基于C语言的液压支架四连杆机构的优化设计

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基于VC++液压支架四连杆机构的优化设计与分析

ａｏｔｇｆｎ—ｉｋｇｉｂｅｔｎｆｎｉｎｓｉｉｇｔｅｍｏｅｅｔｒｃ ’ ｓｏｅｔｒｐａｅｔｅｄｐｉｏｔｌａｅｗｔｏｊｃｉｔｎａｄｒｔｃｎｖｍｎａｋＳｃｐｅｌｃｎｒｎｈｏｕｏｅｒｔｈｔｏｈ
第３卷第１期Ｉ１
２１００年１１月
煤矿机械
ＣａｎｃｉｅｙｏｌＭｉｅＭａｈｎｒ
Ｖ０－ｌｏ１ｌ３Ｎ．１ＮＯ．２０Ｖ０１
基于Ｖ＋液压支架四连杆机构的优化设计与分析Ｃ＋
李秋生，王勇。教光印，姚贵英
ｉｄｆｎｔｏｓｒｔａｄｍａｉｇｖｌｃｔｒｓｉｔｔｅｍｏｅｎｉｅｔ。ｔｅｔｌｍｏｅｆｆｅｕｃｉｎｃｎｔｎｎｋｎｅｏｉｅｔｃｈｖｍｅｔｄｒｃｉｎａｍａｈｍａｉａｄｌｏｘｏａｙｒｏｃｏｔｚｔｎｏｕ－ｉｋｇｃａｉｉｅｔｂｉｅ．ｉｇＶＣ＋ｐｏｒｍｍｉｇｌｎｕｇｐｉｅ．ｙｐｉａｉｆｆｒｌａｅｍｅｈｎｓｓｓａｌｈｄＵｓｎｍｉｏｏｎｍｓ＋ｒｇａｎａｇａｅｏｔｍｉｄｂｅａｌｔｐｏｅｔａｏｔｚｔｎｏｏｌｄｔｅｏｂａｘｍｐｅｉｒｖｄｈｔｐｉａｉｎｔｎｙｍａｅｈｔｐｅｍｍｏｅｎｔｃｔａｃｒｔｅｍｉｏｖｍｅｔｒｋｏｃｏｄｈａｒｑｉｅｎｆｈｙｒｕｉｕｐｒｂｔａｓｉｎｆａｔｅｕｅｈｏｒｌｋｇ ’ ｔｓｎｅｕｅｅｕｒｍｅｔｅｈｄａｌｓｐｏ，ｕｌｏｓｉｃｎｌｒｄｃｄｔｅｆｕ－ｉａｅＳｓｒｓａｄｒｄｃｏｔｃｔｇｉｙｎｅ

矿用液压支架四连杆机构运动过程的分析

317现有的先进计算机科学技术已普遍应用于煤矿设备的设计、制造、监测中，例如可视化编程技术、数据库技术在液压支架连杆结构参数的设计上已得到了较好的运用。

由于井下作业工况复杂多变，液压支架作为采煤作业时的主要受载设备，其结构参数是否合理决定着采煤作业的效率和安全，因此文章基于 C++ 可视化编程语言，对液压支架的四连杆机构参数进行了运动学仿真和设计，获取连杆机构的运动规律，并得到了参数设计结果。

该方法具有的优点是：程序编写和测试完成后，再进行同类型的连杆设计时，只需修改相应的约束参数即可获得设计结果，计算成本小且计算速度快，也对其他煤矿设备的结构参数设计具备一定的借鉴意义。

1 液压支架四连杆机构的运动学简析目前通常采用两个参数为前提来进行运动学分析：以液压支架的工作高度为基础、以后连杆与水平方向夹角大小的改变量为基础。

根据现有研究的结果表明，液压支架的工作高度对整个结构系统影响尤为重大，一般来说液压支架的工作高度发生改变后，四连杆机构的运动学参数会产生较大幅度的变化，同时各连杆的受力状态也会发生大幅改变。

