挖掘装载机回转机构性能研究及优化设计

王艳霞　牛学梅

[摘要]随着国民经济的发展，应用机械化施工技术越来越重要，促使现代工程建设机械的蓬勃发展。挖掘工作装置的挖掘效率以及动态特性是衡量挖掘装载机好坏与能否满足用户使用需求的重要指标。基于此，文章就挖掘装载机回转机构性能研究及优化设计进行分析。

[关键词]挖掘装载机；回转机构；性能研究；优化设计

一、回转机构组成及工作原理

（一）组成

液压挖掘机回转机构主要由回转支承、回转减速器、回转制动器和回转液压系统等组成。

（二）工作原理

当操纵挖掘机回转时，回转先导阀输出的压力油进入回轉换向阀1阀芯一侧，推动回转换向阀1阀芯移动，打开回转换向阀1油路。主泵输出的压力油经回转换向阀1进入回转马达的工作油路（A、B油口），驱动回转马达5旋转。

来自回转先导阀的先导压力油同时进入延时制动阀8的SH油口，SH油口的先导压力油推动延时制动阀的换向阀9阀芯，使先导泵输出的压力油（PG油口）进入回转制动器6活塞室。将制动活塞顶起，使制动摩擦片分离以解除制动，回转马达5方可通过回转减速器10驱动转台旋转。

二、回转机构参数优化

（一）优化模型建立

1.目标函数建立

回转机构回转性能的好坏，由几个方面可以判断：制动时刻角加速度、最大回转角度、系统能量消耗。

根据以上三点建立回转机构的优化目标函数：

化成标准形式为：

2.设计变量选取

液压缸的初始安装角α₀、β₀，液压缸铰接点与回转中心的垂直距离H，以及回转半径r，都对上面的优化目标函数有较大影响。因此选定α₀、β₀、H和r作为优化目标函数的设计变量。

3.约束条件确定

（1）启动力矩的约束

液压系统的启动压力为=Mpap5.17起，因此要使机构在初始安装位置，在启动压力作用下能够启动起来，约束条件用数学表达式表示为：

p_起L₀（A₁+A₂）≥M_j

其中：A₁：液压缸有杆腔面积。A₂：液压缸无杆腔面积。L₀：安装起始位置液压缸驱动力臂，由于结构对称，左右两缸力臂相等。M_j：回转静阻力矩。

（2）液压缸结构参数的约束

由液压缸最大行程和结构尺寸的限制，液压缸伸长到最长时，液压缸铰接点到活塞杆端的距离要小于液压缸的结构尺寸加最大行程。液压缸收缩到最短，液压缸铰接点到活塞杆端的距离要大于液压缸的结构尺寸。反映到数学表达式上。

L+r≤XV+S_max（1）

L-r≥XV （2）

其中：L：液压缸铰接点与回转中心的距离。r：回转半径。XV：液压缸结构尺寸。S_max：这一系列的液压缸允许的最大行程。

由于0max