冲击回转型液压锚杆钻机冲击机构优化设计.pdf

第 4期 总第 1 7 9期 2 0 1 3年 8月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CH ANI CAL ENGI NEERI NG 8 乙 AUT0MATl N No．4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 4 - 0 0 4 2 - 0 2 冲击回转型液压锚杆钻机冲击机构优化设计 史利章 大 同煤矿 集 团 北辛窑煤矿 ， 山西 大同0 3 7 0 0 2 摘要 简 要介 绍 了差异演化 算法的基本原理 、特点和流程 ，给 出了冲击 回转型液压锚杆钻机冲 击机构 的优化 设计模 型，进 而应用 l s t Op t 软件 中提供 的差 异演化算法 ，通 过编程 对冲 击回转型液 压锚杆 钻机 冲击机 构进 行了优化设计 ，使 液压锚秆钻机 的工作 总效率提 高到 了 7 6 ％，效果令 人满意 ，同时也表 明应用 差异演 化算 法解决实际工程优化 问题 的可行性 与可靠性。 关键 词 差异演化算 法；锚 杆钻机 ；冲 击机构；优化设计 ；I s t Op t 软件 中图分类号 T D 4 2 1 ． 3 文献标识码 A O 引言 冲击机构是冲击 回转型液压锚杆钻机冲击做功的 关键部件 ， 其设计的好坏对冲击机构的性 能、 冲击活塞 运动参数等有着直接的影响， 也直接关系到钻机工作效 率的高低 。鉴 于此 ， 本 文将 一种 新 的群智 能 优化 算 法差异演化算法应用于冲击 回转型液压锚杆钻机 冲击机构的优化设计 ， 获得了较好的优化设计结果。 1 差异演化算法简介 差异演化 Di f f e r e n t i a l E v o l u t i o n ， D E 算法 是一 种基于群体差异的演化算法 ， 其原理是 采用对个体进 行方 向扰动， 以达到使个体的 函数值下降 的 目的。它 不利用函数的梯度信息 ， 因此对 函数 的可导性甚至连 续性没有要求， 适用性很强。同时， 差异演化算法与粒 子群优化算法有相通之处 ， 但因为差异演化算法在一 定程度上考虑了多变量间的相关性 ， 因此相较于粒子 群优化算法在变量耦合问题上有很大的优势n ] 。 差异演化算法 的实施过程可概括为如下几大步 ①生成初始种群 ； ②变异操作 ； ③交叉 操作 ； ④选择操 作 。差异演化算法的流程图见图 1 。 差异演化算法的特点是 ①前期探索能力较强 ， 而 随着演化代数增加 ， 群体的差异度减小 ， 差异演化算法 后期开发能力显著增强 ； ②其控制参数交叉概率控 制各维对交叉的参与程度 以及全局搜索和局部搜索能 力的平衡； ③易对部分区域开发过度 ， 收敛到局部最优 点。 2 液压锚杆钻机液压冲击机构的优化设计模型 冲击机构是液压锚杆钻机 冲击做功 的关键部件 ， 无阀液压冲击机构是通过活塞 自身运动位置的变化进 行配油从而实现活塞往复运动 的液压 冲击机构 ， 其 主 要依据液体的微量可压缩性， 在容积较大的工作 腔及 压油腔 中形成液体弹簧作用， 使活塞在往复运动过程 中压缩储能和膨胀做功， 被压缩 的液体积蓄了能量 ， 在 外界条件允许时迅速释放能量 ， 以实现活塞的换 向。 开始 初始化算法参数 二二二[二 初始 化种群 工 输 出结果 图 1差 异 演 化 算 法 流 程 图 2 ． 1设计 变量 无阀液压冲击机构中冲击活塞的运动行程可 以分 为排油 、 压缩 和进 油 三 个 阶 段 。选 择 影 响 无 阀 液 压 冲 击机构性能的基本结构参数 ， 包括活塞后腔进油行 程 、压缩行程 x 。 及 活塞前腔和后腔 的面积 比 x 。作为 设计变量 ， 可以描述为 XE x 】 ， z 2 ， X 3 ] 。 收稿 日期 {2 0 1 2 一 O l 一 1 4 ，修 回 日期 2 0 1 3 0 2 1 4 作 者简介 史利章 1 9 6 6 一 ，男，山西怀仁人 ，高 级经济 师，在职研究生学历 。 N一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m