液壓支架優化設計方案分析

高 建（開灤（集團）有限責任公司設備管理中心，河北 唐山 063000）

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液壓支架優化設計方案分析

高 建
（開灤（集團）有限責任公司設備管理中心，河北 唐山 063000）

摘 要：液壓支架是煤礦用綜采工作面的大型支護設備，它的作用是支護采場頂板和維護安全作業空間。隨著綜采工作面的應用需要，在設計時就得優化設計。本文結合實踐在分析液壓支架工作原理基礎上重點闡述了液壓支架的優化設計方案。

關鍵詞：液壓支架；優化設計；煤礦綜采

1. 液壓支架概述

液壓支架在煤礦開采中是利用液體壓力轉變為支撐力來進行工作的液壓動力裝置，其工作原理我們可以用圖1進行解釋。液壓支架在實際的工作中不僅能夠實現可靠的支承頂板，而且還可以隨著回采工作面的推進而向前慢慢移動，這在一定意義上來說就得要求液壓支架必須具備升降推移最為基本的實現功能，這些功能的實現同時又需要由乳化液泵供給的高壓液體做保障，然后通過各種閥控制立柱和千斤頂實現。

2. 液壓支架優化設計

上文所提到的這些是液壓支架最為基本的結構構造和實現功能，在提高綜采工作面的產量和效率，發揮綜采設計的效能實現高產高效是有很大作用的。這些的實現源自于液壓支架的設計，但是隨著綜采面的不同液壓支架掩護梁水平面方向的夾角和梁端擺幅就會存在設計方面的缺陷，這個時候就需要進行對其優化設計。本文結合實際工作對液壓支架的優化設計做一分析，供實際生產需要做參考。

1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管圖1液壓支架工作原理

圖2　掩護梁水平夾角優化路線

我們先設計出如圖2所示的掩護梁水平夾角優化路線。先以掩護梁與水平面方向的夾角最小值為目標函數進行優化，再以梁端擺幅為目標函數進行設計優化。

2.1 液壓支架模型坐標化參數化設計。在實際設計中為了滿足設計重點的需要，我們需要對模型作進一步地簡化設計。在設計中我們可以忽略液壓支架的掩護梁、底座、頂梁和連桿的形狀和寬度等，同時對簡化液壓支架模型進行仿真，并運用機械原理處理那些不必要的坐標化設計點，除此之外，將優化的液壓支架長度半徑等表示的液壓支架模型轉變為以坐標表示的液壓支架模型。

我們如果根據這個簡化方法和原則可以設計出如圖3所示的液壓支架優化模型，34個坐標化設計點可以濃縮為16個關鍵的坐標化設計點。其中將16個坐標化的設計點參數化為5個設計點的9個坐標了。

在優化設計中，液壓支架的模型還是會受到空間限制的，液壓支架部件之間在設計時包括在工作時不能出現明顯的干涉。這就要求我們對所選的DV_3、DV_4、DV_6三個設計變量的取值范圍進行必要的限制和控制，所以根據這個要求我們做出如圖4所示的設計變量限制范圍。

同時，我們還給出掩護梁水平夾角最大值對預設計變量的敏感度曲線，如圖5所示。

2.2 優化設計結果分析。經過上面的實際優化設計我們可以得出，掩護梁水平夾角在12.43°時，其理想化的角度是9°～17°的范圍內，這個時候液壓支架就得到了很好地運動和受力特質，達到了我們想要的設計目的。

同時我們在設計之前找到了敏感度較大的參數化坐標用來作為設計變量，最后使迭代次數顯著減少了，效果也不錯。

經過這樣的預設得到的優化結果對整個液壓支架模型的其他性能基本沒有任何的影響，在一定程度上保證了液壓支架模型具有很好的縱橫向的動態穩定性。

圖3　液壓支架優化模型

表1　設計變量取值范圍參數

表2　掩護梁水平夾角最大值對預設計變量的敏感度曲線

參考文獻

［1］張闖，楊琳琳.掩護式液壓支架的優化設計［J］.煤礦支護，2014（2）：34-36.

［2］范儲旭，劉付營，邊彥勝，陸金桂.ANSYS-PDS在液壓支架前連桿可靠性分析中的應用［J］.礦山機械，2015（4）：30.

［3］曹春玲，秦潤澤.液壓支架設計分析［J］.煤礦機械，2014（6）：56-57.

中圖分類號：TD355.4

文獻標識碼：A