ZF8000/20/38型液壓支架推溜參數(shù)優(yōu)化

黃 勇

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

采煤工作面各設(shè)備配套的合理與否，直接影響到綜采機(jī)組工作效能的發(fā)揮。推移千斤頂控制回路要完成推溜和推溜工序以實(shí)現(xiàn)工作面的推進(jìn)，但由于地質(zhì)條件的差異和配套參數(shù)的不適宜，在推溜時(shí)支架底座前端會(huì)出現(xiàn)飄底，從而影響正常的推溜效率，因而在設(shè)計(jì)（支架、刮板輸送機(jī)）和選型時(shí)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(shí)溜槽和鏟煤板對(duì)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(duì)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(cè)溜槽的垂直作用力，單位：N；T為相鄰兩側(cè)溜槽的水平作用力，按相鄰兩側(cè)各兩節(jié)溜槽的摩擦力計(jì)算T＝4Gf，單位：N，f為摩擦系數(shù)；L1、h2分別為推桿和刮板輸送機(jī)鉸接點(diǎn)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(diǎn)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(jù)受力模型可寫出3個(gè)平衡方程式，分別為：

（1）對(duì)鏟煤板尖端O取矩的力矩平衡方程式：

由以上三個(gè)平衡方程式可得出：

其中f＝tanφ。

由以上各式可以看出：

（1）在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少N1，但還要保證N1＞0，這樣溜槽與推桿鉸接處不會(huì)被抬起，有利于推溜。

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

（3）為使溜槽順利移動(dòng)，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(gè)力的表達(dá)式中可看出合理地選擇一些參數(shù)，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(shù)的關(guān)系式為

2 推溜工況數(shù)學(xué)模型的建立

2.1 目標(biāo)函數(shù)

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(shí)產(chǎn)生飄底，同時(shí)也要盡量增大N3，使溜槽順利推移。因此，取以下兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)，即N2→max、N3→max，采用線性加權(quán)法將其轉(zhuǎn)化為新的單一目標(biāo)函數(shù)，即F＝W1N2＋W2N3→m in，W1、W2為加權(quán)因子，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的重要性來確定，這里W1＋W2＝－1，取W1＝－0.5，W2＝－0.5，則目標(biāo)函數(shù)化為F＝－0.5N2－0.5N3→m in。

2.2 設(shè)計(jì)變量

根據(jù)設(shè)計(jì)的具體情況而定，本文則取β、h2、L1為設(shè)計(jì)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(huì)被抬起離開底板，這將會(huì)增大推溜的附加阻力，影響正常推溜，即：

（3）相關(guān)約束。h2只能在某一區(qū)域內(nèi)取值，為此則有：

h1在結(jié)構(gòu)上也必須有所限制，h1min≤h1≤h1max，而，

3 基于MATLAB的推溜參數(shù)優(yōu)化

3.1 ZF8000/20/38型液壓支架的設(shè)計(jì)參數(shù)

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(biāo)函數(shù)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(biāo)函數(shù)的M文件如下：

在命令窗口輸入：

然后按回車鍵輸出結(jié)果如下：

將原始方案和優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表1。

表1 初始方案與優(yōu)化方案對(duì)比

由表1可以看出：優(yōu)化后N2、N3都明顯增大，經(jīng)計(jì)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(shí)飄底，提高推溜效率。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)ZF8000/20/38型支架推溜工況的受力模型，建立了設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，并采用MATLAB軟件對(duì)推溜聯(lián)接參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，為推溜時(shí)能夠更有效地避免飄底、提高推溜效率提供了參考依據(jù)。通過分析可以看出，本文提出的方法可行，這對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)和選型有一定的參考價(jià)值。

1 黃自強(qiáng)、何青則、何振華.液壓支架的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].山西機(jī)械，2010（4）49～50

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

3 史元偉.MATLAB開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008：12～15

4 黃永安等.MATLAB應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008：35～37