基于JAVA的液压支架四连杆机构优化设计.docx

基于JAVA的液压支架四连杆机构优化设计师素娟康艳艳摘要：液压支架四连杆机构是液压支架的核心，传统的四连杆机构设计采用解析法和作图法，过程繁琐精度低效率差，本文采用Java对四连杆机构进行优化设计计算，满足设计要求，提高了设计精度和效率。关键词：液压支架;四连杆机构;Java前言近年来，随着有限元法、可靠性设计、CAD理论的发展，工程设计逐步向自动化、集成化、智能化方向发展。作为现代设计方法重要内容之一的优化设计得到广泛应用，它是一种寻找和确定最优设计方案的技术。优化设计是以数学规划为理论基础，以计算机为工具来进行的。本文对液压支架四连杆机构进行优化设计。液压支架四连杆机构是支架整体设计的核心。其作用概括起来主要有两个，其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能;其二是使支架能承受较大的水平力。因此设计优良的四连杆机构能极大提高液压支架支护性能。传统的四连杆机构设计采用解析法和作图法，过程繁琐精度低效率差，而利用计算机能够快速并精确地设计四连杆机构，因此具有重要意义。1.四连杆机构运动介绍图1为液压支架四连杆机构模型的结构简图。它由底座、前连杆、后连杆和掩护梁组成。图2为四连杆机构的位置关系图。支架工作过程中E点的运动轨迹如图所示近似为双纽线。当支架顶梁前端点由E_1向E_3运动时，θ角越来越小，顶梁有向前运动的趋势，因此顶板给顶梁的摩擦力和摩擦力引起的附加力都向采空区。当顶梁前端点由E_3向E_2运动时，顶梁有向后运动的趋势，顶板给顶梁的摩擦力指向采煤区，附加力方向仍指向采空区。并且附加力的大小与tan?θ值的大小成正比例关系。图1图2当支架在最高位置时，D_1点的坐标为{█（x_（D_1）=L_3cos?〖α_1〗@y_（D_1）=L_2sin?〖α_1〗+L_1sin?〖β_1〗）┤（1）当支架在最低位置时，D_2点的坐标为{█（x_（D_2）=L_3cos?〖α_2〗@y_（D_2）=L_2sin?〖α_2+L_1sin?〖β_2〗〗）┤（2）当支架后连杆与掩护梁轴线处于垂直状态时，即BC_3⊥E_3C_3时，D_3点的坐标为{█（x_（D_3）=L_3cos?〖α_3〗@y_（D_3）=L_2sin?〖α_3〗+L_1sin?〖β_3〗）┤（3）α_3=arccos（L_6?L）/√（1+〖（L_1?L）〗^2）-arctan?（L_1?L）β_3=π/2-α_3A点就是过D_1〖、D〗_2〖、D〗_3三点的圆的圆心，L_4是该点的半径，因此，可以用圆的方程式〖（x_（D_1）-x_A）〗^2+〖（y_（D_1）-y_A）〗^2=〖L_4〗^2（4）求得：x_A=[（〖x_（D_1）〗^2+〖y_（D_1）〗^2）-（〖x_（D_3）〗^2+〖y_（D_3）〗^2）]（y_（D_3）-y_（D_2））/2[（y_（D_1）-y_（D_3））（x_（D_3）-x_（D_2））-（x_（D_1）-x_（D_3））（y_（D_3）-x_（D_2））]+[（〖x_（D_3）〗^2+〖y_（D_3）〗^2）-（〖x_（D_2）〗^2+〖y_（D_2）〗^2）]（y_（D_1）-y_（D_3））/2[（y_（D_1）-y_（D_3））（x_（D_3）-x_（D_2））-（x_（D_1）-x_（D_3））（y_（D_3）-x_（D_2））]y_A=[（〖x_（D_1）〗^2+〖y_（D_1）〗^2）-（〖x_（D_3）〗^2+〖y_（D_3）〗^2）]（x_（D_3）-x_（D_2））/（2[（y_（D_1）-y_（D_3））（x_（D_3）-x_（D_2））-（x_（D_1）-x_（D_3））（y_（D_3）-y_（D_2）））+[（〖x_（D_3）〗^2+〖y_（D_3）〗^2）-（〖x_（D_2）〗^2+〖y_（D_2）〗^2）]（x_（D_1）-x_（D_3））/（2[（y_（D_1）-y_（D_3））（x_（D_3）-x_（D_2））-（x_（D_1）-x_（D_3））（y_（D_3）-y_（D_2）））进而可求得L_7=x_A，L_5=L_6-x_A，h=y_D设E点坐标为（x，y），以掩护梁与水平线的夹角α为参变量，则C点的坐标方程为{█（x_C=x+Lcos?α@y_C=y-Lsin?α）┤（5）D点的坐标方程为{█（x_D=x+L_3cos?α@y_D=y-L_3sin?α）┤（6）因为C、D两点运动轨迹为圆，所以{█（〖（x_D-L_7）〗^2+〖（y_D-h）〗^2=〖L_4〗^2@〖（x_C-L_6）〗^2+〖y_C〗^2=〖L_1〗^2）┤（7）2.优化过程在液压支架的设计过程中，减小tan?θ值就