礦山支護(hù)設(shè)備協(xié)同遺傳多目標(biāo)設(shè)計(jì)研究

張付全

摘 要：礦山支護(hù)設(shè)備伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而在不斷完善，而對(duì)于礦山支護(hù)設(shè)備來說，從某種程度而言是相對(duì)復(fù)雜多目標(biāo)優(yōu)化問題，傳統(tǒng)方法難以找到比較恰當(dāng)解決方案。本文中從礦山支護(hù)設(shè)備協(xié)同遺傳算法前提下，構(gòu)建多目標(biāo)多學(xué)科設(shè)計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化框架，繼而對(duì)協(xié)同遺傳多目標(biāo)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。

關(guān)鍵詞：礦上支護(hù)設(shè)備；多目標(biāo)優(yōu)化；多學(xué)科設(shè)計(jì)；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.087

礦山支護(hù)設(shè)備是煤礦行業(yè)發(fā)展不可缺少的元素，而液壓支架設(shè)計(jì)過程中顯現(xiàn)出一定的弊端，急需系統(tǒng)解決，在參數(shù)上給予更高的要求，從而降低定媒及媒幫難度。文中從礦山支架設(shè)備協(xié)同遺傳多目標(biāo)設(shè)計(jì)層面進(jìn)行分析，確定完善協(xié)同遺傳算法。

1 協(xié)同遺傳算法

1.1 算法原理

針對(duì)遺傳算法而言，其在計(jì)算過程中并不需要諸多數(shù)學(xué)的必要條件，就能處理不同類型目標(biāo)函數(shù)，并且進(jìn)行一定的約束。因?yàn)樗惴ㄟM(jìn)化本質(zhì)，遺傳算法能夠作用于搜索解，而在此過程中無需考慮內(nèi)部問題。

所謂協(xié)同化處理，主要是作用于兩個(gè)，或是兩個(gè)以上不同物種之間，而其中某個(gè)物種進(jìn)化，勢(shì)必會(huì)對(duì)其它物種產(chǎn)生影響。而針對(duì)協(xié)同進(jìn)化算法而言，基本上采用多個(gè)種群，而對(duì)于不同的物種來說，它們代表著問題解的部分內(nèi)容，而且在組合形式上具有比較完整的解。

1.2 算法框架

礦山支架設(shè)備在礦山開采過程中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，其相應(yīng)的液壓支架，從本質(zhì)上分析歸屬于多目標(biāo)多學(xué)科進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此，需要利用多學(xué)科設(shè)計(jì)原理，按照算法框架進(jìn)行求解。針對(duì)液壓支架來說，涵蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有以下力學(xué)知識(shí)，如靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等，根據(jù)上述因素可以對(duì)其進(jìn)行分類，分解成兩個(gè)子系統(tǒng)。而對(duì)于兩個(gè)子系統(tǒng)來說，在協(xié)同運(yùn)行并行的前提下，施以并行算法框架。

這種算法框架在實(shí)際應(yīng)用中顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢(shì)，其與多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化具有異曲同工之妙，并行施以協(xié)同優(yōu)化處計(jì)算，從某種程度來說，兩者都屬于并行處理策略，然而這種算法框架在應(yīng)用過程中較為便利。

2 優(yōu)化參數(shù)和模型

液壓支架模型設(shè)計(jì)需要根據(jù)相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)才能得以不斷優(yōu)化，協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，并不涵蓋設(shè)備選型設(shè)計(jì)，主要針對(duì)已經(jīng)存在的設(shè)備實(shí)施優(yōu)化處理，在結(jié)構(gòu)上不斷完善。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對(duì)每一次的迭代，都能表現(xiàn)出較為準(zhǔn)確的裝配關(guān)系，并且根據(jù)動(dòng)、靜力學(xué)原理，繼而構(gòu)建簡(jiǎn)化模型，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)相關(guān)的副連接，對(duì)其進(jìn)行有效的簡(jiǎn)化，主要是對(duì)重點(diǎn)與頂梁，還有底座實(shí)施應(yīng)力應(yīng)變分析。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程需要，液態(tài)支架模型具體可以分為以下幾種：即靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真，并且根據(jù)與此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，形成兩個(gè)子系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)尺寸變量總計(jì)是21個(gè)：X=（x1，x2，…，x21），上述變量屬于支架不同結(jié)構(gòu)尺寸。

靜力學(xué)子系統(tǒng)，其局部變量有l(wèi)d、b、l0；狀態(tài)變量和函數(shù)是Ky，A0Ld屬于頂梁兩縱之間，鉸接點(diǎn)的距離，m；b屬于頂梁橫向之間，鉸接點(diǎn)的距離，m；l0是頂梁至底座之間的距離，m；Ky屬于靜剛度；A屬于支撐面積，m2。

動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，其局部變量是b，h；狀態(tài)變量是Δlz，Δlf。b、h、Δlz、Δlf：頂梁橫向鉸接點(diǎn)距離，支撐高度、頂梁前端軌跡變化、頂梁中部軌跡變化情況。

約束條件：立柱支撐，其俯仰角度是以下范圍之內(nèi)，即50°≤a≤70°。

3 結(jié)果分析

根據(jù)上述研究可知，優(yōu)化設(shè)計(jì)取得了相對(duì)較好的效果，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)層面：如目標(biāo)函數(shù)，其頂梁運(yùn)動(dòng)軌跡曲線變化情況、四連桿機(jī)構(gòu)，對(duì)其受力大小的分析、底座質(zhì)量、底座應(yīng)力應(yīng)變等，相較于傳統(tǒng)計(jì)算模式而言，具有非常顯著的變化。從優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的結(jié)果反饋可知，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后的效果顯著，這主要體現(xiàn)在受力情況分析上，底座最大應(yīng)力發(fā)生了變化，而且應(yīng)力應(yīng)變情況也發(fā)生了變化，但是底座質(zhì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)之后并沒有表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性。

礦山支護(hù)設(shè)備在應(yīng)用過程中顯現(xiàn)出的弊端是急需解決的問題，重點(diǎn)解決方向是液壓支架問題，表現(xiàn)顯著的是前后部輸送機(jī)問題，需要改善其防滑錨固問題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，液壓支護(hù)設(shè)備在礦上開采過程中具有廣泛的應(yīng)用性，對(duì)支架設(shè)計(jì)部分進(jìn)行優(yōu)化處理必然能夠達(dá)到良好的效果，根據(jù)運(yùn)動(dòng)力學(xué)，施以性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而改善支架性能，優(yōu)化其受力情況，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多學(xué)科構(gòu)建，最終促使礦山支護(hù)設(shè)備能夠獲得最佳的設(shè)計(jì)效能。

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