挖掘机回转系统设计方案

1 1 挖掘机回转系统设计方案 1. 绪论 纵观国内外工程机械上下几百年的发展历程，展现的是不朽的经典，孕育的是深厚的文化，淘出的是世界的经济。随着全球经济的不断发展，越来越多的工程项目的出现，新的世纪，新的劳动工具的再次转型与升级。低碳环保、节能环保的观念已经深入人心，为了更好的实现中国的伟大复兴，为了更好的与世界工程、工业接轨，工程机械的再次升级是目前的首要任务。这是一个艰难漫长的过程，更是一个自主创新的过程，是一个难得的机遇与挑战。 面对着我国现有工程机械的发展概况，经营模式以及管理制度，我们急 切的呼吁设计就是在现有的 回转电机为回转动力源的新型混合动力液压挖掘机便应运而生了。根据参照、借鉴、学习但不抄袭的原则，该混合动力新型液压挖掘机通过混合动力综合控制器控制以及相应的储能装置进行能量的存储和释放，达到机电一体化智能控制方便、快捷、稳定的效果和能量的实时回收与再利用。 内外挖掘机的发展概况 内挖掘机的发展概况 我国从第一台挖掘机的诞生到今天已有近 60 年的发展历史，大体上可以分成以下三个阶段 : (1) 测绘仿制阶段 (1967 1977 年 ) 这个阶段是最基本的阶段，是不成熟的阶段。尽管如此，敢于探索进取的祖辈们通过多年坚持不懈的努力奋斗，最终研究出了多款成功产品，将我国挖掘机事业继续向前推进着。 表 1 开发成功的主要产品 如表 1 所示，它们的出现代表着我国液压挖掘机行业逐渐由开始的初步形成到进一步发展壮大的发展历程。 机械厂 厂名称 上海建筑机械厂 贵阳矿山机器厂 合肥矿山机器厂 长江挖掘机械厂 杭州重型机械厂 挖掘机型号 42 2 (2)技术研发 革新阶段 (1978 1986 年 ) 技术的革新才能最终引领时代的风骚。各个机械厂家均掀起了一场技术革新的革命。他们大力引进世界著名挖掘机品牌，学习其核心技术，不断的为自己充电，使其在残酷的挖掘机竞争行业中终有一席立足之地。 表 2 各机械厂引进情况 机械 厂名 长江挖 掘机厂 贵阳矿山 机器厂 合肥矿山 机器厂 上海建筑 机械厂 杭州重型 机械厂 北京建筑 机械厂 引进国家 德国 德国 德国 德国 德国 德国 引进公司 利勃海尔 利勃海尔 利勃海尔 利勃海尔 德玛克 奥加凯 引进 型号 982 912 962 922 3) 联合外资持续发展阶段 (1987至今 ) 由于国内对挖掘机的需求量的不断提高 ,供需矛盾日益扩大 ,国外各著名挖掘机制造厂商看好中国市场 ,纷纷前来创办合资企业 1。 国内挖掘机品牌在经历了外资企业的洗礼下，经过了几十年的不断拼搏、奋斗，才能由最初的全军覆没到今天的稳定发展。它们现在不仅占据着整个国内大部分市场，更是傲视国际市场，近似疯狂地展开国际并购措施来拓宽自己的产业链，增强自身的竞争实力，实现开拓 新市场的需要（见图 1）。 图 1 近 3年中国挖掘机市场销量变化情况 外挖掘机的发展概况 第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程 2。从 20世纪后期开始 ,国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展 3。 尽管近几年来，整个国际工程机械行业状况不容乐观，但是国外的许多著名挖掘机品牌商纷纷采取有力措施，迅速改变运营模式，管理制度，及时 调整销售对象，静中求变，变中求稳，力求将损失降低到最低限度。 3 3 设计所研究的主要内容 本次所设计的挖掘机为小松 本依据为现有的小松 此基础上将动力更换为混合动力，回转系统部分等效替换为一回转电机驱动的机电控制系统。主要设计内容为整个挖掘机的设计及回转系统的设计，主要包括整机部分整机参数的确定、动臂结构型式的确定，行走装置结构型式的确定，传动型式的确定，以及回转系统部分回转电机的选择，回转支撑类型的选择，回转减速机 的设计等等。 面性是整个设计任务顺利完成的保证；回转系统设计的优劣对其它机构部件设计的质量起着决定性的作用。 设计的技术难点及相应的措施 对于小松 型反铲液压挖掘机的整体设计，基本上没有多大的技术难点，仍然是柴油发动机为主要的动力源，只在回转系统部分将原有的液压回转系统等效替换为相应的电机回转系统，因而此混合动力液压挖掘机的得名由此而来。 