參數(shù)和應(yīng)求的未知量建立的數(shù)學(xué)模型進行求解.獲得精確的計算結(jié)果,相對其他幾類設(shè)計方法最適于運崩程序語言編程實現(xiàn)支架四連桿計算機輔助設(shè)計。1.1四連桿參數(shù)確定液壓支架四連桿工作關(guān)系見圖l。在保證點近似豎直線移動的情況下。該四連桿要求。:.L,.厶.厶和x。Y共7個未知數(shù)的解。對四連桿閉合部分建立數(shù)學(xué)解析模型:Lzcosa-L,eosfl-Lssinl8=-x+Llco吖(1 L2sina+L西咿L,c鵯8.y+厶siny(2整理方程式(1和(2得:(z+厶po孵L筘。爭厶面1118%(y-L舞inaL3sinfl+

4、LseospZ=-L12(3厶為前連桿長:L:為后連桿長;厶為前后連桿鉸距;厶為頂梁前桿鉸距;己溈前桿偏距:a為后連桿角;盧為掩護粱角;7為前連桿角;p為軌跡角;x3.n為前連桿下鉸點坐標(biāo)圖I液壓支架四連桿工作關(guān)系方程式(3包含.L:,厶,L,禹Y共6個未知教.理論上獲取F點6個位置。即選取6組L:.厶的角度參數(shù)a和口.就可求解ill確定的閉合四連桿所包含的6個未知數(shù)。求解此6個方程構(gòu)成的方程組會非常困難.有時可能沒有解或解沒有工程實用價值。為了提高計算機求解速度和算法性能,可以根據(jù)支架主要技術(shù)參數(shù)預(yù)先確定部分未知數(shù)數(shù)值:第一.根據(jù)支架升降范圍和掩護梁后連桿長度比、作煒范嗣,首先確定后連桿長度

5、L:和LL4。第二.根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗假定厶。厶數(shù)值。確定上述3個未知數(shù)后只需要提供3組口和口即可求解出x,y,|已。數(shù)值。綜合先前求出的L3+L.即可以確定液壓支架四連桿機構(gòu)全部參教。I.2四連桿參數(shù)優(yōu)化實際上用上述方法求得的軌跡機構(gòu)也只是在3個E點位置上能精確實現(xiàn)軌跡要求.但在支架升降行程其他位置上均有偏差.其結(jié)果不一定令人滿意,尚需要通過優(yōu)化設(shè)計方法求出合適的解。由于方程(3中L:根據(jù)支架升降行程和掩護梁后連桿長度比已經(jīng)確定.只對其他5個參數(shù)進行優(yōu)化選擇.計算程序優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)如下:(1設(shè)計變量:取連桿機構(gòu)中的L.厶.L,.z.,為優(yōu)化設(shè)計中的設(shè)計變量.記為:x=jI'#2,如,知.j,

6、kl,L3,zmx,yro(2日標(biāo)函數(shù):E點在支架升降行程中的水平擺幅AXe(X;點瞬移方向與豎直線夾角正切值tanO(X。2計算機程序編制及優(yōu)化根據(jù)對液壓支架四連桿機構(gòu)的數(shù)據(jù)解析和優(yōu)化選擇編制計算機程序.程序框圖地圖2。圖2程序框圖在程序?qū)崿F(xiàn)中,首先根據(jù)支架最大最小支護高度確定連桿最大最小高度Jl。和一.再綜合連桿位置約束汁算出合適的支架后連桿和掩護梁長度.此處可以根據(jù)需要選取所需數(shù)據(jù).程序界面處圖3。當(dāng)后連桿和掩護粱長度L2,L也.確定后執(zhí)行。繼續(xù)設(shè)計”命令.程序進入四連桿綜合優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)。.133萬方數(shù)據(jù)王本林,王軍基于VB語言的液壓支架四連桿計算機輔助設(shè)計本刊E-mail:bjb信患技