因此，要对液压支架进行运动学分析。

2 四连杆机构运动仿真模型的建立图 1 所示为四连杆机构的运动仿真几何模型。

图1 四连杆机构运动仿真几何模型图1中：a 为后连杆长；b 为前连杆、后连杆分别与掩护梁 E’ 点的距离差；c 为前连杆长；d 为两连杆间在竖直方向上的距离；e 为两连杆间在水平方向上的距离；e1 为后连杆、掩护梁在水平方向上的距离；f 为前连杆与顶梁的距离；t 为掩护梁长。

运动仿真模型的建立主要分为三部分，分别是：设计变量的确定；目标函数的建立；约束条件的设定。

1）设计变量的确定。

如图 1所示，四连杆机构的运动仿真包含 8 个结构几何参量：a、b、c、d、e、f、g、e1，其中 t 为 b 与 f 之和，将其作为次计算的优化变量，则有 X=[a b c d e f]=[X1 X2 X3 X4 X5 X6]。

液压支架四连杆建模及优化设计

本科毕业设计说明书四连杆机构的建模及优化设计FOUR-BAR LINKAGE DESIGN OF THE MODELING AND OPTIMIZATION学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：2010年 5 月31 日四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。

一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。

从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。

这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。

在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。

文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。

文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。

文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion进行建模和运动仿真。

关键词：四连杆，SolidWorks，COSMOSMotion，运动仿真FOUR-BAR LINKAGE DESIGN OF THEMODELING AND OPTIMIZATIONABSTRACTFour-link is the shield support bracket and support shield one of the most important components, its role can be summarized as two. First, when the support changes from high to low, with four-bar linkage so that the front support beam trajectory point approximation lemniscates. So that the front support beam points away from the wall of the changes with the coal greatly reduced, improving the management performance of the roof; Second, the level of support to withstand greater force. This article is to discuss four hydraulic linkage mechanisms.In the article, we study the four-bar linkage hydraulic problems, and can be considered from several aspects of the solution. This paper studies the four hydraulic linkage, hydraulic four-bar linkage is mine machinery - the key hydraulic components. Article on the four-bar linkage and hydraulic support the overall studied.Paper also the dynamic characteristics of four-bar linkage analysis, in the process of the Application of the SolidWorks COSMOSMotion in modeling and motion simulation.KEYWARDS：Four-link, SolidWorks, COSMOSMotion, motion simulation.。

在液压支架的四杆综合机构中应用的一个全局优化算法解读

工业应用及设计案例24，246-2519施普林格出版社2002年数字对象标识符（DOI）10.1007/s00158-002-0234-y 液压支架中四杆机构设计的一个全局优化算法摘要本文讨论了合成四杆机构最佳方法。

一般的优化问题是按照一个非线性规划的方法进行处理。

全局优化算法的目的是确定机构链路长度的最佳值，以最小化机构连接部位上任意点c的轨迹τ与规定的轨迹p之间的差异，同时铰链上的受力必需保持在规定值以内。

该方法的使用是为了找到一个最优的整体解决方案。

这个过程使用了自适应网格细化算法。

该算法基于识别那些用于定义解决方案集的各次迭代运算中可行的节点。

通过该算法对那些远离当前最佳效果的节点进行修正。

最终该算法确定了满足预定义条件的最优区域，而不是只一个最佳点。

关键词：液压支架，四杆机构，全局优化，铰链受力，自适应网格细化1. 简介四杆机构广泛应用于不同的设备，作为主要的基础机构，它必须能够提供合理以及非常复杂的运动、承受众多的力、加速度和冲击。

