三機(jī)配套快速計(jì)算工具的研發(fā)

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(guò)程中存在大量細(xì)小的計(jì)算。為了簡(jiǎn)化三機(jī)配套的設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)精度，研發(fā)了三機(jī)配套的快速計(jì)算工具。該工具包括兩個(gè)部分，一是液壓支架數(shù)量計(jì)算工具（安卓系統(tǒng)），二是液壓支架起升位置計(jì)算工具。1 液壓支架數(shù)量計(jì)算工具

1.1 平臺(tái)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(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從繪圖到設(shè)計(jì)都為廣大設(shè)計(jì)人員帶來(lái)便利。同時(shí)手機(jī)便于攜帶和操作。基于此，設(shè)計(jì)一款基于手機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用程序是最適合的，同時(shí)手機(jī)應(yīng)用程序便于傳播，對(duì)于該計(jì)算器的推廣使用也大有好處。

1.2 界面設(shè)計(jì)

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(shí)三機(jī)配套的過(guò)程通常會(huì)連續(xù)持續(xù)多個(gè)小時(shí)，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(jiǎn)潔的方式呈現(xiàn)，通常使用暖色調(diào)給人以放松的感覺(jué)。

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

每個(gè)數(shù)據(jù)的單位從設(shè)計(jì)資料中選取時(shí)是不同的，因此在輸入時(shí)就要進(jìn)行單位的轉(zhuǎn)換，這樣就增加了額外計(jì)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(jì)人員在使用時(shí)就不用考慮單位的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，直接輸入即可[1]。

經(jīng)過(guò)慎重考慮設(shè)計(jì)界面如圖1所示：

圖1 設(shè)計(jì)界面

1.3 使用方法

該計(jì)算器在左側(cè)輸入數(shù)據(jù)，在右側(cè)就可以快速計(jì)算出結(jié)果。同時(shí)根據(jù)右側(cè)的計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)左側(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，使計(jì)算結(jié)果更有實(shí)用性。

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

1.4 計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有配套的比對(duì)

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(yè)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(duì)3架過(guò)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(guò)渡槽長(zhǎng)度頭尾相等，這樣做的好處是頭尾過(guò)渡槽可互換。

2 液壓支架起升高度快速計(jì)算工具

在三機(jī)配套過(guò)程中液壓支架的起升高度和各部件的角度會(huì)隨著工作面條件的變化而變化。為了方便在三機(jī)配套過(guò)程中液壓支架圖紙隨起升高度變化而快速變更，設(shè)計(jì)一個(gè)輔助計(jì)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(jì)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(jiǎn)化

液壓支架的升降和水平運(yùn)動(dòng)由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)決定。研究液壓支架升降運(yùn)動(dòng)規(guī)律必須將構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)的部分進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算將液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)用線段連接起來(lái)，并標(biāo)注各連桿長(zhǎng)度。在支架的連桿機(jī)構(gòu)圖中以右下角鉸接點(diǎn)為標(biāo)注起點(diǎn)，簡(jiǎn)化該機(jī)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 計(jì)算目標(biāo)的確定

在三機(jī)配套過(guò)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(jiǎn)化

2.3 計(jì)算過(guò)程的研究

四連桿機(jī)構(gòu)在確定起升角度θ后計(jì)算起升高度h和水平位置g是較為容易的。而計(jì)算目標(biāo)則和該計(jì)算方向相反。經(jīng)過(guò)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(jì)算則計(jì)算量非常大。在這里可以借助EXCEL的編程計(jì)算功能進(jìn)行輔助計(jì)算與結(jié)果的查找、確定。

2.4 計(jì)算原理

做輔助線AC、BC，過(guò)點(diǎn)B做水平線并形成角，如圖3所示。

圖3 計(jì)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(kāi)始以固定的步長(zhǎng)迭代算出（h，g）的集合。步長(zhǎng)越小計(jì)算結(jié)果越精確，計(jì)算量越大。本文以0.1°為步長(zhǎng)，θ=30°進(jìn)行迭代，計(jì)算至θ=90°停止。

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

圖4 結(jié)果集

2.6 計(jì)算結(jié)果的利用

設(shè)置好支架各連桿的長(zhǎng)度該表格就能計(jì)算出支架起升高度和水平運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)角度，從而在繪制液壓支架圖形的過(guò)程中加以引用。

3 存在問(wèn)題及推廣應(yīng)用前景

液壓支架數(shù)量計(jì)算工具滿足非放頂煤工作面的設(shè)備計(jì)算，對(duì)于其他采煤工藝設(shè)備的選用計(jì)算將會(huì)在今后的系統(tǒng)中逐步完善。該計(jì)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(jì)算工具可計(jì)算正四連桿液壓支架的起升運(yùn)動(dòng)路徑，在需要精確繪制或設(shè)計(jì)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(kāi)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(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.