本设计的主要的技术难点是回转系统部分。回转系统的设计涉及领域广，标准规范较多。参照近些年的国内国外的各项关于 混合动力液压挖掘机的报告、会议论文、专利及专题论文，结合现代节能环保的设计理念，将回转系统的设计上升到了一个前所未有的高度。回转系统总体主要包括回转电机的选择，回转支撑类型的选择，回转减速机的设计。其中回转减速机的设计是本设计的技术最大难点。由于回转电机为等效替代原有的回转液压马达，因而回转电机的选取只要依据原有的回转液压马达即可。回转减速机的设计需要综合考虑回转电机的选型及回转支撑的选型，在此二者的基础上，根据具体的传动比关系，最终确定为 星减速机具有结构紧凑，传动比大，传递扭矩大 的特点。再次根据现有的机械设计相关设计手册选取行星齿轮各设计参数，结合铸造相关工艺特点设计减速机外壳。 本设计所采用的主要设计手段是数值计算、计算机绘图（主要绘图软件为 设计方法主要包括数值计算、计算机绘图（主要绘图软件为 。首先对 型反铲液压挖掘机的整机设计所要达到的技术目标进行综合分析和设计，再对整机中具有决定性作用的零部件之一回转系统进行正确的、全面的分析和设计。在整个设计过程中，一旦发现技术瓶颈和急需要解决 的问题，首先应该自己认真的查找相关资料，在大量收集资料的基础上加深对此技术难点的理解，努力争取解决。同时，每周都有两次的老师指导，将已经或将要出现的技术难点、急需解决的问题趁着这些机会向指导老师请教，而后再经过自己的多方思考、考察和整理，最终真正理解其难点的实质性问题所在，从而找到相应的解决问题的方法，最终解决问题并验证相应结论的正确性。 4 4 2. 掘机结构功能分析 掘机总功能的确定 挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工 中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用 4。 表 2 掘机的设计要求 1 功能 基本功能：挖掘土方。 2 工况 适应性 铲斗挖掘工况 : 由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况 斗杆挖掘工况 : 由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况 联合挖掘工况 : 由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况 环境：摄氏 相对湿度， 40%H，大气压力： 70 性能 行走速度： h 回转速度： 工作重量： 33 结构尺寸： 长 11140 宽 3190 高 3280 生产能力 生产率：理论的、额定的、实际的 5 可靠性 可靠度、维修度和有效度 6 使用寿命 正常作业的情况下，其使用年限不低于 8年 7 经济成本 材料费用、设计费用、制造加工费用、管理费用 8 人机工程 造型美观，操作方便，座椅舒适 9 安全 保证人身、设备安全：具有安全保护、自动检测设备状态装置 10 包装运输 产品运输、移动方便 11 环保指标 工作时尽量少产生烟雾、异味、污染 掘机 需开挖的土方 控制指令 润滑剂 灰尘 土方堆 驱动能、制动能 指令显示 图 2 掘机的黑箱图 信号能 耗损的润滑油 温度 湿度 震动 噪音 湿热 振动 热量 5 5 掘机的功能分解图 掘机的功能结构图 挖 掘 机 完 成 土 石 方 开 挖 工 作 动力装置 传动功能 动力机 实现运动运输 动力设备 减速机 传动功能 传动齿轮 能量转换 回转驱动 回转功能 回转机构 转台 回转接头 行走功能 停车、制动 制动功能 前进、后退及变向 回转支承 图 3 挖掘机的功能分解图 减速机 实现驱动 执行功能 工作装置 开挖工具 容纳土方 满斗回转 卸载土方 回位 动力供应 控制功能 仪表显示 方向 角度 速度 润滑 信息显示 油润滑 脂润滑 辅助功能 润滑系统 信息反馈 配重平衡 夜间照明 6 6 掘机的原理解组合 表 3 功能元 功能元分解 1 2 3 4 5 A 动力 汽油机 柴油机 电动机 液压马达 混合动力 绿化迁移 选择开挖 开挖土方 配重平衡 工作执行 信号能 行走机构 制动能 驱动能 回转机构 能量转换 容纳土方 回转支承 