这些设备的例子有车辆转向机构或者是矿井中的防护装置液压支架等。

虽然四杆机构看似是一个简单的装置，但是空间的组合是一项要求很高的工作。

设计者必须确定出能够完成规定运动的各连杆长度及其受力变形。

液压支架（Grm1992如图1所示）是采矿业保护设备中的一部分。

本文研究的目的是优化液压支架中四杆机构设计，保证液压支架用最小的横向位移来实现预期动作。

横向位移还应尽量防止与其他机械和设备发生碰撞。

对液压支架的运动可简化为工作机构FGDE和驱动机构ABDE的动作。

驱动机构ABDE对液压支架的运动具有决定性的作用。

此外，对该机构上的铰链也有很高的要求（图2清楚地显示了驱动四杆机构运动副处损伤）。

图1.液压支架图2.驱动机构的运动副损伤到目前为止，运动学优化一直与设计分析一起进行（Oblak ,act 1998，2000年）。

传统应用的梯度法由于结果不收敛与数值的无效性使它的使用相当不便。

基于C#的液压支架运动学分析通用程序设计

基于C#的液压支架运动学分析通用程序设计作者：曹霞来源：《科技创新与生产力》 2014年第9期曹霞（大同煤矿集团机电装备公司中央机厂，山西大同 037001）摘要：建立了一种液压支架运动学分析通用模型，以高度为自变量，使用面向对象编程语言C#完成相应程序设计，实现了功能的模块化。

该程序可依据用户选择的架型不同，自主判断需录入参数，并构建相应的分析模型，分析后生成相应的图形和表格报告，大大减轻以往依据不同架型分别建立分析模型和软件程序的工作量，提高了液压支架设计的效率。

关键词：液压支架；运动学分析；C#中图分类号：TD335 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.09.082当前，两柱掩护式液压支架和四柱支撑掩护式液压支架应用最为广泛，已成为液压支架的主导型，共有4个典型的架型结构，若分别建立分析模型及软件程序，工作将十分繁杂。

为此，建立液压支架运动学分析通用模型，并假设支架各构件为刚性铰接结构。

液压支架是一个自由度为1的双摇杆机构。

在实际使用时时常会出现顶梁与底座不平行的情况，很多文献在进行液压支架运动学和力学分析时都粗略地认为二者相互平行，很少考虑顶梁水平倾角θ0的存在，而实际上θ0角直接影响支架对顶板、底板的压力分布，改变外载荷及立柱作用力的方向，进而影响支架受力分析结果[1-2]，为保证所建立的通用分析更具普遍性，故引入一个附属自由度θ0，用以描述顶梁的俯仰状态（见图1）。

1 运动学分析通用模型参数说明具体说明：L1为后连杆长度；L2为掩护梁长度；L3为连杆长度；L4为前连杆长度；h6为前连杆下铰接点D至支架底面长度；L5为P点至前连杆上铰接点长度；L6为前后连杆下铰接点间水平距离长度；L0为长度；h5为后连杆下铰接点C至支架底面长度；h4为顶梁与掩护梁铰接点P至支架顶面距离；液压支架工作高度H；立柱工作阻力P1，P3，P4；平衡千斤顶工作阻力P2。

液压支架四连杆建模及优化设计方案资料

四连杆机构的建模及优化设计四连杆机构的建模及优化设计摘要四连杆是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两。

一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线。

从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；二是使支架承受较大的水平力。

这篇文章就是讨论液压支架四连杆机构的。

在文章里，我们研究了液压支架四连杆机构所面临的问题，及可以从几个方面考虑解决的方法。

文章研究的是液压支架四连杆机构，液压支架四连杆机构是矿上机械——液压支架的关键部件。

文章对四连杆机构和液压支架整体进行了研究。

文章还对四连杆机构的动态特性进行分析，在此过程中运用了SolidWorks中的COSMOSMotion 进行建模和运动仿真。

基于ProE的四连杆液压支架优化设计及其三维参数化设计系统开发

基于Pro/E的四连杆液压支架优化设计及其三维参数化设计系
统开发
液压支架是地下采矿或隧道工程的关键设备,它主要用于支护顶板,防止顶
板垮落,为施工人员和设备提供安全可靠的工作空间。

