掩护式液压支架的优化设计.pdf

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1、2014年第2期煤矿支护47石家庄中煤杯参评论文掩护式液压支架的优化设计张闯杨琳琳[三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110027]摘要液压支架对支护顶板的管理能力由四连杆结构参数决定。本文以顶梁前端运动轨迹为目标函数，建立了支架几何运动模型，应用混沌粒子群算法对ZY6OOO进行了优化设计。通过对比分析，优化的参数合理可靠，提高了支架的运动特性，为液压支架的设计方法提供了一个新的参考。关键词液压支架四连杆粒子群算法优化设计I液压支架是综采工作面的支护设备，主(要作用是支护采场顶板，维护安全作业空。间。掩护式液压支架的掩护梁

2、、底座和前后连杆构成了四杆机构，它决定了支架在升降＼过程中顶梁前端的运动轨迹。对其四杆机构进行优化设计，可以有效地控制轨迹变化的宽度，有利于支架对顶板的支控和管理。2液压支架运动学模型液压支架运动模型如图1所示。图1中，()点是底座与后连杆的铰点，图1i匿压支架简化结构模型A点是底座与前连杆的铰点，B点是掩护梁度。以0点为坐标原点，根据几何关系得与前连杆的铰点，C点是掩护梁与后连杆的到下式：铰点，E是顶梁与掩护梁的铰点。I是后d一L+L；+I；+2L~／L；+LjCOS(7r连杆的长度，I为前后连杆与掩护梁铰点—ata

3、n(I5／L6)一G)(1)B和c之间的长度，LJ是前连杆的长度，￡一口COS[(d+L：+L；一L)／(21。L为前连杆与掩护梁的铰点B到掩护梁与顶梁的铰点E之间的长度，I。是前连杆与~／L；+L；)]+ncos[(d。+L一L)／底座铰点A的高度，L是前连杆与底座铰(2dL4)](2)点A与后连杆与底座铰点B的水平距离，d是铰点A与铰点C之间的距离，a为掩护{yXa~L6c3梁与水平方向的夹角，8为后连杆与水平方向的夹角，e是前连杆与AO之问的夹角，{lxY~一=Ltcsoinst3t3c4e是铰点E轨迹变化的长度

4、，H是支架的高48煤矿支护2014年第2期{lYXb：~—：L1．6—-++一L4cCoOS[。e—一-—a口tan(Ls5／Ls6)_Jc5Z3，⋯⋯。4液压支架的优化设计』xa===L(6)【Y一0JxeLs—Lc。s[￡一nan(L5／L6)]一Lsc。sa(7)根据上述液压支架的结构尺寸和几何关系，选取各杆长度参数L、L、L。、I⋯H一(L2+L3)sina+L】sin8(8)L、L为设计变量，即：X一[Ll，L2，L3，I4，L5，L6]=：=3混沌粒子群优化算法Ex1，x2，x3，X4，X5，x6]以铰点E

5、的轨迹变化最小为目标函数，混沌粒子群算法是一种集群智能优化算则有：法，其主要思想是：当粒子陷入局部最优点f(x)一e—x⋯一x⋯一min(11)时，首先产生一初始混沌变量，然后利用混支架由高到低运动，所采用的约束条沌映射函数产生混沌序列，并把每维变量变件为：换到优化变量的取值区间，替代原粒子，然①满足式(1)～(8)的要求；后继续进行混沌搜索，直到满足迭代条件为②支架高度范围满足H

6、；过跟踪两个“极值”来更新自己。第一就是④支架由高到低运动，夹角a应满足粒子本身所找到的最优解，即个体极值25。≤a≤52～62。，夹角B应满足25～3O。≤pbest；另一个极值是整个种群中所找到的B≤75～85。[；最优解，即全局极值gbest。在找到这两个⑤长度比应满足：0．45≤I／(L+最优值时，粒子根据如下公式来更新自己的L。)≤0．608；0．22≤I／(L2+L3)≤速度和位置：0．3；0．439≤Le／(L2+L3)4o．576；rX(t+1)一x(t)+v(t+1)以ZY6000型号液压支架为例，运

7、动最v(t+1)一∞v(t)+c1r1Fpbest(t)一x(t)]高高度3200mm，最低高度1700mm，顶梁l+c2r2[gbest(t)一x(03(9)与掩护梁铰点到顶梁面距离250mm，底座式中：t一当前的迭代次数；与后连杆铰点到底面距离660mm，使顶梁C1、C2一加速系数；前端在工作范围内水平偏移量最小，采用混r、r一(0，1)之间的随机数；沌粒子群算法，取C一0．2，C一0．2，∞一ct，一惯性权值；0．3，种群规模50，最大迭代次数200，在x(t)、v(t)一迭代到第t次时微粒Matlab软件上运行

8、计算，结果见表1。的位置和速度；表1优化结果对比pbest(t)一微粒的个体极值解；优化变量／mm原数据／mm优化后／mmgbest(t)一整个种群的全局极Ll12lO1075值解。L2300412采用Logistic映射构造混沌变量，其迭L315001620代式为：L4128O11O8Z+1一“Zi(1一Zi)(10)L5340