关满杰 马星楠 张 凯 程 佳

（1.中国人民解放军65667部队 77分队，辽宁 阜新 123000；2.北方重工集团有限公司煤矿机械分公司，辽宁 沈阳 110141；3.北方重工设计研究院，辽宁 沈阳 110141）

0 引言

回转台是EBH-360型掘进机的重要部件，它连接机架，支撑截割臂，实现截割头的钻进掏槽、扫落煤岩、截割臂的升降、回转等各项运动，并承受来自截割头的复杂多变的冲击载荷[1]。回转台的合理结构决定掘进机的工作性能及整机的稳定性，其结构强度、刚度不足将造成截割性能的降低和疲劳断裂。在传统的设计中，回转台的设计主要靠设计经验和经验公式来进行，为了增大回转台的强度，安全系数的选择往往偏大，造成制造材料的浪费，因此很有必要对回转台进行优化设计，为生产厂家降低制造成本、提高利润[2]。

优化设计的方法很多种，如目标优化、拓扑优化等，本文采用拓扑优化的方法对回转台进行优化设计。

1 回转台三维模型建立及有限元静力分析

本文直接在ANSYS中建立回转台的三维模型，为有利于有限元分析，对其进行合理简化，将不必要的小孔、凸台、沉孔、倒圆角等都去掉。选择单元类型为Solid45单元，采用自由划分，设置单元尺寸长度为40 mm并对易发生应力集中的部位进行细化，划分网格[3]。本掘进机回转台为铸造件，材料为铸钢ZG35CrMo，调质处理后其屈服强度σs≥510MPa，选用安全系数 n=1.5，计算可得许用安全应力[σ]：

[σ]=σs/n=510/1.5=340 MPa （1）

图1 回转台的位移应力变化云图1

图2 回转台的位移应力变化云图2

只有保证回转台在极限工况下的最大应力值均小于安全应力，才能进行安全。……