外文翻譯---大傾角液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　外文原文：</b></p><p><b>　　中文譯文：</b></p><p>　　大傾角液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：四連桿機(jī)構(gòu)是液壓支架起保護(hù)作用的重要組件之一。在大傾角液壓支架的設(shè)計(jì)中，ADAMS被第一次用在了參數(shù)化模型、仿真和最優(yōu)化的求解過程中，然后根據(jù)三維尺

2、寸模型，通過COSMOS/Works對(duì)頂梁的前向扭轉(zhuǎn)載荷進(jìn)行有限元分析。用這種方法得到的結(jié)果驗(yàn)證了四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，而且非常好得滿足了要求。這種方法提高了液壓支架的設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓支架；四連桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；ADAMS；有限元分析</p><p><b>　　1簡介</b></p><p>　　

3、四連桿機(jī)構(gòu)是液壓支架起保護(hù)作用的重要組件之一。它主要有兩方面的功能：第一，為了在立柱伸縮過程中，能保持頂梁垂直的移動(dòng)，因此需要在頂梁和煤壁之間保持穩(wěn)定的距離。四連桿機(jī)構(gòu)被視為最能滿足這種要求的。第二，它保證了支架能夠承受一定的水平載荷。</p><p>　　在設(shè)計(jì)大傾角液壓支架的過程中，四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。它的結(jié)構(gòu)尺寸將直接影響到支架的性能狀況。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常使用的是BASIC編程

4、，但是結(jié)果經(jīng)常不能滿足設(shè)計(jì)的要求，也不能獲得最優(yōu)解。現(xiàn)在，ADAMS被越來越廣泛得應(yīng)用到機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程中。因此，本文就是運(yùn)用ADAMS對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真，進(jìn)而獲得最優(yōu)解。為了驗(yàn)證四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，用COSMOS/WORKS進(jìn)行了有限元分析。</p><p>　　2四連桿機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算</p><p>　　圖1是支架在最大支撐高度的狀態(tài)下，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)尺寸作出的假設(shè)：</

5、p><p>　　圖1：四連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)</p><p>　　2.1 后連桿和掩護(hù)梁尺寸的計(jì)算</p><p>　　如圖2，如果H1確定了，可得到掩護(hù)梁的尺寸：</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　后連桿尺寸為：</b></p>&

6、lt;p><b>　　(2)</b></p><p>　　前后連桿絞點(diǎn)之間的距離為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　前連桿最高點(diǎn)和掩護(hù)梁最高點(diǎn)之間的距離為：</p><p><b>　　(4)</b></p><p&g

7、t;　　后連桿底部和坐標(biāo)原點(diǎn)之間的距離是E1，如圖二所示。</p><p>　　圖2：四連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系</p><p>　　2.2 前連桿長度和尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1）b1點(diǎn)坐標(biāo)</b></p><p>　　當(dāng)支架處于最高位置H1時(shí)，b1點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p><

8、b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p><b>　　2）b2點(diǎn)坐標(biāo)</b></p><p>　　當(dāng)支架處于最低位置H2時(shí)，b2點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p><b>　　(7)</b></p><p&

9、gt;<b>　　(8)</b></p><p>　　根據(jù)幾何學(xué)要求，當(dāng)支架處在最低位置時(shí)，必須保證Q2≥25°~ 30°，這里假設(shè)Q2為25°，</p><p><b>　　(9) </b></p><p><b>　　3）b3點(diǎn)坐標(biāo)</b></p>

10、<p>　　當(dāng)后連桿和掩護(hù)梁處于垂直位置時(shí)，b3點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p><b>　　(10)</b></p><p><b>　　(11)</b></p><p><b>　　(12)</b></p><p><b>　　(13)</b>

11、</p><p><b>　　4）c點(diǎn)坐標(biāo)</b></p><p>　　因?yàn)榍斑B桿長度不會(huì)發(fā)生變化，所以，故而通過圓的方程可求出c點(diǎn)坐標(biāo)：</p><p><b>　　(14)</b></p><p><b>　　(15)</b></p><p>　　前

12、連桿的長度和角度便可以通過c點(diǎn)坐標(biāo)來獲得。</p><p>　　2.3 D（cd）、E（o2d）長度的計(jì)算</p><p>　　當(dāng)?shù)玫絚點(diǎn)坐標(biāo)后，D、E長度為：</p><p><b>　　(16)</b></p><p><b>　　(17)</b></p><p>　　

