液压支架优化设计方案分析

2016-07-27开滦集团有限责任公司设备管理中心河北唐山063000

中国新技术新产品 2016年13期

关键词：液压支架优化设计

高建（开滦（集团）有限责任公司设备管理中心，河北唐山 063000）

液压支架优化设计方案分析

高建
（开滦（集团）有限责任公司设备管理中心，河北唐山 063000）

摘要：液压支架是煤矿用综采工作面的大型支护设备，它的作用是支护采场顶板和维护安全作业空间。随着综采工作面的应用需要，在设计时就得优化设计。本文结合实践在分析液压支架工作原理基础上重点阐述了液压支架的优化设计方案。

关键词：液压支架；优化设计；煤矿综采

1. 液压支架概述

液压支架在煤矿开采中是利用液体压力转变为支撑力来进行工作的液压动力装置，其工作原理我们可以用图1进行解释。液压支架在实际的工作中不仅能够实现可靠的支承顶板，而且还可以随着回采工作面的推进而向前慢慢移动，这在一定意义上来说就得要求液压支架必须具备升降推移最为基本的实现功能，这些功能的实现同时又需要由乳化液泵供给的高压液体做保障，然后通过各种阀控制立柱和千斤顶实现。

2. 液压支架优化设计

上文所提到的这些是液压支架最为基本的结构构造和实现功能，在提高综采工作面的产量和效率，发挥综采设计的效能实现高产高效是有很大作用的。这些的实现源自于液压支架的设计，但是随着综采面的不同液压支架掩护梁水平面方向的夹角和梁端摆幅就会存在设计方面的缺陷，这个时候就需要进行对其优化设计。本文结合实际工作对液压支架的优化设计做一分析，供实际生产需要做参考。

1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管图1液压支架工作原理

图2　掩护梁水平夹角优化路线

我们先设计出如图2所示的掩护梁水平夹角优化路线。先以掩护梁与水平面方向的夹角最小值为目标函数进行优化，再以梁端摆幅为目标函数进行设计优化。

2.1 液压支架模型坐标化参数化设计。在实际设计中为了满足设计重点的需要，我们需要对模型作进一步地简化设计。在设计中我们可以忽略液压支架的掩护梁、底座、顶梁和连杆的形状和宽度等，同时对简化液压支架模型进行仿真，并运用机械原理处理那些不必要的坐标化设计点，除此之外，将优化的液压支架长度半径等表示的液压支架模型转变为以坐标表示的液压支架模型。

我们如果根据这个简化方法和原则可以设计出如图3所示的液压支架优化模型，34个坐标化设计点可以浓缩为16个关键的坐标化设计点。其中将16个坐标化的设计点参数化为5个设计点的9个坐标了。

在优化设计中，液压支架的模型还是会受到空间限制的，液压支架部件之间在设计时包括在工作时不能出现明显的干涉。这就要求我们对所选的DV_3、DV_4、DV_6三个设计变量的取值范围进行必要的限制和控制，所以根据这个要求我们做出如图4所示的设计变量限制范围。

同时，我们还给出掩护梁水平夹角最大值对预设计变量的敏感度曲线，如图5所示。

2.2 优化设计结果分析。经过上面的实际优化设计我们可以得出，掩护梁水平夹角在12.43°时，其理想化的角度是9°～17°的范围内，这个时候液压支架就得到了很好地运动和受力特质，达到了我们想要的设计目的。

同时我们在设计之前找到了敏感度较大的参数化坐标用来作为设计变量，最后使迭代次数显著减少了，效果也不错。

经过这样的预设得到的优化结果对整个液压支架模型的其他性能基本没有任何的影响，在一定程度上保证了液压支架模型具有很好的纵横向的动态稳定性。