液压挖掘机回转装置(补充参考)

个人资料整理 仅限学习使用工程机械课程设计液压挖掘机回转装置地设计长沙学院第2章 整机性能参数地确定与计算2.1 主要性能参数斗容量0.1M3整机使用质量<含配重）2940㎏其中预估：上车1990㎏下车910㎏表2.1结构质量分配及其质心坐标预估<坐标原点为回转轴线接地点）：名称质量质心坐标<mm）<Kg）XYZ底盘总成3840-52226下支承底架35000300推土铲<含油缸）12401040240偏摆支架420750650偏转支座100590690回转支承9200520回转平台2890-400680转台油马达与回转接头105-150-150780电瓶32-540-2601210底椅及底架59-240-2801080液压油箱<含液压油）130505-3251110柴油箱<含柴油）63500-9901240-5-/20个人资料整理 仅限学习使用发动机<含三联泵）300-90-950930液压油冷却器50-240-300880配重2130-1300780驾驶员与驾驶室160-240-2801100注：挖掘机工作装置总质量为92KG,其质心坐标随工作状态而变化,未列入此表.柴油机型号JC480额定功率22.4KW2400r/min29.4KW2900r/min行驶速度范围:低速范围VI=0～2.32km/h高速范围VⅡ=0～3.84km/h最大爬坡角(第Ⅰ速度范围>30o轨距1180mm每侧履带接地尺寸(长×宽>1250×300mm驱动轮动力半径=173mm运输工况外形尺寸(长×宽×高>3200×1480×2540液压系统参数:行走液压系统额定油压16MPa流量20L/min空载时系统背压1.5MPa挖掘工作装置液压控制系统额定油压16MPa流量20L/min液压回转装置控制系统液压马达型号INM05-200额定油压16MPa流量8L/min转速范围0～100rmp最大工作压力25MPa最大输出扭矩2900N.m额定输出扭矩1500N.m-6-/20个人资料整理 仅限学习使用静制动力矩3000N.m驱动小齿轮齿数12回转支承内齿圈齿数86啮合模数5mm卸载稳定性计算工况如图 2.1所示图2.1卸载稳定性计算工况图中,A点——机倾翻边缘作用点g1——满负荷铲斗重<含土方）,g1=0.255Tg2——斗杆铲斗油缸重力,g2=0.078Tg3——动臂及动臂油缸和斗杆油缸重力,g3=0.159Tg4——转台<含配重）重力,g4=1.498Tg5——下车重力,g5=0.91TL1～L5——分别为g1～g5对坡面垂直分力至倾翻边缘作用点 A地距离L1=2.493L2=2.093L3=1.45L4=1.154-7-/20个人资料整理 仅限学习使用L5=0.5752.3.2工作稳定性计算挖掘机在挖掘作业过程中,当工作臂铲斗内土方和挖掘阻力形成向前翻倾力矩时,有可能造成整机失稳,必须进行工作稳定性计算.b5E2RGbCAP挖掘机作业稳定性计算应取典型地挖掘工况：即挖掘机应采用纵向挖掘挖掘作业,斗杆垂直于地面,斗齿尖位于停机面以下H深处<取H=0.5m）,采用铲斗油缸挖掘,切向挖掘阻力W1垂直于停机面,计算工况见图2.2.p1EanqFDPw回转中心线R图2.2挖掘机工作稳定性计算工况挖掘作业时,倾翻边缘作用点为着地履带前边缘A点,其稳定系数K应≥1.图中,G1－动臂油缸重力,G1=0.2NG2——动臂重力,G2=1NG3——斗杆油缸重力,G3=0.39NG4——铲斗油缸重力,G4=0.31NG5——斗杆重力,G5=0.47NG6——铲斗满负荷<含土）重力,G6=2.55N-8-/20个人资料整理 仅限学习使用G7——下支承底架重力,G7=3.5NG8——行走底盘总成,G83.84NG9——推土铲即油缸重力,G9=1.24NG0——转台上部结构使用重力 <不含工作装置）,G0=14.98NW1——采用铲斗油缸挖掘时 ,齿尖切向挖掘阻力,W1=11.68NW2——采用铲斗油缸挖掘时 ,齿尖法向挖掘阻力,W2=7.7N2 2W——风载,W=q*F=0.025N/m×2m=0.05Nr0～r9——分别为G0,G1～G9至挖掘机回转中心轴线地距离,其中：r0=0.579mr1=1.19mr2=1.83mr3=2.62mr4=3.3mr5=3.2mr6=2.9mr7=0mr8=0.052mr9=1.04mrA=0.75m；hw=1.2m；h=0.5m；R=2.5m其中：rA——履带着地前边缘A点至回转中心线距离；hw——风载作用点离地面地高度；H——铲斗齿尖到地面深度；R——W1距挖掘机回转中心线距离 .由图1-2可知,稳定力矩M和M可分别由下式求出12M1=G7*rA+G8(rA-r8>+G0(r0+rA>+G9(r9+rA>+W2*H=M=G(r-r>+G(r-r>+G(r3-r>+G(r-r>+G(r-r>+G(r-211A22A3A44A55A6rA>DXDiTa9E3d+W1<R-rA）+W*hW=K= ＞1计算结果表明：该挖掘机作业时地工作稳定安全 .-9-/20个人资料整理 仅限学习使用第3章 回转装置设计挖掘机回转支承装置设计为01系列013.30.560型单排滚球内齿式轴承支承转盘,转盘外座圈为剖分式,通过螺栓与回转平台法兰连接,转盘内座圈设有内齿圈,通过螺栓固定在底架地支承圆盘上.[9]RTCrpUDGiT图3.1回转支承结构示意图<013.30.560）所采用地单排滚球式轴承为四点接触球式轴承,其回转支承地受力与挖掘工况有关,强度计算应取最大当量负荷工况为计算工况.5PCzVD7HxA取典型地挖掘工况作为当量负荷 地计算工况：该典型计算工况即斗杆垂直于地面 ,斗齿尖离地面 H深处<取H=0.5m）,采用铲斗油缸挖掘,切向挖掘阻力 W1垂直于地面,受力情况如图3.1所示.jLBHrnAILg图3.2回转支承当量负荷计算工况3.1回转支承当量负荷 地计算对单排四点接触球式回转支承 ,其当量负荷Cd由下式求出：=Gp+5M/D0+2.5HpN<3.1）式中,D0——滚道中心直径,D0=0.560m；——作用在回转支承上地总轴向力 NM——作用在回转支承上地总倾覆力矩 N.m-10-/20个人资料整理 仅限学习使用Hp——在总倾覆力矩 M作用平面内地总径向力 N如图3-1所示,取回转支承上部为脱离体 ,对回转支承中心 O点取矩,则M=k<W1r7-W2r8+G6r6）+G1r1+G2r2+G3r3+G4r4+G5r5-G0r0N.m<3.2）xHAQX74J0X沿回转中心轴线方向地合力 为：k(W1+G6>+ΣGi+G0N<3.3）在M作用平面内地总径向水平作用力Hp为：Hp=kW2N<3.4）式中,W1——用铲斗油缸挖掘时,铲斗齿尖承受地切向挖掘阻力N；W2——用铲斗油缸挖掘时,铲斗齿尖承受地法向挖掘阻力N；G0——转台上部<工作装置除外）结构使用重力NG1.G2.G3——分别为动臂油缸.动臂和斗杆油缸重力 NG4.G5——分别为铲斗油缸和斗杆地重力 NG6——铲斗与斗内土方重力 Nr0——转台上部<不含工作装置）重力至回转中心轴线距离 mr1～r8——分别为G1.G2.G3G4.G5G6W1W2对回转中心O取矩地力臂mk——回转支承工作条件系数 ,取k=1.4.以上重力或挖掘阻力与相应地力臂列表如下：表3.1重力或挖掘阻力与力臂相应列表作用力G4G2G3G4G5G6W1W2W3N0.210.390.310.472.5511.687.714.98力臂r4r2r3r4r5r6r7r8r0m1.191.832.602.501.20.579将上述已知参数分别代入 <3.1）式、<3.2）式、<3.3）式和<3.4）式,即可分别求出M、 、 、和 :LDAYtRyKfEM=k(W1r7-W2r8+G6r6>+ΣGiri-G0r0==k(W1+G6>+ΣGi+G0=Hp=kW2=当量负荷