回转接头 转台 显示器 机控器 电控器 土石方堆 耗损的润滑剂 显示 能 量 信息指令 满斗回转 卸载土方 堆放整理 联接、支承 润滑 润滑剂 显示器 显示器 显示器 显示器 分离 灰尘 温度湿度 震动 热量 噪声 振动 图 4 挖掘机的功能结构图 需开挖的土方 7 7 B 铲斗 正铲 反铲 抓斗 钳式斗 C 回转形式 内齿传动 外齿传动 液轮传动 D 行走 履带 轮胎 轨道 迈步式 E 能量传递 齿轮箱 油泵 链传动 皮带传动 F 制动 闸瓦制动 带式制动 片式制动 齿式制动 气压制动 G 推压 齿轮齿条 液压缸 丝杆螺母 钢丝绳 根据上述 ， 可建立 解形 态 学矩 阵 如表 3。从表 3中得到 组 合方案数 为 ： 5 4 3 4 4 4 4=15360 种 可选出代表性的三种方案作比较： 方案 I： 2+4+1+ 迈步式反铲外齿回转液压挖掘机 方案 2+1+1+ 履带式反铲内齿回转混合动力液压挖掘机 方案 2+2+3+ 轮胎式反铲内齿回转电动液压挖掘机 理方案的评价与决策 在上表的 15360 种 组 合方案中 ， 使用技 术 经济综 合 评 价的步 骤 最后决策出最佳方案。 表 4 评价与决策 评价目标 重要性系数 案 I 方案 案 O 内容 参数值 评分1数值 评分1数值 评分1 行走速度 7 2 10 1 2 回转速度 2 5 4 1 3 挖掘力 10 8 31 9 20 5 铲斗容量 045 1 7 整机重量 2 8 3 8 5 5 特 殊作业 4 8 般 7 急停控制 般 6 般 6 4 维护 单 8 般 6 4 安全 等 8 等 7 等 6 0 环保 等 5 等 7 等 9 8 8 1 0 1 011i j w g 0 1 011m a x 10j i j g w gw wW W W 通过表 4 可 得 最 佳 方 案 为 方 案 为 本 设 计 ， 具 体 为 方案 2+1+1+履带式反铲内齿回转混合动力液压挖掘机。 3. 掘机总体设计 挖掘机的结构主要是由发动机、 液压系统、工作装置、行走装置、回转装置和电气控制等部分组成 5。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是对它的总体设计的要求就相对的很高，需要在完整的了解它的整个工作原理、结构、工作循环过程的基础上，查阅相关最新的国际国内最新研究资料，在现有机型的对比指引下，逐步完成对整个 本设计的基本思路： 9 9 在现有的 合现当代的低碳环保的生活目标，融合现代科技的机电液智能一体化发展模式，渗入更多的节约资源与能源的理念，将回转系统部分的回转马达部分 等效的替换成以电动机为驱动的回转系统装置。从而避免了液压驱动系统成本高，可靠性差，维修保压麻烦的缺点，吸纳了精确度高，调速准确方便的优点。另外随着现代高科技的发展，很多挖掘机的研究都在回转系统部分加装了能量回收装置，使得更多的能量得以再利用。 (1)将原挖掘机的回转马达等效替换为电动机； (2)更改电动机后减速机的设计； (3)更改后制动装置的设计； (4)更改后混合动力综合控制器的设计； (5)更改后储能装置的设计（超级电容的选取）； 柴油机发动机仍然还是主要的动力源，驱动除回转 装置以外的液压泵及带动电动机，分别控制主阀和回转电机控制器来控制整个挖掘机的运动状态，并利用超级电容储存回收回来的制动能量及其它方面回收回来的能量。 机总体参数的初步确定 液压挖掘机的主要参数有 机体 尺寸参数、重量参数、发动机功率参数等，通过理论分析或经验计算以及使用单位的要求和制造厂商的生产条件等求得。各参数应该满足以下条件： （ 1） 满足实际使用要求 实用性； （ 2） 适合于生产厂的制造条件 可能性； （ 3） 充分发挥发动机功率 经济性； 量参数的初步确定 重量参数包括整机重量及各总成的重量。 机重量初步确定 整机重量可以通过市场上现有的小松 取得设计机重 G=33T。 由经验公式： k G确定。 式中 各部分重量系数。 具体参数取值如下表所示。 表 5 挖掘机各总成重量的确定 名称 重量系数t） 取值 (t) 平台 10 10 底盘 4 反铲作业装置 体尺寸的初步确定 机体尺寸包括：机体的外形尺寸、工作装置尺寸和工作尺寸等 6。