邊 越

（山西大同同煤集團(tuán)機(jī)電管理處， 山西 大同 037041）

引言

在三機(jī)配套過程中存在大量細(xì)小的計算。為了簡化三機(jī)配套的設(shè)計過程，同時減輕設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，提高設(shè)計精度，研發(fā)了三機(jī)配套的快速計算工具。該工具包括兩個部分，一是液壓支架數(shù)量計算工具（安卓系統(tǒng)），二是液壓支架起升位置計算工具。1 液壓支架數(shù)量計算工具

1.1 平臺選用

目前，廣泛使用的手機(jī)應(yīng)用程序已經(jīng)深入到機(jī)械設(shè)計的各個領(lǐng)域，從繪圖到設(shè)計都為廣大設(shè)計人員帶來便利。同時手機(jī)便于攜帶和操作。基于此，設(shè)計一款基于手機(jī)平臺的應(yīng)用程序是最適合的，同時手機(jī)應(yīng)用程序便于傳播，對于該計算器的推廣使用也大有好處。

1.2 界面設(shè)計

手機(jī)應(yīng)用界面只有手掌大小，在方寸之間要完成輸入數(shù)據(jù)和操作按鈕，所以，數(shù)字和按鈕都要大。同時三機(jī)配套的過程通常會連續(xù)持續(xù)多個小時，人員眼睛的疲勞是在所難免的。界面顏色一定要使用明快簡潔的方式呈現(xiàn)，通常使用暖色調(diào)給人以放松的感覺。

同時在輸入數(shù)據(jù)時要和設(shè)計的順序相同。從上到下從左到右依次輸入數(shù)據(jù)。計算的結(jié)果也要在顯眼的地方顯示。設(shè)計人員在選用數(shù)據(jù)時能夠有效查看，避免誤讀。

每個數(shù)據(jù)的單位從設(shè)計資料中選取時是不同的，因此在輸入時就要進(jìn)行單位的轉(zhuǎn)換，這樣就增加了額外計算量。在輸入界面單位按照資料上慣用的單位進(jìn)行編制，這樣設(shè)計人員在使用時就不用考慮單位的轉(zhuǎn)換問題，直接輸入即可[1]。

經(jīng)過慎重考慮設(shè)計界面如圖1所示：

圖1 設(shè)計界面

1.3 使用方法

該計算器在左側(cè)輸入數(shù)據(jù)，在右側(cè)就可以快速計算出結(jié)果。同時根據(jù)右側(cè)的計算結(jié)果系統(tǒng)會自動對左側(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，使計算結(jié)果更有實用性。

當(dāng)可以參考的數(shù)據(jù)輸入完畢后點擊右側(cè)最大的按鈕就可以計算了。在輸入的數(shù)據(jù)有變動時重新輸入部分?jǐn)?shù)據(jù)再次點擊按鈕，計算結(jié)果就會再次更新。計算結(jié)果會自動取整并優(yōu)化。

1.4 計算結(jié)果與現(xiàn)有配套的比對

1.4.1 燕子山某工作面（如表1所示）

表1 燕子山某工作面參數(shù)

試算結(jié)果與原配套基本吻合。

1.4.2 麻家梁某工作面（如下頁表2所示）

試算結(jié)果與原配套基本吻合。

表2 麻家梁某工作面參數(shù)

1.4.3 塔山某工作面（如表3所示）

表3 塔山某工作面參數(shù)

試算結(jié)果與原配套基本吻合。

1.4.4 華宮某工作面（如表4所示）

表4 華宮某工作面參數(shù)

試算結(jié)果與原配套基本吻合。

1.4.5 馬脊梁某工作面（如表5所示）

表5 馬脊梁某工作面參數(shù)

試算結(jié)果與原配套基本吻合，因?qū)嶋H對3架過渡支架作為中間架使用所以中間架數(shù)量少3架。

需要注意的是，試算結(jié)果的過渡槽長度頭尾相等，這樣做的好處是頭尾過渡槽可互換。

2 液壓支架起升高度快速計算工具

在三機(jī)配套過程中液壓支架的起升高度和各部件的角度會隨著工作面條件的變化而變化。為了方便在三機(jī)配套過程中液壓支架圖紙隨起升高度變化而快速變更，設(shè)計一個輔助計算支架起升角度的工具。該工具基于EXCEL制作，能夠幫助工程技術(shù)人員快速計算液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的位置關(guān)系[2]。

2.1 支架連桿機(jī)構(gòu)的簡化

液壓支架的升降和水平運動由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)決定。研究液壓支架升降運動規(guī)律必須將構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)的部分進(jìn)行簡化。液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)由油缸、底座、掩護(hù)梁、尾梁等構(gòu)成，為了方便計算將液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的鉸接點用線段連接起來，并標(biāo)注各連桿長度。在支架的連桿機(jī)構(gòu)圖中以右下角鉸接點為標(biāo)注起點，簡化該機(jī)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 計算目標(biāo)的確定

在三機(jī)配套過程中液壓支架的起升高度往往是確定的。需要求出起升高度h下的四連桿角度θ。所以四連桿求解的目標(biāo)為起升高度確定后四連桿各桿的角度及四連桿水平位置g。

圖2 支架四連桿機(jī)構(gòu)的簡化

2.3 計算過程的研究

四連桿機(jī)構(gòu)在確定起升角度θ后計算起升高度h和水平位置g是較為容易的。而計算目標(biāo)則和該計算方向相反。經(jīng)過多次嘗試，由起升高度確定起升角度較為不便，所以使用由角度確定高度建立結(jié)果集，之后從結(jié)果集中找到目標(biāo)高度的近似值確定目標(biāo)角度。當(dāng)然如果用手工進(jìn)行計算則計算量非常大。在這里可以借助EXCEL的編程計算功能進(jìn)行輔助計算與結(jié)果的查找、確定。

2.4 計算原理

做輔助線AC、BC，過點B做水平線并形成角，如圖3所示。

圖3 計算原理圖

利用如式（1）（2）的幾何關(guān)系可求出α。

利用上述關(guān)系建立θ，h，g的結(jié)果集。

2.5 結(jié)果集的建立

結(jié)果集以從較小的固定角度開始以固定的步長迭代算出（h，g）的集合。步長越小計算結(jié)果越精確，計算量越大。本文以0.1°為步長，θ=30°進(jìn)行迭代，計算至θ=90°停止。

利用EXCEL的表格計算及編程功能得到如下頁圖4所示[3]的結(jié)果集。

圖4 結(jié)果集

2.6 計算結(jié)果的利用

設(shè)置好支架各連桿的長度該表格就能計算出支架起升高度和水平運動的結(jié)果集合。

從結(jié)果集合中可以人工或利用查找函數(shù)找到規(guī)定高度的對應(yīng)角度，從而在繪制液壓支架圖形的過程中加以引用。

3 存在問題及推廣應(yīng)用前景

液壓支架數(shù)量計算工具滿足非放頂煤工作面的設(shè)備計算，對于其他采煤工藝設(shè)備的選用計算將會在今后的系統(tǒng)中逐步完善。該計算器使用的安卓系統(tǒng)可在安卓手機(jī)上使用。

液壓支架起升高度快速計算工具可計算正四連桿液壓支架的起升運動路徑，在需要精確繪制或設(shè)計液壓支架的情況下可推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]李金剛.綜采工作面采煤機(jī)刮板輸送機(jī)和液壓支架配套分析[J].煤礦開采，2006.

[2]陳學(xué)敏.正四連桿與反四連桿放頂煤液壓支架適應(yīng)性探討[J].煤，2004.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.