3716 懸移式液壓支架設(shè)計(jì)

3716 懸移式液壓支架設(shè)計(jì),懸移式,液壓,支架,設(shè)計(jì) 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文懸移式液壓支架英文翻譯學(xué)院： 萬(wàn)方科技學(xué)院指導(dǎo)教師： 向道輝專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 08 機(jī)制 3 班姓名： 馬舉學(xué)號(hào)： 0828170013河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1英文原文河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7中文譯文液壓支架的最優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要本文介紹了從兩組不同參數(shù)的采礦工程所使用的液壓支架（如圖 1）中選優(yōu)的流程。這種流程建立在一定的數(shù)學(xué)模型之上。第一步，尋找四連桿機(jī)構(gòu)的最理想的結(jié)構(gòu)參數(shù)以便確保支架的理想的運(yùn)動(dòng)軌跡有最小的橫向位移。第二步，計(jì)算出四連桿有最理想的參數(shù)時(shí)的最大誤差，以便得出最理想的、最滿(mǎn)意的液壓支架。圖 1 液壓支架關(guān)鍵詞：四連桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；精確設(shè)計(jì)；模糊設(shè)計(jì)；誤差1.前言：設(shè)計(jì)者的目的時(shí)尋找機(jī)械系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。導(dǎo)致的結(jié)果是一個(gè)系統(tǒng)所選擇的參數(shù)是最優(yōu)的。一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)伴隨著一個(gè)合適的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的出現(xiàn)而出現(xiàn)。當(dāng)然這數(shù)學(xué)函數(shù)建立在這種類(lèi)型的系統(tǒng)上。有了這種數(shù)學(xué)函數(shù)模型，加上一臺(tái)好的計(jì)算機(jī)的支持，一定能找出系統(tǒng)最優(yōu)的參數(shù)。Harl 描述的液壓支架是斯洛文尼亞的 Velenje 礦場(chǎng)的采煤設(shè)備的一個(gè)組成部分，它用來(lái)支護(hù)采煤工作面的巷道。它由兩組四連桿機(jī)構(gòu)組成，如圖 2 所示.四連桿機(jī)構(gòu)AEDB 控制絞結(jié)點(diǎn) C 的運(yùn)動(dòng)軌跡，四連桿機(jī)構(gòu) FEDG 通過(guò)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓支架。圖 2 中，支架的運(yùn)動(dòng)，確切的說(shuō)，支架上絞結(jié)點(diǎn) C 點(diǎn)豎向的雙紐線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)軌跡要求橫向位移最小。如果不是這種情況，液壓支架將不能很好的工作，因?yàn)橹Ъ芄ぷ髟谶\(yùn)動(dòng)的地層上。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了一液壓支架的原型。支架表現(xiàn)出大的雙紐線(xiàn)位移，這種雙紐線(xiàn)位移的方式回見(jiàn)少支架的承受能力。因此，重新設(shè)計(jì)很有必要。如果允許的話(huà)，這會(huì)減少支架的承受能力。因此，重新設(shè)計(jì)很有必要。如果允許的話(huà)，這種設(shè)計(jì)還可以在最少的成本上下文章。它能決定去怎樣尋找最主要的圖 2 兩四連桿機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 AEDB 的最有問(wèn)題的參數(shù) 。否則的話(huà)這將有必要在最421,a小的機(jī)構(gòu) AEDB 改變這種設(shè)計(jì)方案。上面所羅列出的所有問(wèn)題的解決方案將告訴我們關(guān)于最理想的液壓支架的答案。真正的答案將是不同的，因?yàn)橄到y(tǒng)有各種不同的參數(shù)的誤差，那就是為什么在數(shù)學(xué)模型的幫助下，參數(shù) 允許的最大的誤差將被計(jì)算出來(lái)。421,a2.液壓支架的確定性模型首先，有必要進(jìn)一步研究適當(dāng)?shù)囊簤褐Ъ艿臋C(jī)械模型。它有可能建立在下面所列假設(shè)之上：（1）連接體是剛性的，（2）單個(gè)獨(dú)立的連接體的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)緩慢的.液壓支架是只有一個(gè)方向自由度的機(jī)械裝置。它的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可以通過(guò)同步的兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu) FEDG 和 AEDB 的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬。最主要的四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)液壓支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文9律有決定性的影響。機(jī)構(gòu) 2 只是被用來(lái)通過(guò)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓支架。絞結(jié)點(diǎn) C 的運(yùn)動(dòng)軌跡 L 可以很好地來(lái)描述液壓支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此，設(shè)計(jì)任務(wù)就是通過(guò)使點(diǎn) C 的軌跡盡可能地接近軌跡 K 來(lái)找到機(jī)構(gòu) 1 的最理想的連接長(zhǎng)度值。四連桿機(jī)構(gòu) 1 的綜合可以通過(guò) Rao 和 Dukkipati 給出運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式的幫助來(lái)完成。圖 3 點(diǎn) C 軌跡 L圖 3 描述了一般的情況。點(diǎn) C 的軌跡 L 的方程式將在同一框架下被打印出來(lái)。點(diǎn) C 的相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo) x 和 y隨著四連桿機(jī)構(gòu)的獨(dú)有的參數(shù) … 一起被打印出來(lái)。,21a6點(diǎn) B 和 D 的坐標(biāo)分別是xB=x- cos (1)5a?yB=y- sin (2)xD=x- cos( )(3)6??yD=y- sin( )(4)a?參數(shù) … 也彼此相關(guān),216xB2+yB2= (5)(xD-α 1)2+yD2= (6)4a河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10把(1)－(4)代入（5）－（6）即可獲得支架的最終方程式(x- cos )2+(y- sin )2- =0(7)a?5a?[x- cos( )- ]2+[y- sin( )]2- =0(8)6??16??4a此方程式描述了計(jì)算參數(shù) 的理想值的最基本的數(shù)學(xué)模型。42,a2.1 數(shù)學(xué)模型Haug 和 Arora 提議，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用下面形式的公式表示minf(u,v),(9)約束于gi(u,v) 0,i=1,2,…,l,(10)?和響應(yīng)函數(shù)hi(u,v)=0,j=1,2,…,m.(11)向量 u=[u1,u2,…,un]T響應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)的變量,v=[v 1,v2,…,vm]T是可變響應(yīng)向量，(9)式中的 f 是目標(biāo)函數(shù)。為了使設(shè)計(jì)的主導(dǎo)四連桿機(jī)構(gòu) AEDB 達(dá)到最佳，設(shè)計(jì)時(shí)的變量可被定義為u=[ ]T,(12)1a24可變響應(yīng)向量可被定義為v=[xy]T.(13)相應(yīng)復(fù)數(shù) α 3，α 5，α 6的尺寸是確定的。目標(biāo)函數(shù)被定義為理想軌跡 K 和實(shí)際軌跡 L 之間的一些“有差異的尺寸”f(u,v)=max[g0(y)-f0(y)]2,(14)式中 x=g0(y)是曲線(xiàn) K 的函數(shù)，x=f 0(y)是曲線(xiàn) L 的函數(shù)。我們將為系統(tǒng)挑選一定局限性。這種系統(tǒng)必須滿(mǎn)足眾所周知的最一般的情況。(15)??2143???aa(16)042不等式表達(dá)了四連桿機(jī)構(gòu)這樣的特性：復(fù)數(shù) 只可能只振蕩的。42,a這種情況：(17)u?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文11給出了設(shè)計(jì)變量的上下約束條件。用基于梯度的最優(yōu)化式方法不能直接的解決(9)–(11)的問(wèn)題。minun+1(18)從屬于gi(u,v) 0,i=1,2,…,l,(19)?f(u,v)-un+1 0,(20)并響應(yīng)函數(shù)hj(u,v)=0,j=1,2,…,m,(21)式中：u=[u1…unun+1]Tv=[v1…vnvn+1]T因此，主導(dǎo)四連桿機(jī)構(gòu) AEDB 的一個(gè)非線(xiàn)性設(shè)計(jì)問(wèn)題可以被描述為：minα 7,(22)從屬于約束(23)??02143???aa(24)42,11?22(25)44a(26)??),(0)(7200 yyfg???并響應(yīng)函數(shù)：(27)0)sin()cos( 2525 ??aax??(28)0)]i([][ 246216 ???? aya??有了上面的公式，使得點(diǎn) C 的橫向位移和軌跡 K 之間的有最微小的差別變得可能。結(jié)果是參數(shù) 有最理想的值。421,3.液壓支架的隨機(jī)模型數(shù)學(xué)模型可以用來(lái)計(jì)算比如參數(shù) 確保軌跡L和K之間的距離保持最小。