ZF8000/20/38型液壓支架推溜參數優化

黃 勇

（潞安集團余吾煤業公司，山西 長治 046100）

采煤工作面各設備配套的合理與否，直接影響到綜采機組工作效能的發揮。推移千斤頂控制回路要完成推溜和推溜工序以實現工作面的推進，但由于地質條件的差異和配套參數的不適宜，在推溜時支架底座前端會出現飄底，從而影響正常的推溜效率，因而在設計（支架、刮板輸送機）和選型時都要給予重視。

1 推溜工況受力分析

圖1 推溜工況受力模型

圖1中，N1、N2分別為推溜時溜槽和鏟煤板對底板豎直方向的作用力，其反作用力分別為N1N、N2N，單位：N；N3為鏟煤板對煤巖的水平作用力，其反作用力為N3N，單位：N；P、G分別為推溜力和溜槽的重力，單位：N；G1為相鄰兩側溜槽的垂直作用力，單位：N；T為相鄰兩側溜槽的水平作用力，按相鄰兩側各兩節溜槽的摩擦力計算T＝4Gf，單位：N，f為摩擦系數；L1、h2分別為推桿和刮板輸送機鉸接點的水平距離和距底板的高度，單位：m；L0、h1分別為推桿和油缸活塞桿鉸接點的水平距離和距底板的高度，單位：m；B、H、E分別為溜槽的寬度、高度和鏟煤板的寬度，單位：m；β、φ分別為推桿的安裝角和溜槽與底板間的摩擦角，單位：°，f＝tanφ；θ為鏟煤板的等效鏟角，單位：°；α為N2和N3的合力與水平線的夾角，單位：°。根據受力模型可寫出3個平衡方程式，分別為：

（1）對鏟煤板尖端O取矩的力矩平衡方程式：

由以上三個平衡方程式可得出：

其中f＝tanφ。

由以上各式可以看出：

（1）在設計時盡量減少N1，但還要保證N1＞0，這樣溜槽與推桿鉸接處不會被抬起，有利于推溜。

（2）為防止推溜時飄底，當推溜力P一定時、減少推溜時的其它阻力N1，而增大N2。

（3）為使溜槽順利移動，克服各阻力，盡量使N3增大（有效推溜力）。

（4）從受力的角度，鏟煤板的鏟角θ≈2α為宜，其中：

（5）從上述 3個力的表達式中可看出合理地選擇一些參數，如β、h2和L1可使受力更加合理，推溜更加有效。其中β與其他參數的關系式為

2 推溜工況數學模型的建立

2.1 目標函數

從有利于推溜的角度，在液壓缸推溜力P一定的條件下，增大鏟煤板下鏟力N2，可避免推溜時產生飄底，同時也要盡量增大N3，使溜槽順利推移。因此，取以下兩個目標函數，即N2→max、N3→max，采用線性加權法將其轉化為新的單一目標函數，即F＝W1N2＋W2N3→m in，W1、W2為加權因子，根據目標函數的重要性來確定，這里W1＋W2＝－1，取W1＝－0.5，W2＝－0.5，則目標函數化為F＝－0.5N2－0.5N3→m in。

2.2 設計變量

根據設計的具體情況而定，本文則取β、h2、L1為設計變量，其他為常量，即：

X＝[X（1），X（2），X（3）]＝[β、h2、L1]

2.3 約束條件

（1）邊界條件：

βmin≤β≤βmax；h2min≤h2≤h2max；L1min≤L1≤L1max

（2）保證N1大于零。如果N1小于零，則溜槽會被抬起離開底板，這將會增大推溜的附加阻力，影響正常推溜，即：

（3）相關約束。h2只能在某一區域內取值，為此則有：

h1在結構上也必須有所限制，h1min≤h1≤h1max，而，

3 基于MATLAB的推溜參數優化

3.1 ZF8000/20/38型液壓支架的設計參數

G＝1.1×104N，P＝105N，B＝0.73 m，H＝0.22 m，E＝0.14 m，L0＝1.50 m，0.15 m≤L1≤0.25 m，0.08 m≤h1≤0.22 m，0.10 m≤h2≤0.20 m，－5 °≤β≤5 °，f＝0.65，φ＝33 °。

3.2 編寫目標函數與約束條件的M文件

在MATLAB界面下利用文件編輯器編寫目標函數的M文件如下：

在命令窗口輸入：

然后按回車鍵輸出結果如下：

將原始方案和優化方案進行對比，結果見表1。

表1 初始方案與優化方案對比

由表1可以看出：優化后N2、N3都明顯增大，經計算N1＝2 049 N，滿足保證N1大于零的約束條件，這樣就有利于避免推溜時飄底，提高推溜效率。

4 結束語

本文根據ZF8000/20/38型支架推溜工況的受力模型，建立了設計變量的目標函數與約束條件，并采用MATLAB軟件對推溜聯接參數進行了優化，為推溜時能夠更有效地避免飄底、提高推溜效率提供了參考依據。通過分析可以看出，本文提出的方法可行，這對液壓支架的設計和選型有一定的參考價值。

1 黃自強、何青則、何振華.液壓支架的技術現狀及發展趨勢[J].山西機械，2010（4）49～50

2 全國煤炭技工教材編委會.礦山電力拖動與控制[M].北京：煤炭工業出版社，2002：147～151

3 史元偉.MATLAB開發與應用[M].北京：清華大學出版社，2008：12～15

4 黃永安等.MATLAB應用實例[M].北京：清華大學出版社，2008：35～37