随着CAD技术的广泛深入应用,探索液压支架的优化设计及其三维参数化设计系统开发技术具有重要的工程实际意义。

本文首先针对液压支架设计与应用的现状以及发展趋势展开详细研究。

在此基础上进行了以下研究工作:(1)采用经典设计理论完成了四连杆型液压支架零部件的设计。

(2)运用优化设计理论,实现了液压支架四连杆机构的优化设计。

(3)采用
VC++语言及Pro/e二次开发技术,开发了“液压支架三维参数化设计系统”。

用户只需根据系统提示输入基本参数,便可获得该型液压支架各构件优化设计参数和结构尺寸,可自动生成液压支架的三维零件与整机装配体的模型。

四连杆型液压支架设计的优化设计及其三维参数化设计系统开发,大大降低了液压支架的设计难度,减少了重复性设计工作,提高了设计效率,实现了该机械产品设计的参数化、系列化及其智能化。

该方法不仅适用于液压支架的研究开发,对其他机械产品的研发也具有很好的参考价值。

液压支架四连杆机构运动分析和优化设计

液压支架四连杆机构的运动分析和优化设计刘刚（河北天择重型机械有限公司，河北邯郸 056200）摘要：利用SolidWorks实现了液压支架二维模型的建立，分析了四连杆机构的运动规律，得到了顶梁前端准确的运动轨迹，并且对四连杆机构进行了优化设计，为液压支架的设计制作提供了方法和经验。

关键词：液压支架；四连杆机构；优化设计kinematics analysis and optimization design of HydraulicSupport’four-bar linkageLIU Gang（Hebei Tianze Heavy Machinery Co.，Ltd.，Handan 056200，China）Abstract：Drew planar models of hydraulic support based on SolidWorks, analyzed kinematics regulation of the four-bar linkage, get accurate kinematics track of canopy,and optimized four-bar linkage，provided the method and experiences for design and manufacture of hydraulic support.Key words: hydraulic support；four-bar linkage；optimization design0 引言液压支架不仅可以维护顶板和工作空间，而且能够推动工作面移动，是煤矿综采工作面的核心设备。

现在普遍采用四连杆机构作为顶梁的稳定机构，经过长期的实践使用，取得了巨大的经济效益，彻底解决了支撑式液压支架稳定性差的问题。

四连杆机构是液压支架最重要的连接部件，它控制顶梁沿近似双纽线的轨迹运动，大大缩小梁端距的变化量，提高了顶板管理性能。

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基于C语言的液压支架四连杆机构的优化设计
随着人类社会的不断进步，机械在我国工业中，占据了首要地位，尤其是自动化信息技术推出以后，机械制造行业更是得到了大规模的发展进程，而液压支架四连杆作为机械操作过程中的主要配件，在借助于C语言软件的情况下，得到了相应的技术提高，本文通过对C语言环境下的液压四连杆机构的分析说明C 语言在整体机械制造中的作用，以及对于液压支架四连杆的重要性，以及优化时的做法。

标签：液压支架;四连杆机构;优化设计
在机械制造中，液压支架时必不可少的重要配置，而四连杆机构则是其最重要的组成部分，四连杆设计的优劣程度对液压支架性能的好坏有着决定性的影响。

所谓四连杆机构，其主要功能作用是：当液压支架由高到低发生变化时，四连杆机构辅助液压支架使其顶梁前端点呈近似双纽线形的运动轨迹，进而在一定程度上减小了煤壁与支架顶梁前端点间的距离变化，使支架能承受较大的水平力，提高了支架管理顶板的性能，为了让四连杆机构更加趋于优化，进而保证液压支架的稳定运行，相关人士推出以C语言编程对四连杆进行更改的创举[1]。

1 液压支架四连杆机构的运转定义
四连杆在液压支架位于最大支撑高度工作状态下，它由底座、前连杆、后连杆和掩护梁等相关结构组成，支架工作过程中的运动轨迹线是根据四连杆的给出的已知路线，运动轨迹影响着液压支架当时承受的重量及负荷。