然而421,a河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12端點(diǎn)C的計(jì)算軌跡L可能有些偏離，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)中存在一些干擾因數(shù)。看這些偏離到底合時(shí)與否關(guān)鍵在于這個(gè)偏差是否在參數(shù) 容許的公差范圍內(nèi)。421,a響應(yīng)函數(shù)（27）－（28）允許我們考慮響應(yīng)變量 v 的矢量，這個(gè)矢量依賴(lài)設(shè)計(jì)變量 v 的矢量。這就意味著 v＝h(v)，函數(shù) h 是數(shù)學(xué)模型（22）－（28）的基礎(chǔ)，因?yàn)樗枋龀隽隧憫?yīng)變量 v 的矢量和設(shè)計(jì)變量 v 的矢量以及和數(shù)學(xué)模型中 v 的關(guān)系。同樣，函數(shù) h 用來(lái)考慮參數(shù) 的誤差值 的最大允許值。421,a421,a?在隨機(jī)模型中，設(shè)計(jì)變量的矢量 u=[u1,…,un]T可以被看作 U=[U1,…,Un]T的隨機(jī)矢量，也就是意味著響應(yīng)變量的矢量 v=[v1,…,vn]T也是一個(gè)隨機(jī)矢量 V=[V1,V2,…,Vn]Tv=h(u)(29)假設(shè)設(shè)計(jì)變量U 1,…,Un從概率論的觀(guān)點(diǎn)以及正常的分類(lèi)函數(shù)Uk～ (k=1,2,…,n)中獨(dú)立出來(lái)。主要參數(shù) 和 (k=1,2,…,n)可以與如測(cè)),(kN?? k??量這類(lèi)科學(xué)概念和公差聯(lián)系起來(lái)，比如 = , 。所以只要選擇合適的存在k3??概率，k=1,2,…,n(30)kk???????式（30）就計(jì)算出結(jié)果。隨機(jī)矢量V的概率分布函數(shù)被探求依賴(lài)隨機(jī)矢量U概率分布函數(shù)及它實(shí)際不可計(jì)算性。因此，隨意矢量V被描述借助于數(shù)學(xué)特性，而這個(gè)特性被確定是利用Taylor的有關(guān)點(diǎn)u=[u 1,…,un]T的函數(shù)h逼近描述，或者借助被Oblak和Harl在論文提出的MonteCarlo的方法。3.1 數(shù)學(xué)模型用來(lái)計(jì)算液壓支架最優(yōu)化的容許誤差的數(shù)學(xué)模型將會(huì)以非線(xiàn)性問(wèn)題的獨(dú)立的變量w=[ ] (31)1a?24T和目標(biāo)函數(shù)(32)421)(awf???的型式描述出來(lái)。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文13約束條件(33)0??EY?,11a?22a??(34)44在式（33）中，E 是是坐標(biāo) C 點(diǎn)的 x 值的最大允許偏差 ，其中Y?jAjjiY aag?????241),(61??A={1,2,4}(35)非線(xiàn)性工程問(wèn)題的計(jì)算公差定義式如下：(36))11min(42a??它服從以下條件：(37)0??EY?, (38)11a?22a??(39)444.有數(shù)字的實(shí)列液壓支架的工作阻力為1600kN。以及四連桿機(jī)構(gòu)AEDB及FEDG必須符合以下要求：－它們必須確保鉸接點(diǎn)C的橫向位移控制在最小的范圍內(nèi)，－它們必須提供充分的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性圖2中的液壓支架的有關(guān)參數(shù)列在表1中。支撐四桿機(jī)構(gòu)FEDG可以由矢量(mm)(40)??TTdb]130,25)13(,40[,321 ??來(lái)確定。四連桿 AEDB 可以通過(guò)下面矢量關(guān)系來(lái)確定。(mm)??TTa]130,826,74[,4321?在方程(39)中，參數(shù)d是液壓支架的移動(dòng)步距，為925mm.四連桿AEDA的桿系的有關(guān)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14參數(shù)列于表2中。表1液壓支架的參數(shù)表2四連桿AEDA的參數(shù)4.1 四連桿 AEDA 的優(yōu)化四連桿的數(shù)學(xué)模型 AEDA 的相關(guān)數(shù)據(jù)在方程(22)-(28)中都有表述。(圖 3)鉸接點(diǎn) C雙紐線(xiàn)的橫向最大偏距為 65mm。那就是為什么式(26)為(41)0)65(7??ax桿AA與桿AE之間的角度范圍在76.8 o和94.8 o之間，將數(shù) … 依次導(dǎo)入公式,21x19(41)中所得結(jié)果列于表3中。這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角 … 都在角度范圍[76.8 o,94.8o]內(nèi)而且它們每個(gè)角度,21?19之差為1 o設(shè)計(jì)變量的最小和最大范圍是(mm)(42)Tu]0,1283,64[?(mm)(43)970非線(xiàn)性設(shè)計(jì)問(wèn)題以方程(22)與(28)的形式表述出來(lái)。這個(gè)問(wèn)題通過(guò)Kegletal(1991)提出的基于近似值逼近的優(yōu)化方法來(lái)解決。通過(guò)用直接的區(qū)分方法來(lái)計(jì)算出設(shè)計(jì)派生數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)變量的初始值為(mm)(44)TTa]30,16,74[],,[704201?