外文翻译--液压支架的最优化设计 中文版

毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 外文 出处： 子期刊 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 2 月 6 中文译文 液压支架的最优化设计 摘要： 本文介绍了从两组不同参数的采矿工程所使用的液压支架（如图 1）中选优的流程。这种流程建立在一定的数学模型之上。第一步，寻找四连杆机构的最理想的结构参数以便确保支架的理想的运动轨迹有最小的横向位移。第二步，计算出四连杆有最理想的参数时的最大误差，以便得出最理想的、最满意的液 压支架。 图 1 液压支架 关键词： 四连杆机构； 优化设计； 精确设计； 模糊设计； 误差 设计者的目的时寻找机械系统的 最优设计。导致的结果是一个系统所选择的参数是最优的。一个数学函数伴随着一个合适的系统的数学模型的出现而出现。当然这数学函数建立在这种类型的系统上。有了这种数学函数模型，加上一台好的计算机的支持，一定能找出系统最优的参数。 述的液压支架是斯洛文尼亚的 场的采煤设备的一个组成部分，它用来支护采煤工作面的巷道。它由两组四连杆机构组成，如图 2 所示 制绞结点 C 的运动轨迹，四连杆机构 过液压泵来驱动液压支架。 图 2 中，支架的运动，确切的说，支架上绞结点 C 点竖向的双纽线的运动 7 轨迹要求横向位移最小。如果不是这种情况，液压支架将不能很好的工作，因为支架工作在运动的地层上。 实验室测试了一液压支架的原型。支架表现出大的双纽线位移，这种双纽线位移的方式回见少支架的承受能力。因此，重新设计很有必要。如果允许的话，这会减少支架的承受能力。因此，重新设计很有必要。如果允许的话，这种设计还可以在最少的成本上下文章。它能决定去怎样寻找最主要的 图 2 两四连杆机构 四连杆机构数学模型 最有问题的参数 421 , 否则的话这将有必要在最小的机构 变这种设计方案。 上面所罗列出的所有问题的解决方案将告诉我们关于最理想的液压支架的答案。真正的答案将是不同的，因为系统有各种不同的参数的误差，那就是为什么在数学模型的帮助下，参数 421 , 许的最大的误差将被计算出来。 首先，有必要进一步研究适当的液压支架的机械模型。它有可能建立在下面所列假设之上： （ 1）连接体是刚性的， （ 2）单个独立的连接体的运动是相对缓慢的 . 8 液压支架是只有一个方向自由度的机械装置。它的运动学规律可以通过同步的两个四连杆机构 运动来模拟。最主要的四连杆机构对液压支架的运动规律有决定性的影响。机构 2 只是被用来通过液压泵来驱动液压支架。绞结点 C 的运动轨迹 L 可以很好地来描述液压支架的运动规律。因此，设计任务就是通过使点 C 的轨迹尽可能地接近轨迹 K 来找到机构 1 的最理想的连接长度值。四连杆机构 1 的综合可以通过 出运动的运动学方程式的帮助来完成。 图 3 点 C 轨迹 L 图 3 描述了一般的情况。 点 C 的轨迹 L 的方程式将在同一框架下被打印出来。点 C 的相对应的坐标x 和 y 随着四连杆机构的独有的参数 , 21 6 点 B 和 D 的坐标分别是 xB=x (1) yB=y (2) xD=x ) (3) yD=y ) (4) 参数 , 21 622a (5) (+ 24a (6) 把 (1) (4)代入（ 5）（ 6）即可获得支架 的最终方程式 ()2+ ()2- 22a =0 (7) )- 1a 2+ )2- 24a =0 (8) 此方程式描述了计算参数 421 , 理想值的最基本的数学模型。 9 学模型 议，系统的数学模型可以用下面形式的公式表示 f(u,v), (9) 约束于 gi(u,v) 0, i=1,2,l, (10) 和响应函数 hi(u,v)=0, j=1,2,m. (11) 向量 u=u1,u nT 响应设计时的变量 , v=v1,v m9)式中的 f 是目标函数。 为了使设计的主导 四连杆机构 到最佳，设计时的变量可被定义为 u= 1a 2a 4a T, (12) 可变响应向量可被定义为 v=x yT. (13) 相应复数 3， 5， 6 的尺寸是 确定的。 目 标函数被定义为理想轨迹 K 和实际轨迹 L 之间的一些 “有差异的尺寸 ” f(u,v) =g0(y)y)2, (14) 式中 x= g0(y) 是曲线 K 的函数， x= f0(y)是曲线 L 的函数。 我们将为系统挑选一定局限性。这种系统必须满足众所周知的最一般的情况。 02143 (15) 04132 (16) 不等式表达了四连杆机构这样的特性：复数 42,可能只振荡的。 这种情况： (17) 给出了设计变量的上下约束条件。 用基于梯度的最优化式方法不能直接的解决 (9)(11)的问题。 (18) 从属于 gi(u,v) 0, i=1,2,l, (19) f(u,v)- 0, (20) 10 并响应函数 hj(u,v)=0, j=1,2,m, (21) 式中： u= u n T v= v n T 因此，主导四连杆机构 一个非线性设计问题可以被描述为： (22) 从属于约束 02143 (23) 04132 4) 111 , 222 444 (25) ),(,0)()( 7200 (26) 并响应函数： 0)s c 222525 (27) 0)s )c 2426216 (28) 有了上面的公式，使得点 C 的横向位移和轨迹 K 之间的有最微小的差别变得可能。结果是参数 421 , 最理想的值。 数学模型可以用来计算比如参数 421 , 保轨迹 L 和 K 之间的距离保持最小。然而端点 可能有些偏离，因为在运动中存在一些干扰因数。看这些偏离到底合时与否关键在于这个偏差是否在参数 421 , 容许的公差范围内。 响应函数（ 27） （ 28）允许我们考虑响应变量 v 的 矢量，这个矢量依赖设计变量 v 的 矢量。这就意味着 v h (v)，函 数 h 是 数学模型（ 22）（ 28）的基础，因为它描述出了响应变量 v 的矢量和设计变 量 v 的 矢量以及和数学模型 中 系。同样，函数 h 用 来考虑参数 421 , 误差值 421 , 的最大允许值。 在随机模型中， 设计变量的矢量 u=,u n=,U n就是意味 着响应变量的矢量 v=,v nT 也是一个随机矢量 11 V=2,V nT v=h(u) (29) 假设设计变量 ,U n 从概率论的观点以及正常的分类函数 ,( (k=1,2,n) 中独立出来。主要参数 k 和 k (k=1,2,n) 可以与如测量这类科学概念和公差联系起来，比如k=k, 3。所以只要选择合适的存在概率 ， k=1,2,n (30) 式（ 30）就计算出结果。 随机矢量 V 的概率分布函数被探求依赖随机矢量 U 概率分布函数及它实际不可计算性。因此，随意矢量 V 被描述借助于数学特性，而这个特性被确定是利用 u=,u nT 的函数 者借助被 方法。 学模型 用来计算液压支架最优化的容许误差的数学模型将会以非线性问题的独立的变量 w= 1a 2a 4a T (31) 和目标函数 421111)( (32) 的型式描述出来。 约束条件 0 (33) 111 , 222 444 (34) 在式（ 33）中， E 是是坐标 C 点的 x 值的最大允许偏差 Y ，其中 2421 ),(61 A=1,2,4 (35) 非线性工程问题的计算公差定义式如下： )111m 21 (36) 它服从以下条件： 12 0 (37) 111 , 222 (38) 444 (39) 液压支架的工作阻力为 1600及四连杆机构 须符合以下要求： 它们必须确保铰接点 C 的横向位移控制在最小的范围内， 它们必须提供充分的运动稳定性 图 2中的液压支架的有关参数列在表 1 中。 支撑四杆机构 以由矢量 TT 13 10,12 51),13 25(,40 0, 4321 ( (40) 来确定。 四连杆 以通过下面矢量关系来确定。 13 1 0,382,13 6 0,674,4321 ( 在方程 (39)中，参数 925四连杆 中。 表 1 液压支架的参数 表 2 四连杆 连杆 优化 四连杆的数学模型 相关数据在方程 (22)-(28)中都有表述。 (图 3)铰接点 C 双纽线的横向最大偏距为 65就是为什么式 (26)为 0)65( 7 (41) 杆 数 , 21 1941)中所得结果列于表 3中。 这些点所对应的角 ,21 22 192都在角度范围 而且它们每个 13 角度之差为 1o 设计变量的最小和最大范 围是 0,1 2 8 0,1 3 3 0,6 4 0 ( (42) 30,1340,1390,700 ( (43) 非线性设计问题以方程 (22)与 (28)的形式表述出来。这个问题通过 et 991)提出的基于近似值逼近的优化方法来解决。通过用直接的区分方法来计算出设计派生数据。 设计变量的初始值为 30,1310,1360,674, 70402010 ( (44) 优化设计的参数经过 25次反复计算后是 表 3 绞结点 x与 y 的值 角度)(2 o u ( (45) 在表 3中 C点 y 值分别对应开始设计变量和优化设计变量 。 图 4 用图表示了端点 L(虚线 )和垂直的理想轨迹 K(实线 )。 14 图 4 绞结点 C 的轨迹 连杆机构 最优误差 在非线性问题 (36)-(38),选择的独立变量 421 , 的最小值和最大值为 0 0 0 0 ( (46) ( (47) 独立变量的初始值为 ( (48) 轨迹偏离选择了两种情况 E= E=第一种情况，设计变量421 , 理想公差经过 9次反复的计算，已初结果。第二种情况也在 7次的反复 计算 后得到了理想值。这些结果列在表 4和表 5 中。 图 5和图 6的标准偏差已经由 图中双点划线示 )同时比较泰勒近似法的曲线 (实线 )。 15 图 5 E=的标准误差 图 6 E=的标准误差 通过选用系统的合适的数学模型以及采用数学函数，让液压支架的设计得到改良，而且产品的性能更加可靠 。然而，由于理想误差的结果的出现，将有理由再考虑一个新的问题。这个问题在四连杆的问题上表现的尤为突出，因为一个公差变化稍微都能导致产品成本的升高。