液压支架小四连杆护帮机构的优化设计

５ ６ ． １ ｋ Ｎ・ ｍ， 而 优 化 后 该 机 构 的 最 大 挑 起 力 矩 为
７ １ ． ０ ４ ｋ Ｎ・ ｍ。因此通 过 优化 设 计 ， 在 保证 机 构 成 立
的基础 上 ， 力 矩增 大 了 近 ２ ７ ％， 有 效 地 增 强 了 护 帮 的支 护能力 。
机 械 集 团股 份 有 限公 司设 计 研 究 院 成 套 所所 长 。
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图 ２ 小 四连 杆 机 构 Ｄ 点 力 学模 型
３ ８・
２ ０ １ ３年第 ５期
田 龙， 等： 液压 支架 小 四连杆 护帮机 构 的优化 设计
总第 ２ ０ ９期
２ 优 化 方 法 选 择
小 四连 杆 护 帮机 构 优 化 的 目标 ： 在 满 足轨 迹 要
Ｐ（ ｃ ０ ｓ ＨＤＯｌ ｓ ｉ ｎＬＥ ＤＯ３＋ｓ ｉ ｎ Ｈ ＤＯｌ ｃ ｏ ｓ Ｅ ＤＯ ３ ）
Ｃ Ｏ Ｓ ＣＤＯｌ ｓ ｉ ｎＬ ＥＤＯ３＋ ｓ ｉ ｎ Ｃ ＤＯ ｌ Ｃ Ｏ Ｓ ＥＤＯ３ Ｐｅ ｏ ｓ ＨＤＯ ｌ＋ Ｆ２ Ｃ Ｏ Ｓ ＣＤＯ１
— — — 一
１ 小 四连 杆 机 构 的 运 动 及 力 学模 型
液压 支架 小 四连 杆式 护帮机 构如 图 １ 所示 。其
运 动原理 ： 通过 液压 油 缸 活 塞杆 的伸 缩使 连 杆 机 构 围绕 Ｏ点 进 行 转 动 。护 帮 机 构 由于 受 液 压 支架 运 输及 支 护限定 ， 设计 时 应 确保 水 平 挑 起及 逆 时 针 收
因此在 液 压 支 架设 计 中的 应 用 越 发 普 遍 … 。但 由 于受机构 运动 及空 间 布置 的影 响 ， 人 工选 择 小 四连
对小 四连杆 护 帮 机 构 建 立 关 于 Ｄ 点 的 力 学 模
型（ 图２ ） ， 设千 斤顶 的作用 力 为 Ｐ， 左 连杆 Ｅ Ｄ 的连 杆力 为 Ｆ ， 右连 杆 Ｃ Ｄ 的 连杆 力为 Ｆ ， 则 关 于 Ｄ 点 水平 力平衡 方程 为 ：
源自文库
摘要 ： 根 据 液 压 支 架 小 四连 杆 护 帮 机 构 特 性 ， 推 导 了该 机 构 的运 动及 力 学 模 型 ； 论 述 了循 环 遍 历 算 法 在 小 四
连 杆 优 化 设 计 方 面 的 优势 及 循 环 遍 历 优 化 算 法 的具 体 实 现 过 程 ， 并 对 优 化 前 后 小 四连 杆 机 构 参 数 进 行 了对 比分 析 。 结 果表 明 ， 利 用 循 环 遍 历 优 化 算 法进 行 设 计 对 小 四连 杆 护 帮 机 构 的 性 能 有较 大程 度 的提 高 。 关键词 ： 液压支架 ； 小 四连 杆 护 帮 机 构 ； 优 化 设 计 中 图分 类号 ： Ｔ Ｄ ３ ５ ５ ． ４ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３—０ ５ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ３ ８— ０ ２
杆 机构参 数 的工作 量 大 ， 时间长， 精度低 ， 且 不 能保
证该 机 构 的力 矩最 大 。笔 者通过 小 四连杆机 构 的运 动 及力 学特性 分析 ， 利 用 计 算机 优 化 算 法可 快 速 准 确 地选 取小 四连杆 护帮 的机构参 数 。
联 立式 （ １ ） 、 式（ ２ ） 解 方程得 ：
式中， 为Ｅ Ｄ杆 关于 Ｅ点 的水 平 角 ， 可通 过 三角 形 的正 弦或余 弦定理 求得 。
图１ 小 四连 杆 护 帮 机 构 展 开 简 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３一 叭 一ｌ ７
作 者 简 介 ：田 龙 （ １ ９ ６ ３ 一） ， 男， 山 东 济南 人 ， 工程师 ， 现 任 郑 州煤 矿
随 着煤炭 开采 技 术 的发 展 ， 大 采 高 液压 支 架 在 煤 矿综 采工作 面得 到 了越 来越广 泛 的应用 。随着 采 高的增 加 ， 煤壁 片 帮的可 能性增 大 ， 对 液压 支架护 帮 板 的设计 提 出了更 高的要 求 。与铰接 式护 帮机构 相 比， 小 四连杆式 护 帮机构 能够提 供更强 的支 护力矩 ，
Ｘ０ ＝０； Ｙ ｏ ＝０ ＸＡ＝０； Ｙａ＝ａ
Ｘ８： ｂ； ＹＢ＝ Ⅱ
Ｘｃ＝ ｂ； Ｙｃ 。 一Ｃ
ＸＦ＝ 一ａｓ ｉ ｎ ０一 ｇｅ ｏ ｓ ０； Ｙ Ｆ ＝ａＣ Ｏ ８ ０ 一ｇｓ ｉ ｎ ０
ＸＥ＝ Ｘ，＋ ｉ ｎ ０； Ｙ Ｅ ＝ Ｙ，一 Ｏ ８ ０ ＸＤ ＝Ｘ ＋ ｅ ｃ ｏ ｓ ； Ｙｏ ＝ Ｙ Ｅ —ｅ ｓ ｉ ｎ
Ｐ ｅ ｏ ｓ Ｈ Ｄ Ｏ ｌ ＋ Ｆ ２ Ｃ Ｏ Ｓ Ｃ ＤＯ １ 一Ｆ ｌ Ｃ Ｏ Ｓ Ｅ Ｄ Ｏ ３ ＝ ０ （ １ ）
关 于 Ｄ点 垂直 力平衡 方程 为 ：
Ｐ ｓ ｉ ｎ Ｈ Ｄ Ｏ １ ＋ Ｆ ２ ｓ ｉ ｎ ＬＣ Ｄ Ｏ １ ＋Ｆ ｌ ｓ ｉ ｎ Ｅ ＤＯ ３ ＝ ０ （ ２）
２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
中州 煤 炭
总第 ２ ０ ９ 期
液 压 支 架 小 四连 杆 护 帮 机 构 的优 化 设 计
田 龙 ， 张定 堂。 ， 李 海 波
（ １ ．郑 州煤 矿 机 械 集 团股 份 有 限 公 司 ， 河南 郑 州 ４ ５ ０ ０ １ ３ ； ２ ．南京 迈 实软 件 有 限 公 司 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ １ ８ ）
回 时 机 构 不 会 发 生 干 涉 。
设 ０点 到左 连 杆 Ｅ Ｄ 的垂 直 距 离 为 ｈ ， 护 帮 力
矩 为 ， 则： ＝Ｆ ， ｈ 。
设 ０点 为直角 坐标 系原 点 ， 护 帮水 平 挑起 时护 帮转 动 角为 ０ ， 护 帮 围绕 ０点 逆 时 针旋 转 时旋 转 角 为 ０ ， 则图 １ 所示 各点位 置关 于 ０的位 置方 程为 ：