基于VB语言的液压支架四连杆计算机辅助设计

1、科技情报开发与经济SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT&ECONOMY2008年第18卷第29期文章编号:1005-6033(200829一013302收稿F1期:2008-09一i0基于VB语言的液压支架四连杆计算机辅助设计王本林,王军(煤炭科学研究总院太原研究院,山两太原,030006摘要:介绍了四连杆计算机辅助设计数学模型,论述了计算机程序编制及优化,并进行了实例计算及仿真验证。关键词:液压支架;四连杆机构;计算机辅助设计中图分类号:TD355+.4文献标识码:A液压支架是煤矿综采工作面主要设备之一.自20世纪90年代开始普遍采用四连杆机构作为稳定机构。具有四

2、连杆机构的液压支架从同世以来.经过长期的工业实践检验已显示出巨大的优越性,并从根本上克服了支撑式支架稳定性和力学特性的缺陷。四连杆机构作为液压支架的主要机构.存保证支架的纵向和横向稳定性、保持支架的整体刚度外.对于顶板管理和提高支架支护性能也有积极的作用。当支架降架时.借助四连杆机构可使支架顶梁运动轨迹保持近似直线.以提高顶板管理性能;同时,四连杆机构能使支架能承受较大的水平力.有利于抑制顶板移动。设计优良的四连杆机构能橄大提高液压支架支护性能。因此利用计算机实现快速、精确地设计液压支架四连杆有其积极意义。l四连杆计算机辅助设计数学模型液压支架四连杆设计归为轨迹机构设计范畴.主要设计方法有图解

3、法、实验法、解析法、图谱法和数值比较法等几种方法。其巾,懈析法是根据机构已知参数和应求的未知量建立的数学模型进行求解.获得精确的计算结果,相对其他几类设计方法最适于运崩程序语言编程实现支架四连杆计算机辅助设计。1.1四连杆参数确定液压支架四连杆工作关系见图l。在保证点近似竖直线移动的情况下。该四连杆要求。:.L,.厶.厶和x。Y共7个未知数的解。对四连杆闭合部分建立数学解析模型:Lzcosa-L,eosfl-Lssinl8=-x+Llco吖(1 L2sina+L西咿L,c鹎8.y+厶siny(2整理方程式(1和(2得:(z+厶po孵L筘。争厶面1118%(y-L舞inaL3sinfl+Lseo

4、spZ=-L12(3厶为前连杆长:L:为后连杆长;厶为前后连杆铰距;厶为顶梁前杆铰距;己沩前杆偏距:a为后连杆角;卢为掩护粱角;7为前连杆角;p为轨迹角;x3.n为前连杆下铰点坐标图I液压支架四连杆工作关系方程式(3包含.L:,厶,L,禹Y共6个未知教.理论上获取F点6个位置。即选取6组L:.厶的角度参数a和口.就可求解ill确定的闭合四连杆所包含的6个未知数。求解此6个方程构成的方程组会非常困难.有时可能没有解或解没有工程实用价值。为了提高计算机求解速度和算法性能,可以根据支架主要技术参数预先确定部分未知数数值:第一.根据支架升降范围和掩护梁后连杆长度比、作炜范嗣,首先确定后连杆长度L:和L

5、L4。第二.根据设计经验假定厶。厶数值。确定上述3个未知数后只需要提供3组口和口即可求解出x,y,|已。数值。综合先前求出的L3+L.即可以确定液压支架四连杆机构全部参教。I.2四连杆参数优化实际上用上述方法求得的轨迹机构也只是在3个E点位置上能精确实现轨迹要求.但在支架升降行程其他位置上均有偏差.其结果不一定令人满意,尚需要通过优化设计方法求出合适的解。由于方程(3中L:根据支架升降行程和掩护梁后连杆长度比已经确定.只对其他5个参数进行优化选择.计算程序优化设计环节如下:(1设计变量:取连杆机构中的L.厶.L,.z.,为优化设计中的设计变量.记为:x=jI#2,如,知.j,kl,L3,zmx