優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)經(jīng)過(guò)25次反復(fù)計(jì)算后是表3絞結(jié)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的x與y的值角度 x 初值 y 初值 x 終值 y 終值河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文15)(2o?(mm) (mm) (mm) (mm)76.8 66.78 1784.87 69.47 1787.5077.8 65.91 1817.67 68.74 1820.4078.8 64.95 1850.09 67.93 1852.9279.8 63.92 1882.15 67.04 1885.0780.8 62.84 1913.85 66.12 1916.8781.8 61.75 1945.20 65.20 1948.3282.8 60.67 1976.22 64.29 1979.4483.8 59.65 2006.91 63.46 2010.4384.8 58.72 2037.28 62.72 2040.7085.8 57.92 2067.35 62.13 2070.8786.8 57.30 2097.11 61.73 2100.7487.8 56.91 2126.59 61.57 2130.3288.8 56.81 2155.80 61.72 2159.6389.8 57.06 2184.74 62.24 2188.6790.8 57.73 2213.42 63.21 2217.4691.8 58.91 2241.87 64.71 2246.0192.8 60.71 2270.08 66.85 2274.3393.8 63.21 2298.09 69.73 2302.4494.8 66.56 2325.89 70.50 2330.36(mm)(45)Tu]65.3,8109,74.36,2.[*?在表3中C點(diǎn)x值與y值分別對(duì)應(yīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。圖4用圖表示了端點(diǎn)C開(kāi)始的雙紐線(xiàn)軌跡L(虛線(xiàn))和垂直的理想軌跡K(實(shí)線(xiàn))。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16圖 4 絞結(jié)點(diǎn) C 的軌跡4.2 四連桿機(jī)構(gòu) AEDA 的最優(yōu)誤差在非線(xiàn)性問(wèn)題(36)-(38),選擇的獨(dú)立變量 的最小值和最大值為421,a?(mm)(46)Tw]01.,.0[?(mm)(47)3,獨(dú)立變量的初始值為(mm)(48)Tw]1.0,.[0?軌跡偏離選擇了兩種情況 E=0.01 和 E=0.05。在第一種情況，設(shè)計(jì)變量 的421,a理想公差經(jīng)過(guò) 9 次反復(fù)的計(jì)算，已初結(jié)果。第二種情況也在 7 次的反復(fù)計(jì)算后得到了理想值。這些結(jié)果列在表 4 和表 5 中。圖 5 和圖 6 的標(biāo)準(zhǔn)偏差已經(jīng)由 MonteCarlo 方法計(jì)算出來(lái)并表示在圖中(圖中雙點(diǎn)劃線(xiàn)示)同時(shí)比較泰勒近似法的曲線(xiàn)(實(shí)線(xiàn))。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文17圖 5E=0.01 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)誤差圖 6E=0.05 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)誤差5.結(jié)論通過(guò)選用系統(tǒng)的合適的數(shù)學(xué)模型以及采用數(shù)學(xué)函數(shù)，讓液壓支架的設(shè)計(jì)得到改良，河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文18而且產(chǎn)品的性能更加可靠。然而，由于理想誤差的結(jié)果的出現(xiàn)，將有理由再考慮一個(gè)新的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題在四連桿的問(wèn)題上表現(xiàn)的尤為突出，因?yàn)橐粋€(gè)公差變化稍微都能導(dǎo)致產(chǎn)品成本的升高。參考文獻(xiàn)GRM： 《四連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)合成》機(jī)械工程學(xué)院的馬里博爾 1992harl： 《液壓支架的隨機(jī)分析》1998 年謝長(zhǎng)廷：《設(shè)計(jì)靈敏度分析和優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)》，1984 年研究研究，kegl;.：《機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化》、《非線(xiàn)性一階近似的策略》1991 年oblak：《結(jié)構(gòu)第二部分的數(shù)值分析》機(jī)械工程學(xué)院的馬里博 1982 年oblak：《液壓支架的最佳合成》1998 年Dukkipati：《 機(jī)制和機(jī)理論》新德里：威利父子 1989 年