基于液压仿真的履带起重机回转机构液压冲击抑制研究

为何更平顺的起重机动作很重要

在工地上，履带起重机需精确地摆动重物，同时保障人员和设备安全。然而，当起重机上部结构突然开始或停止回转时，驱动该动作的液压系统可能出现剧烈的压力峰值。这些短促但强烈的冲击会震动驾驶室、摇晃吊臂并缩短整机的使用寿命。本研究考察工程师如何在液压管路内部抑制这些隐蔽的冲击，以使庞大的起重机能表现出经过良好调校的平顺特性。

重型机械内部的隐性冲击

履带起重机依靠液压马达和阀门来回转其巨大的上部构件，这一动作称为回转。当操作员发出快速启动或突然停止的指令时，较大的旋转质量会抵抗运动的变化，从而在油路中产生急剧的压力浪涌。这些浪涌或液压冲击沿着钢管和油液传播，表现为驾驶室和吊臂的强烈振动。随着时间推移，它们会使结构零件疲劳、干扰精确的起吊作业、增加噪音并提高维护成本。在带有重型吊臂与配重的大型起重机中，这一问题尤其严重，因为其转动惯量远大于小型设备。

寻找更优的液压布局

为了解决该问题，研究人员将注意力集中在起重机的回转液压回路——为回转马达供油的泵、阀和管路网络上。首先，他们利用计算机仿真分析了传统系统在不同工况下的压力表现。研究覆盖了八种工作情形，结合轻载与重载、平地与小坡度，并模拟了持续半秒的快速启动与停止。在许多情况下，液压冲击超过了可接受水平，与操作员在真实设备中报告的强烈震动相吻合。该基线结果清楚表明，传统设计在日常操作中使起重机容易遭受强烈的内部冲击。

实现更平顺动作的关键设计调整

研究团队随后提出了一组针对性的液压布局改进。其一是改变主回转阀在操作杆置于中立位时的行为。旧设计允许阀门使马达与泵卸荷放松，这意味着每次重新启动时都要重新建立压力，从而产生尖锐的冲击。改进后，阀门保持油液锁定并锁定马达，使系统在回转开始时已处于部分加压状态，能更好地缓冲运动。第二项调整是缩小一个计量油流的小开口，使压力上升更为平缓而非突变。工程师还用能随负载平滑调节开启的平衡阀替换了简单的限压装置，并添加了补油阀以快速填补回路中的局部空洞，防止产生有害的低压腔。

从计算机屏幕到真实起重机

为了观察这些调整协同工作的效果，研究人员构建了详细的液压回路虚拟模型，并将其与一台750吨级履带起重机的三维机械模型耦合。该联合仿真使他们能够观察在不同载荷和坡度下整机在启动与停止回转时液压管路中的压力变化。优化后的系统在八种测试工况中将计算得到的液压冲击大致减半。为验证虚拟结果的现实性，团队随后在一台实际起重机上安装了改进后的回路、布置了传感器并重复了测试。实测的压力峰值与仿真结果高度吻合，差异在10%以内，这增强了模型捕捉整机关键行为的可信度。

对更安全工地的意义

通俗地说，该研究表明通过重新设计阀件布局与引导油流的方式，工程师可以显著减轻在快速启动与停止时产生的内部冲击。改进设计将液压冲击约减半，这意味着驾驶室的震动减少、被吊物的控制更平稳以及关键零件的磨损降低。作者也指出仍需进一步研究以全面理解长期与更复杂工况下的影响，但他们的结果为实现更安静、更安全、更耐用的大型起重机铺平了道路，并有助于提高全球建筑工地的起重作业可靠性。

引用: Wei, Y., Gu, Y., Zhang, Y. et al. Research on hydraulic shock suppression of crawler crane slewing mechanism based on hydraulic simulation. Sci Rep 16, 12533 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42887-0

关键词: 履带起重机, 液压冲击, 回转机构, 减振, 液压仿真