6、,yro(2日标函数:E点在支架升降行程中的水平摆幅AXe(X;点瞬移方向与竖直线夹角正切值tanO(X。2计算机程序编制及优化根据对液压支架四连杆机构的数据解析和优化选择编制计算机程序.程序框图地图2。图2程序框图在程序实现中,首先根据支架最大最小支护高度确定连杆最大最小高度Jl。和一.再综合连杆位置约束汁算出合适的支架后连杆和掩护梁长度.此处可以根据需要选取所需数据.程序界面处图3。当后连杆和掩护粱长度L2,L也.确定后执行。继续设计”命令.程序进入四连杆综合优化设计环节。.133万方数据王本林,王军基于VB语言的液压支架四连杆计算机辅助设计本刊E-mail:bjb信患技术 图3后连杆和掩

7、护梁设汁结果在优化设计中.当液压支架从高到低降架时顶梁保持向煤壁运动趋势较为理想。但当支架渊高范围较大时.实现这一情形比较用难,为了保持支架梁端距稳定.控制梁端距摆动幅度AXe30mm一70am,需要采用E点双纽轨迹中的曲cd段。对应这两种情况程序实现两种汁算功能:第一,支架降架时顶梁一直向煤壁方向运动时记为单调运动。程序输出顶梁摆动幅度AXe和E点角度0最大正切值Max(tan0。第二,支架降架时顶梁有向煤壁和采空区两个方向运动时记为双纽运动。由于i麓j高范围大.顶梁摆动幅度小(一般为40mm左右,E点角度日最大正切值Max(tan00.2.符合四连杆力学性能设计要求,程序只输出顶梁摆动幅度

8、AXe和特殊摆幅点相关信息。程序界面见圈4。当上述两种情况都不能满足设计要求时,执行“程序返回”命令,重新设计后连杆和掩护粱长度,执行“继续设计”命令,循环进入下一界面进行综合优化设计。直至得到符合设计需要的液压支架四连杆参数。3实例计算及仿真验证选取3850ram/1900mm支护高度两柱掩护式液压支架进行四连杆设计。根据支架受力状况,确定四连杆升降高度。和.分别为3250mm.1300mm。启动程序输人最大最小高度和预期后连杆、掩护粱运动范同.初箅后连杆和掩护粱长度,任意选定第一组解。选定后连杆和掩护梁长度后.“继续设计”进入前连杆和四连杆机构参数设计。根据支架受力确定前后连杆上铰点距离厶

9、范围为450mill一500mill.为提高汁算速度.取前连杆上铰点至掩护梁两端铰点连线距离为O。输入点轨迹相关约束条件进行单调计算,见网4。由于支架凋高范嗣较大,当支架降架顶梁单调向煤壁方向运动时.保证tan00.2情况下AXe最小值可以达到115mill左右.顶梁梁端距变化较大不利于顶板管理。选掸按降架时顶梁产生双纽运动选项重新汁算四连杆尺寸.直至得到合适的四连杆结构。对双纽运动算例进行仿真验证,在支架支护高度范同内从上到下每隔50illnl输出E点轨迹(见表1.证明四连杆轨迹合乎使用要求。图4单调运动四连杆设计结果裹IE点轨迹坐标(mm,Z3250949255095ll 85094032

10、009572500949l 80094231509632450946l 75094431009662400944l 70094630509682350942l 6509483000969230094I l 60095l29509692250939l 55095429009682200938150095728509662150938l 45096028009642100937l 40096327509622050937l 35096727009592000937l30097l2650956l 9509382600954l 9009394结语利用计算机程序语言实现机构和系统的计箅机自动设计、优化设

11、计能大幅提高工作效率。基于VB语言的液压支架四连杆汁算机辅助设计程序经过仿真验证证实设汁结果准确,其人机交互的设汁界面能最大限度地满足设汁人员实时控制设汁结果的要求,能快速地完成设计任务。参考文献1王国法.液压支架技术M.北京:煤炭工业出版社.1999.(责任编辑:薛培荣第一作者简介:工本林,男,1980年12月生,2003年毕业于山东科技大学机械设计譬业.助理T程师.煤炭科学研究总院太原研究院.山西省太原市并州南路108号.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,discusses