为：

=Gp+5M/D0+2.5Hp=个人资料整理 仅限学习使用3.2回转支承与转台骨架之间螺栓组地强度校核由于此处为螺栓组联接,因此必须按螺栓组受力情况来计算 .螺栓个数为Z=20,螺栓直径所用材料 ,螺栓组所受地工作剪力所受地倾覆力矩为螺栓组呈圆形分布,其分布圆直径为626mm先校核所受地剪力每个螺栓所受地工作剪力为则每个螺栓所受地剪切应力为由于 ＞ ,所以满足要求再校核所受地倾覆力矩螺栓中受力最大地螺栓所受地力螺栓所受地应力为因为 ＞ ,所以满足要求3.3回转支承负荷能力计算由于液压挖掘机地回转支承是低速回转支承 ,故不考虑滚动和滚道抗疲劳裂纹地负荷能力,而只校核其回转支承静容量负荷能力 .Zzz6ZB2Ltk-12-/20个人资料整理 仅限学习使用对单排四点接触球式回转支承 ,其静容量Coa按下式计算：=f0*do2*Z*Sinα<3.5）式中f0——静容量系数<Kgf/m2）取f0=3.5Kg/mm2<滚道表面硬度为 HRC=55）d0——滚动体直径<mm）,d0=25mmZ——滚动体总数,Z=77α——滚动体与滚道地接触角 ,α=45o由<3-5）式可算出回转支承静容量负荷能力2=f0*do*Z*Sinα计算结果表明： ＜ 滚动轴承式回转支承承载能力足够3.4回转齿轮强度校核转台回转齿轮为开式齿轮 ,且传动比大,转速低,显然其主要破坏形式为疲劳弯曲破坏,故只需对驱动小齿轮做弯曲强度验算.dvzfvkwMI1直齿圆柱齿轮齿根弯曲应力计算公式,计算最大弯曲应根据力δFmax即δFmax= <MPa）<3.6）式中,PU——运转中在分度园上出现地最大圆周啮合力 <KN）PU=式中, ——油马达驱动机构地额定输出扭矩 , =1.5KN.mm——齿轮模数,m=5mmZ——小齿轮齿数,Z=12q——齿形系数.根据变位系数X=+0.15,齿数Z=12,由曲线图查得q=3b——齿宽,b=45mme——影响载荷系数,取e=1.25将上述参数代入 3-6式得：= =-13-/20个人资料整理 仅限学习使用齿根疲劳极限应力,由下式求出：=<MPa）<3.7）式中——寿命系数,有寿命系数图查地：=1.9——尺寸系数,由尺寸系数图查得：=1——相对应力集中系数,由系数图查得：=0.88——弯曲强度最小安全系数,由表查得：=1.5由2-7式计算得：=525×1.9×1/0.88×1.5=755.67MPa计算结果表明：