而支架在位于某一高度时，就是两条运行轨迹的夹角处，当支架由高到低运行时，迫使角度变小或变大，当角度为正值时，则表示受力值成正比，是液压支架能够承受的有效范围，反之则表示承受压力过大，有可能会造成支架崩塌的危险性。

当顶梁向前运动时，四连杆的滑动轨迹也会有所变化，当液压支架保持在一定的水平程度时，则四连杆机构轨迹保持不变，由此可见，对于液压支架来说，四连杆具有不可替代的作用以及重要性，当然，在日常操作中，相关操作人员也要确保在四连杆轨迹和液压支架都稳定的情况下，方可进行使用[2]。

2 运转优化过程的说明
在设计液压支架时，为确保运行在可承受范围内，应使四连杆轨迹全面优化，使液压承受力降到最低。

为了能更有效地支控顶板，规定支架由高到低动作时煤壁与顶梁前端点的距离变化要小，支架在运行时，必须保证与轨道的的夹角小于等于垂直范围内进行调整和优化，这就需要同时C语言编程工序辅助完成，在C 语言的编程显示下，能對日后液压支架的运行进行一定程度的清晰预判，保证四连杆轨道德后续操作使用不出现意外问题，因此在优化设计中，加入C语言组织编程是一件很有必要的事情。

早满足条件的情况下，方可使用该方案，倘若设计者不能保证液压支架和四连杆轨迹的优化设计满足上述条件，则不能进行相关适用，否则会对操作人员出现一定的安全隐患问题，若支架或滑行轨迹坍塌，不
仅会使业主遭到配件方面的经济损失，也会为操作人员带来一定的人身危险。

因此，优化设计师我们目前必须要做的任务之一，为企业负责就是为他人负责，只有确保操作工人的安全，才能确保整体操作进程稳定运行[3]。

3 C语言编程对液压支架四连杆机构的意义
所谓C语言是一种以函数形式表达的电脑系统，并能将数据进行合理的分类，C语言具有显示结构清晰的特点，简单易懂，便于学习，同时具有汇编语言的硬件操作能力，对于具有C语言基础的操作者可轻松掌握整体系统的运行方式，并加以流畅的操作顺序，唯一的难处就在于C语言当中含有大量的函数方程，倘若能解析并运用到液压结构优化设计当中，将会大大促进液压支架的稳定性，通常情况下，C语言编程分为常量和变量，常量时一般情况下通过正常测量的出的跟预计中无差别的量，而变量是指该单元存放内容与实际测量不符，函数方程也要随之更改变量的一种计算方式。

两种情况下，向操作者表达的意思也会有所不同。

由于液压支架和四连杆轨道都时需要通过精准计算得出来的明确数据，在加以运行和使用，所以利用C语言这样的函数编程方式，在合适不过，通过利用函数算出液压支架和四连杆边角之间的关联长度，能有效确保液压支架运行时的安全，且通过C语言编程的明确计算，能确保操作者得出最精准的答案，进而完成对液压支架等机构的优化进程[4]。

4 总结语
综上所述，根据相应的知识点总结，我们知道了什么是C语言包编程以及其对于机械费工业中的液压支架和四连杆的作用，通过一系列详细说明，我们得知，在优化液压支架和四连杆机构中，使用函数计算法是目前最为精准的预算方式，数据精准且真实性较高，给予相关操作人员一定的安全保障，在日常生活中，C语言编程的作用和功能还可以应用到更多广发的行业领域当中，发展前景法相当可观。

参考文献
[1]李秋生，王勇，教光印.基于VC++液压支架四连杆机构的优化设计与分析[J].煤矿机械，2010，31（11）：23-24.
[2]叶铁丽，李民，刘欣丽.液压支架四连杆机构优化设计及运动仿真[J].煤矿机械，2009，30（5）：37-39.
[3]鲁忠良，肖亚宁，唐中华.煤矿液压支架的实用安全理论及技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.
[4]康富军.ZZ18000＼25.5＼50型四柱支撑掩护式支架的研制与应用[J].煤矿机械，2011，32（9）：126-128.。