7、術(shù) 圖3后連桿和掩護梁設(shè)汁結(jié)果在優(yōu)化設(shè)計中.當(dāng)液壓支架從高到低降架時頂梁保持向煤壁運動趨勢較為理想。但當(dāng)支架淵高范圍較大時.實現(xiàn)這一情形比較用難,為了保持支架梁端距穩(wěn)定.控制梁端距擺動幅度AXe30mm一70am,需要采用E點雙紐軌跡中的曲cd段。對應(yīng)這兩種情況程序?qū)崿F(xiàn)兩種汁算功能:第一,支架降架時頂梁一直向煤壁方向運動時記為單調(diào)運動。程序輸出頂梁擺動幅度AXe和E點角度0最大正切值Max(tan0。第二,支架降架時頂梁有向煤壁和采空區(qū)兩個方向運動時記為雙紐運動。由于i麓j高范圍大.頂梁擺動幅度小(一般為40mm左右,E點角度日最大正切值Max(tan0<0.2.符合四連桿力學(xué)性能設(shè)計要

8、求,程序只輸出頂梁擺動幅度AXe和特殊擺幅點相關(guān)信息。程序界面見圈4。當(dāng)上述兩種情況都不能滿足設(shè)計要求時,執(zhí)行“程序返回”命令,重新設(shè)計后連桿和掩護粱長度,執(zhí)行“繼續(xù)設(shè)計”命令,循環(huán)進入下一界面進行綜合優(yōu)化設(shè)計。直至得到符合設(shè)計需要的液壓支架四連桿參數(shù)。3實例計算及仿真驗證選取3850ram/1900mm支護高度兩柱掩護式液壓支架進行四連桿設(shè)計。根據(jù)支架受力狀況,確定四連桿升降高度。和.分別為3250mm.1300mm。啟動程序輸人最大最小高度和預(yù)期后連桿、掩護粱運動范同.初箅后連桿和掩護粱長度,任意選定第一組解。選定后連桿和掩護梁長度后.“繼續(xù)設(shè)計”進入前連桿和四連桿機構(gòu)參數(shù)設(shè)計。根據(jù)支架受

9、力確定前后連桿上鉸點距離厶范圍為450mill一500mill.為提高汁算速度.取前連桿上鉸點至掩護梁兩端鉸點連線距離為O。輸入點軌跡相關(guān)約束條件進行單調(diào)計算,見網(wǎng)4。由于支架凋高范嗣較大,當(dāng)支架降架頂梁單調(diào)向煤壁方向運動時.保證tan0<0.2情況下AXe最小值可以達到115mill左右.頂梁梁端距變化較大不利于頂板管理。選撣按降架時頂梁產(chǎn)生雙紐運動選項重新汁算四連桿尺寸.直至得到合適的四連桿結(jié)構(gòu)。對雙紐運動算例進行仿真驗證,在支架支護高度范同內(nèi)從上到下每隔50illnl輸出E點軌跡(見表1.證明四連桿軌跡合乎使用要求。圖4單調(diào)運動四連桿設(shè)計結(jié)果裹IE點軌跡坐標(biāo)(mm,Z3250949

10、255095ll 85094032009572500949l 80094231509632450946l 75094431009662400944l 70094630509682350942l 6509483000969230094I l 60095l29509692250939l 55095429009682200938150095728509662150938l 45096028009642100937l 40096327509622050937l 35096727009592000937l30097l2650956l 9509382600954l 9009394結(jié)語利用計算機程序語言實現(xiàn)

11、機構(gòu)和系統(tǒng)的計箅機自動設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計能大幅提高工作效率?；赩B語言的液壓支架四連桿汁算機輔助設(shè)計程序經(jīng)過仿真驗證證實設(shè)汁結(jié)果準(zhǔn)確,其人機交互的設(shè)汁界面能最大限度地滿足設(shè)汁人員實時控制設(shè)汁結(jié)果的要求,能快速地完成設(shè)計任務(wù)。參考文獻1王國法.液壓支架技術(shù)M.北京:煤炭工業(yè)出版社.1999.(責(zé)任編輯:薛培榮第一作者簡介:工本林,男,1980年12月生,2003年畢業(yè)于山東科技大學(xué)機械設(shè)計譬業(yè).助理T程師.煤炭科學(xué)研究總院太原研究院.山西省太原市并州南路108號.030006.The Computer Aided Design of Four-bar Linkageof Hydraulic Support BasedonVB LanguageWANG Benlin,WANG JunABSTRACT:This paper introduces Introduced the mathematics model of computer aided design of the fourbar linkage,discusse