根据经验公式： 3i k G确定，并根据小松公司现有的 列机型选用取值。 表 6 现有 项 目 单 位 作 重 量 t 33 额 定 功 率 45（ 180） 标 准 斗 容 能 最大 行走 速度 高 速 Km/h 速 Km/h 速 Km/h 斗挖掘力（最大） 3100 斗杆挖掘力（最大） 7400 尺 寸 全 长 1140 全 宽 190 全 高 280 工 作 范 围 最大挖掘高度 0210 最大卸载高度 110 最大挖掘深度 380 最大垂直挖掘深度 480 最大挖掘半径 1100 在地面内的最 大挖掘半径 0920 发 动 机 名 称 - 小松 定 转 速 900 排 量 7 机体尺寸的确定 名称 机体尺寸系数 计算结果 (取值 (履带长度 362 4625 履带轨距 567 2590 转台宽度 887 3190 11 11 驾驶室高度 079 3100 转台底部离地高 283 1300 尾部半径 079 3100 前部离回转中心 347 1350 机棚总高 566 2580 履带总高 026 1050 底架离地隙 49 450 臂铰离回转中心 81 485 臂铰与液压缸铰距 62 965 动臂转角 - 40 斗杆转角 50 滚盘外径 443 1390 臂铰离地高 053 2050 续表： 斗杆臂长 774 5790 最大挖掘半径 1066 11100 最大挖掘深度 220 7380 最大卸载高度 057 7110 最大挖掘高度 0260 10210 后端回转半径 432 3450 配重离地间隙 155 1185 最大垂直挖掘深度 415 6480 停机面挖掘半径 090 10920 履带接地长度 689 3700 最小离地间隙 81 500 机及各部分结构型式的初步确定 臂结构型式的初步确定 反铲动臂可分为整体式和组合式两类。整体 式动臂有直动臂和弯动臂两种。整体式动臂结构简单、价廉，刚度相同时重量较组合式动臂轻 7。本设计中选用整体式动臂。 + 12 12 1 2 3 4 5斗杆液压缸 6 7 8 图 5 整体式动臂 盘行走装置结构型式的初步确定 行走装置兼有液压挖掘机的支撑和运行两大功能。挖掘机按行走装置分履带式、轮胎式和步履式三大 类。履带行走装置的特点是，驱动力大（通常每条履带的驱动力可达机重的 35%，接地比压小（ 40爬坡能力大（一般为 50%最大的可达 100%），且转弯半径小，灵活性好 8。 本设计选用履带行走装置。 图 6 履带式行走装置 图 7 履带式行走装置的结构图 1 - 导向轮； 2 - 履带； 3 - 张紧装置； 4 - 支重轮； 5 - 驱动轮； 6 - 减速机 13 13 杆结构型式的初步确定 斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式，由于本设计中的动臂选用的是整体式，故本设计中采用整体式斗杆。 图 8 斗杆图 动型式的初步确定 底盘的动力装置和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统。传动系统的功用是使动力装置输出的功率传给驱动轮 9。传动系统把源动力的输出动力经过相应的传动机构传递给驱动机构，并根据驱动机构驱动特性的改变反过来调整源动力的输出特性，以满 足不同工况下对源动力输出要求的匹配特性。传动系统大体可分为机械传动、液压传动、液力机械传动及电力传动四种类型。本设计采用高压变量系统，同时在回转系统中嵌入机械传动，主要依靠行星齿轮减速器的齿轮传动。 转机构结构型式的初步确定 回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的 50%能量消耗约占 25回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的 30%10。因此，适当的、合理地选择回转机构的结构型式，正确地、仔细的确定回转机构的各个主要参数，对整机的灵活运转起着举足轻重的 作用。综合考虑以上各因素，本设计采用了节能环保的回转系统：由电动机驱动，经过凸缘联轴器与行星减速机的联接，到输出齿轮轴与回转支承的啮合。 回转机构的重要机构之一为回转支撑机构，它主要用于回转运动过程中支撑回转平台以上整个机体的重量。