13、把頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為斜線作為目標(biāo)函數(shù)，通過程序的到的結(jié)果如下所示：</p><p>　　3四連桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的優(yōu)化</p><p>　　通過圖1對(duì)尺寸的定義和程序計(jì)算得到的結(jié)果，便可以通過ADAMS/VIEW對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模。通過分析仿真結(jié)果可知，計(jì)算機(jī)程序得到的尺寸參數(shù)并不是最佳結(jié)果，所以應(yīng)當(dāng)通過參數(shù)化建模的方法來獲得最佳結(jié)果，更好的滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p

14、>　　在參數(shù)化建模的過程中，每一個(gè)絞點(diǎn)都被認(rèn)為是變量，通過對(duì)變量結(jié)果的分析來來得到設(shè)計(jì)結(jié)果，如表1所示：</p><p>　　表1. 每個(gè)變量的設(shè)計(jì)結(jié)果</p><p>　　從表1中可以獲得設(shè)計(jì)變量的變化范圍和靈敏度。MSC.ADAMS/VIEW可以為調(diào)查報(bào)告提供各種變化的情況，這其中就包括了靈敏度的變化。如表1，DV-1、DV-2、DV-4、DV-6的靈敏度最大，說明這四個(gè)量對(duì)優(yōu)化

15、結(jié)果的影響最大。</p><p>　　四個(gè)敏感點(diǎn)確定以后，通過對(duì)設(shè)計(jì)變量變化曲線的比較，來取得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。通過運(yùn)行最優(yōu)化程序，四個(gè)設(shè)計(jì)變量得到了最優(yōu)化。最后，通過分析和計(jì)算得到四連桿機(jī)構(gòu)的最佳模型尺寸。</p><p>　　借助ADAMS軟件，根據(jù)計(jì)算得到的尺寸對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，然后通過仿真軌跡對(duì)絞點(diǎn)進(jìn)行分析，如圖3所示。</p><p>　　圖3.優(yōu)化后的

16、軌跡曲線</p><p>　　分析可知，優(yōu)化后的結(jié)果充分的滿足了液壓支架的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4液壓支架的有限元分析</p><p>　　根據(jù)計(jì)算得到的四連桿結(jié)構(gòu)尺寸，裝配上液壓支架的其他部件，便可得到液壓支架的三維模型，如圖4所示。利用COSMOS/WORKS軟件，可得到液壓支架在正向扭轉(zhuǎn)載荷下的有限元分析模型。</p><p>

17、;　　圖4. 液壓支架的三維模型</p><p>　　4.1 有限元分析結(jié)果 </p><p>　　通過運(yùn)行有限元程序，COSMOS/WORKS將結(jié)果以圖形的形式顯示出來。結(jié)果的圖示可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。例如，應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化，，總體的局部圖也可以獲得，如圖5所示。</p><p>　　(a) 前扭轉(zhuǎn)荷載位移</p><p>　　(

18、b) 前扭轉(zhuǎn)荷載應(yīng)力</p><p>　　(c) 前扭轉(zhuǎn)荷載應(yīng)變</p><p>　　(d) 前扭負(fù)載局部應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，液壓之架的最大變形量是11.63mm，等效前梁的壓力為562.7Mpa，等效應(yīng)變?yōu)?.503E-03。所有絞點(diǎn)的情況可從表2中看到。</p><p>　　表2.連接柱銷的受力</p>

19、<p><b>　　4.2 數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　最大的應(yīng)力應(yīng)變大概圍繞著頂梁，特別是焊接接縫處。立柱受到的載荷也是不一樣的。前后立柱靠近載荷的一側(cè)受到的應(yīng)力大于另外一側(cè)。在載荷的作用下，頂梁前面受到的影響十分明顯。頂梁后面受到了一致的影響。如果載荷太大的話，整個(gè)支架會(huì)有一種扭轉(zhuǎn)的趨勢。從表二中可以看出，掩護(hù)梁和頂梁的左右鉸接點(diǎn)受到的阻力是不一樣的。前連桿和掩護(hù)梁、

20、后連桿和掩護(hù)梁、后連桿和底座、前連桿和底座受到的阻力是比較大的。</p><p>　　從強(qiáng)度分析可以看出，最大應(yīng)力的分布是部分區(qū)域的。因此，高強(qiáng)度的鋼鐵經(jīng)常用到大應(yīng)力的區(qū)域來提高機(jī)械強(qiáng)度。這種液壓支架完全滿足實(shí)際的使用標(biāo)準(zhǔn)，也符合大傾角的使用條件。</p><p><b>　　5結(jié)語</b></p><p>　　應(yīng)用ADAMS軟件不僅能進(jìn)行參數(shù)