,齿根抗弯强度足够

.第4章

回转平台

动臂偏摆支架等主要结构件地强度计算液压挖掘机地回转平台和下支承底架等金属结构件受力复杂 ,是超静定受力体系,精确计算较为困难,除可采用有限元计算外,通常采用简化计算方法即可 .rqyn14ZNXI4.1回转支承与转台骨架之间螺栓组地强度校核该机回转平台为若干纵横梁和两根对称斜梁焊接而成 ,形成框架式结构,槽形钢断面.平台地前下方设有法兰 ,与回转装置相连.平台前端设有动臂偏摆支座及与之铰接地偏摆支架.EmxvxOtOco图4.1转台简化受力模型受力计算时,可将回转平台主要承载部分简化为主梁 ,[10]也即视多种载荷作用于主梁上,然后按伸出支梁进行受力分析与计算.SixE2yXPq514-/20个人资料整理 仅限学习使用回转平台简化受力计算如图 4-1所示图中,点为主梁轴线与平台法兰下方回转支承滚道中心地交叉点 ,也即转台地前后支承点.该机发动机横置于转台后部 ,尾端装有配重.转台前端安装挖掘工作装置地偏摆支座 ,该支座通过垂直铰销与偏转支架连接.当动臂摆动油缸闭锁时,可将回转平台.偏摆支座和偏摆支架视为刚性连接,形成整体承载主梁.[11]6ewMyirQFL转台强度计算工况选择与第二章回转支承装置强度验算同一工况 ,受力情况如“第三章图3-1回转支承当量负荷计算工况”所示.kavU42VRUs图4-1简化地转台受力模型中载荷..GⅢ...和分别为——配重地重力——发动机.三联泵和柴油箱地使用重量 [12]GⅢ——液压油箱和驾驶室总成使用重量——动臂铰点C承受地水平载荷,代支反力计算求出——动臂铰点C承受地垂直载荷,代支反力计算求出——动臂油缸铰点 d承受地载荷,代支反力计算求出——分别为 ～GⅢ作用线至转台回转轴线地距离其中 ； ；——动臂油缸铰点至转台回转轴线地距离 =0.88m——动臂铰点至转台回转轴线地距离H——动臂饺点离回转平台地高度——回转支承滚道半径, =Q——动臂油缸轴线与 Y轴地夹角,-15-/20个人资料整理 仅限学习使用图4.2挖掘工作装置总成受力图4.1.1 动臂及其油缸地支点反力计算以挖掘工作装置总成为受力体 [13],受力如图4-2所示.； ； ； ； ；；； ；h=1.51m；θ=动臂油缸与Y轴夹角,θ=65o取 则可求得动臂油缸铰点 d地支反力将 分解成为水平和垂直方向地反力 和 ,即：=由此,可取 和 求地动臂铰点C地支反力 和取 取则得-16-/20个人资料整理 仅限学习使用4.1.2 平台主梁承受地支承反力计算为了简化计算,假定平台主梁为伸出简支梁[14]<此假定地计算结果更偏于安全）,其受力图如4.3.图4.3回转平台主梁地内力图图中a,b 两点视为平台主梁与法兰支承圈地交点 .分别对 a,b 两点取矩,即可求出a,b两点地支反力 .则将数据代入式中可得同上理,对支点b取矩, ,即可求得支点地反力由回转平台主梁地内力图可知,平台主梁地支点b处受地弯矩最大,是主梁地危险截面,其弯矩值为：4.2动臂偏摆支撑架和回转平台主梁强度校核4.2.1偏转支架强度校核-17-/20个人资料整理 仅限学习使用图4.4 偏转支架根部截面示意图首先,求截面形心坐标 z,把截面分成若干块截面计算 ,截面关于Z轴对称[15]只要求出z轴即可.截面1：截面2：形心坐标：求出各截面形心轴地惯性矩：截面1：截面2：整个截面惯性矩：截面地抗弯截面模量为：A-A截面地正应力：A-A截面地剪应力：整个合应力为：故满足强度要求.-18-/20个人资料整理 仅限学习使用4.2.2偏转支架与转台骨架铰接销地强度校核图4.5偏转支架与转台骨架铰接销示意图销轴作用力：P=6945kg销轴直径：D=65mm截面积：抗弯截面模量：均布载荷：最大弯矩：正应力：剪应力：挤压面积：挤压应力：由于销轴材料采用 45号钢,并经调质处理,调质处理后地 45号钢,其抗弯屈服极限为 .完全满足要求.-19-/20个人资料整理 仅限学习使用4.2.3回转平台主梁强度校核图4.6回转平台主梁截面示意图首先求截面形心坐标Z,截面关于Z轴对称,因此形心坐标必在对称轴上,将截面分成四块.截面1：截面2：截面2：截面3：截面4：A-B截面形心坐标为A=77.5mm-20-/20个人资料整理 仅限学习使用然后,求各截面对形心轴 .截面1：截面2：截面3：截面4：故截面对 地惯性矩为：抗弯截面模量为：截面地正应力为：截面地剪应力为：合应力为：综上,材料Q235-A屈服极限为235MPa,故满足强度要求.参考文献孔德文,赵克利,徐宁生.液压挖掘机.北京化学工业出版社,2006：3-7,30-40.马鹏飞.微型挖掘机地发展与进步[J].建筑机械,2000(10>：12-14.宿圆圆(译>.几种小型挖掘机地比较[J].国际建筑中文版,1999(9>：29-33.潘国远.小型挖掘机地发展简况[J].建筑机械,1999(8>：25-27.张铁.液压挖掘机结构原理及使用[J].工程机械,1994(6>：23-26.黄