礦山支護設備協同遺傳多目標設計研究

張付全

摘 要：礦山支護設備伴隨我國經濟的發展而在不斷完善，而對于礦山支護設備來說，從某種程度而言是相對復雜多目標優化問題，傳統方法難以找到比較恰當解決方案。本文中從礦山支護設備協同遺傳算法前提下，構建多目標多學科設計，并進行優化框架，繼而對協同遺傳多目標設計，優化設計效果。

關鍵詞：礦上支護設備；多目標優化；多學科設計；研究

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

礦山支護設備是煤礦行業發展不可缺少的元素，而液壓支架設計過程中顯現出一定的弊端，急需系統解決，在參數上給予更高的要求，從而降低定媒及媒幫難度。文中從礦山支架設備協同遺傳多目標設計層面進行分析，確定完善協同遺傳算法。

1 協同遺傳算法

1.1 算法原理

針對遺傳算法而言，其在計算過程中并不需要諸多數學的必要條件，就能處理不同類型目標函數，并且進行一定的約束。因為算法進化本質，遺傳算法能夠作用于搜索解，而在此過程中無需考慮內部問題。

所謂協同化處理，主要是作用于兩個，或是兩個以上不同物種之間，而其中某個物種進化，勢必會對其它物種產生影響。而針對協同進化算法而言，基本上采用多個種群，而對于不同的物種來說，它們代表著問題解的部分內容，而且在組合形式上具有比較完整的解。

1.2 算法框架

礦山支架設備在礦山開采過程中發揮著非常關鍵的作用，其相應的液壓支架，從本質上分析歸屬于多目標多學科進行設計，由此，需要利用多學科設計原理，按照算法框架進行求解。針對液壓支架來說，涵蓋的結構設計主要有以下力學知識，如靜力學、動力學等，根據上述因素可以對其進行分類，分解成兩個子系統。而對于兩個子系統來說，在協同運行并行的前提下，施以并行算法框架。

這種算法框架在實際應用中顯現出自身的優勢，其與多學科設計優化具有異曲同工之妙，并行施以協同優化處計算，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用過程中較為便利。

2 優化參數和模型

液壓支架模型設計需要根據相關的參數設計才能得以不斷優化，協同設計過程中，并不涵蓋設備選型設計，主要針對已經存在的設備實施優化處理，在結構上不斷完善。在結構設計中，針對每一次的迭代，都能表現出較為準確的裝配關系，并且根據動、靜力學原理，繼而構建簡化模型，而對于運動相關的副連接，對其進行有效的簡化，主要是對重點與頂梁，還有底座實施應力應變分析。

從結構設計過程需要，液態支架模型具體可以分為以下幾種：即靜力學、動力學仿真，并且根據與此對系統進行劃分，形成兩個子系統。

結構尺寸變量總計是21個：X=（x1，x2，…，x21），上述變量屬于支架不同結構尺寸。

靜力學子系統，其局部變量有ld、b、l0；狀態變量和函數是Ky，A0Ld屬于頂梁兩縱之間，鉸接點的距離，m；b屬于頂梁橫向之間，鉸接點的距離，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。

動力學子系統，其局部變量是b，h；狀態變量是Δlz，Δlf。b、h、Δlz、Δlf：頂梁橫向鉸接點距離，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，即50°≤a≤70°。

3 結果分析

根據上述研究可知，優化設計取得了相對較好的效果，這主要體現在以下幾個層面：如目標函數，其頂梁運動軌跡曲線變化情況、四連桿機構，對其受力大小的分析、底座質量、底座應力應變等，相較于傳統計算模式而言，具有非常顯著的變化。從優化設計前后的結果反饋可知，優化設計之后的效果顯著，這主要體現在受力情況分析上，底座最大應力發生了變化，而且應力應變情況也發生了變化，但是底座質量優化設計之后并沒有表現出一定的優越性。

礦山支護設備在應用過程中顯現出的弊端是急需解決的問題，重點解決方向是液壓支架問題，表現顯著的是前后部輸送機問題，需要改善其防滑錨固問題。

4 結語

綜上所述，液壓支護設備在礦上開采過程中具有廣泛的應用性，對支架設計部分進行優化處理必然能夠達到良好的效果，根據運動力學，施以性能優化設計，從而改善支架性能，優化其受力情況，并在此基礎上進行多學科構建，最終促使礦山支護設備能夠獲得最佳的設計效能。

參考文獻：

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