本设计中采选用单排四点接触式滚动轴承式回转机构，它具有结构紧凑，重量轻等优点，同时钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受较大的轴向力、径向力和倾翻力矩。按照设计要求最终采用接触角为 45的单排滚球式回转支撑。如图 9所示。 14 14 图 9 回转机构 结构图 功率参数及发动机的初步选定 机功率参数的初步确定 发动机功率；液压功率 发动机功率可以根据经验公式 Nt=定，可得： P=580 发动机的初步选定 发动机选择的好坏直接关系到整机动力匹配特性的优劣程度，因此为了以最少的成本和时间设计出最优质的挖掘机，设计中选定由小松工程机械有限公司生产的原装小松 表 8 发动机主要参数 型号 小松 式 水冷、四冲程、直喷 、涡轮增压、机械式全程调速 进 气方式 增压、 增压中冷 气缸数 程 35活塞排量 L 8 27 标定功率 /转速 180/1900 15 15 kW/r/转速度、工作循环时间及生产率的估算 依据经验公式： G=33T 1、 回转速度： 1 6 ( m i n ) G r 其中系数 K n=14 （ 由公式（ n=9.5(r/ 2、工作循环时间： 001 6k G()s 其中系数 = 10 （ 由公式（ 001 6k G=上参数都是经验公式的初步估算，如有需要可适当调整。 4. 掘机回转系统设计 查阅相关国内国外最新挖掘机回转系统资料，挖掘机回转系统存在液压回转系统和电机回转系统两种类型。下面就这两种回转系统类型作出对比，并选出适合本设计创 新、环保要求的回转系统。 压回转系统 液压回转系统主要是由许多高压液压油路组成，通过改变液压油的压力大小来间接控制整机行走速度、回转速度、挖掘力大小。液压回转系统的主要功能如图 10 所示： 回转马达启动瞬间，高压液压油经 时该压力超过了与之连通的溢流阀极限压力，将溢流阀瞬间打开获得及时泄压的目的；当需要回转制动时，应该及时的切断供给油路，并设计相应的补油油路，使其两端压力 16 16 达到平衡。由于回转马达液压制动不能长久保持，为了防止整机因停在倾斜地面上受重力作用而产生回转，使 制动长久保持，回转马达设计有机械式制动器 11。 1 延时阀 2 溢流阀 3 防反转阀 图 10 回转马达原理图 上述的液压回转系统可用简化的 型建模，如图 11所示。 17 17 1 主控阀 2 溢流阀 3 单向阀 4 减速器 5 控制信号 6 离合器模块 7 角度传感器 8 回转马达 9 10 增益 11 比较器 12 控制信号 图 11 液压回转系统简化模型 液压回转系统的不足： （ 1）利用 液压马达来控制挖掘机的回转运动，效率较低，操作反应时间较长； （ 2）回转马达启动时 ,由于液压泵输出的流量大于马达所需流量而产生溢流损失，造成能量损失 12； （ 3）液压马达油路的发热量多，需要设计强大的散热系统做后盾。 机回转系统 混合动力挖掘机回转系统原理如图 12 所示：通过扳动回转先导手柄使相应的压力传感器向混合动力控制器发送电机转动控制信号，进而使超级电容放电，回转电机带动回转平台转动 13。当回转平台制动时，回转电机转变为发电机产生制动力矩使回转平台停止，所发出的电能存储在超级电 容中，以便在回转平台下次启动时加以利用。该系统通过使用效率较高的电动机取代液压马达，从而使回转系统的传动效率大大提高。 18 18 上述的电机回转系统可用简化的 2 所示。1 回转电机 2 3 减速器 4 转矩转换器 5角速度传感器 6 控制信号 7 增益 8 比较器 9 控制信号 10 超级电容 图 14 电机回转系统简化模型 电机回转系统的优点： （ 1）可提高能量利用率； （ 2）有效回收回转制动所产生的能量以达到节能的目的。 基于如上所示，本设 计最终采用了电机回转系统。将原有的液压马达等效替换为电机驱动，经过设计的行星减速器，最终传递到回转支撑的回转滚盘，带动整个回转平台实现整个回转过程。 转支撑装置类型的选择 回转支撑主要分为转柱式回转支撑和滚动轴承式回转支撑。滚动轴承式回转支撑广泛用于全回转的液压挖掘机上，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结构上相于放大了的滚动轴承 14。 本设计中采用接触角为 45的单排滚球内齿式回转支撑。其结构如图 13所示。 图 13 回转滚盘的结构图 19 19 转机构参数的选择 （ 1）转台的转动惯量 转动惯量可以根据最常用的工作装置和最常遇到的工况来估算回转平台的转动惯量 15。本机采用的是反铲工作装置，可按下列经验公式估算 (G=33T）。 满斗回转： 353 )128 (J G k g m （ 有关数据代入公式（ 得 335 4 5 8331 2 8 空斗回转： 3053 )72 (J G k g m （ 有关数据代入公式（ 得 3350 4 4 53372 （ 2）回转起动和制动力矩的确定 回转最大起动力矩和最大制动力矩不应超过行走部分和地面的附着力矩 M 16。当机械制动时可取 0 ,仅靠液压制动时可取 0 . 70 ， 作用在转台上的最 大制动力矩。 履带式液压挖掘机对地面的附着力矩可按下式 （ 求得： 434910 . () （ 有关数据代入公式（ 得 1 5 5 9 1 1 0 34式中 G 整机重 量（ t） 附着力矩，对平履带板取 带筋履带板取 挖掘机的履带板推荐为平履带板， 其制动 力矩 . 5 0 . 70 ，经过计算为 0 =93549 。 作用在转台上的最大起动力矩一般小于最大制动力矩，其比值对纯液压制动为201 当采用高速油马达时取 0 =采用低速大扭矩液压马达时取0=所以，代入数据得 C= 。 （ 3）转角范围 一般中小型挖掘机转角范围 一般在 75 135之间，标准 转角范围 一般选在90 120间（本设计中取 =90）。 佳转速计算 确定转台最佳转速的原则是在经常使用的转角范围内，在角加速度和回转力矩不超过允许值的情况下，请尽可能缩短回转时间。在回转机构功率一定情况下决定平台的最佳转速 17。 由相关经验公式： 61n （ 数据代入公式 （ 算得： 20 20 16 1 GK n (r/与总体设计中相符。 转功率的计算 由转台回转力矩公式： 0m a ： （ 将数据代入公式 （ ： 5 7 0 4 2 9 . 5P 3 6 . 3 79 5 5 0 2 0 . 7 8转电机的选择 各种电机在混合动力系统中均有使用，其中永磁同步电动机 (18依靠永磁体产生气隙磁场 ，启动转矩大，运行平稳，可靠性好，控制相对简单 19。因此，本系统选用永磁同步电机驱动回转平台。在回转电机参数的选择上，应遵循等效替换原则，即所选择的回转电机性能等于或接近原液压马达的性能。 根据现有的 n ，取值 0n 为 1600r/ 总传动比为 a 液压挖掘机的最大扭矩为 负g gg 负 式中 000负F 为负载受力大小 N； 土方质量g 为土方密度 Kg/ 为铲斗体积 值为 代入相关数据为 2 8 2 2 m a x 负 动机输出的最大扭矩为 1 82 822 4m a xm a x 总设行星齿轮减速器的效率为 90%，电机的储备功率系 数为 需的电机的额定扭矩为 2 0 6 1 TTm a x 根据立式永磁同步电动机（ 20选择回转电机的参数如表 9 所示。 表 9 回转电机参数表 峰值功率 /7 额定功率 /2 峰值转矩 /（ N m） 370 额定转矩 （ N m） 215 最高转速 （ r/ 2000 额定转速 （ r/ 1600 转支承结构的选择 本设计中的回转支承选用滚动轴承式。滚动轴承式回转支承与普通滚动轴承相比，又具有其特点 ：普通滚动轴承的内、外座圈的刚度依靠轴与轴承座的装配来保证，而它则由转台和底架来保证 21。 21 21 （ 1）支承型式的选择 在本次的液压挖掘机设计中，选择接触角为 45的四点接触球内齿式回转支承。 图 14 单排四点接触式回转支承 （ 2）计算滚盘的外径 3dD k G （ 式中 滚盘外径的经验系数，取 数据代入公式 3d 以，算得 D=1443 （ 3）滚动轴承的参数 双排滚球式、四点接触单排球式回转支承可同时承受轴向力、径向力和一定的倾翻力矩 22。因此本设计选用四点接触单排球式回转支承。 在 徐州恒瑞回转支承有限公司网站上，通过联系客服， 选择出合适回转支承的代号，将其参数列表如下。 表 10 回转支承参数 序号 内齿式 DL(外形尺寸 安装尺寸 D(d(H(D1(13 390 1110 110 1337 3 390 1110 110 1337 装尺寸 结构尺寸 D2(n mm dm(L(n1(1163 40 26 8 5 1163 40 26 8 5 22 22 结构尺寸 齿轮参数 D3(d1(H1(h(b(x 1251 1248 100 10 90 251 1248 100 10 90 轮参数 齿轮圆周力 参考重量 M(De(z 正火 Z 104N 调质 T 104N （ 12 8 20 14 5 2 8 20 14 5 据表 10 中数据可得，本设计中选择的型号代号为 转循环时间计算 单斗液压挖掘机转台运动特性单斗液压挖掘机当转角较大时，转台的回转过程可由加速、匀速和减速三部分组成 23。但在本次设计中，单斗液压挖掘机的时间由启动时间、制动时间、满斗回转时间、空斗回转时间几个部分组成。 本机总工作循环时间为 1 KG s 由经验公式得出的时间 t=值为 15s。 根据回转时间占工作循环时间的 2/3左右， t,由公式 3 0t（ 式中 满斗回转时间， 空斗回转时间。 代入公式 据可得： 3 1 5t 5 . 4 7 824445143458s （ 1） 起动、制动时间 启动时间的确定很关键，启动时间过长将影响机器的生产率，启动时间过短将引起过大的惯性力，从而使机器的零件损坏，通常取 38s24。 根据经验公式 J 17t 2m a xm a s （ 23 23 4 J m a xm a P hs （ 式中 起动时间 制动时间。 满 斗 回 转 加 速 结 束 时 的 转 台 角 速 度 ，9 m a xm a x s。 （ 2） 满斗回转时间 ()223m a s （ （ 3） 空斗回转时间 4 5 82 4 4 4 t 33 0s （ 从而计算总的回转时间 T= 5. 掘机传动计算 转小齿轮参数的确定 内啮合小齿轮采用高移距高度变位，其齿数 1Z 12。 根据设计要求，选选择 1Z （推荐 16） ，变位系数（推荐 传动比分配 1212 式中 1z 为内啮合小齿轮齿数， 2z 为回转支承齿圈齿数。 代入相关数据 6， 5 得 表 11 回转小齿轮各参数 24 24 参数 代号 公式 内啮合小齿轮 回转齿圈 分度圆直径 d d=24 1050 齿顶圆直径 da m(- 1022 da=m(z+2) 252 - 齿根圆直径 df m(z+- 1085 175 - 齿厚 B - 92 90 齿数 Z - 16 75 模数 m - 14 14 压力角 - 20 20 转机构齿轮传动传动比计算 减速器总传动比 12 （ 代入公式 （ 数据可得 此减速器总传动比为 表 属于二级 25，因此减速器确定为二级行星齿轮减速器。 转减速器的设计计算 本设计采用的是行星齿轮减速器。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点 26。 转减速器设计方案 选用两级太阳轮输入、行星架输出的形式串联。高速级行星架与低速级太阳轮之间用浮动齿轮联轴器联接如图 15 所示，从而达到高速级行星架与低速级太阳 轮的浮动均载的目的。两级行星轮数都选 。 25 25 图 15 二级 行星减速器 要参数的确定 总传动比为 i 查表 pp 速级齿数的确定 行星齿轮传动各齿轮齿数的选择，除去应满足渐开线圆柱齿轮齿数的选择原则外，还必须满足传动比条件、同心条件等 27。 （ 1） 满足传动比条件 z （ 2） 满足装配条件：保证多个行星轮均布装入两中心论的齿间 整数 c（ （ 3） 同心条件：保证太阳轮、内齿圈和行星架轴线重合 11c1 ba （ （ 4） 满足邻接条件 11将齿轮参数代入后即： 1（ 选取高速级太阳轮 1a 数为 17和行星齿轮数为 3 2c 。 根据内齿轮 111 1 1 7 . 1 1 1 7 1 0 3 . 7 1 0 3 26 26 对内齿轮齿数进行圆整后，此时实际的 P 值与给定的 P 值稍有变化，但是必须控制在其传动比误差范围内。实际传动比为 满足要求。 根据同心条件可求得行星齿轮 432 171032 111c ab 所求得的 1用于非变位或高度变位的行星齿轮传动。再考虑到其安装条件为： （整数） M zz 查表 431031711速级齿数的确定 （ 1） 满足传动比条件 51222222 z 3） 满足装配