35m挖掘機回轉機構設計計算

摘 要：機械式單斗挖掘機用一個鏟斗以間歇重復的工作循環進行工作，即由挖掘、滿斗回轉至卸載點、卸載、空斗回轉至挖掘地點等四個工序構成一個工作循環。在作業過程中，挖掘機不移動，直到將一次停機范圍內的礦石挖完，挖掘機才移動到新的作業地點。35m 挖掘機是全回轉式的，即工作平臺相對于底架可回轉360°以上。挖掘機回轉為運載過程，回轉角度決定于工作面與卸載位置的關系，一般為90°～180°。當角度大于160°時，往往沿一個方向轉360°回到原來位置，這樣可以減少回轉加速的時間，降低能量的消耗。在單斗挖掘機中，回轉運動的時間占工作循環時間的65%～75%，最大可達85%。因此，回轉機構對于單斗挖掘機的生產率有很大影響。所以要合理的選擇回轉機構的運動形式。

關鍵詞：機械式單斗挖掘機；回轉機構；機構計算

中圖分類號： TU62 文獻標識碼：A

回轉機構的作用是使平臺回轉?；剞D機構的傳動系統如下圖所示，它由兩組相同的驅動裝置組成，每組都有各自的電動機、減速器和制動器。立式交流電機1固定在行星減速器2上，減速器安裝在回轉平臺7里。減速器輸出軸上的小齒輪6與固定在底架上的大齒圈5相嚙合?；剞D平臺與底座用中央樞軸8聯接在一起。中央樞軸使回轉平臺對底架起定心作用，保證回轉傳動齒輪的正常嚙合?；剞D平臺通過其上的錐面環形軌道3壓在錐形滾子4上，滾子能在下錐面環形軌道上滾動。這種結構的滾子在軌道上作純滾動，能承受回轉平臺的重載荷，可提高傳動效率，減輕滾子和軌道的磨損，滾道更換方便。當打開回轉電機時，由于大齒輪被固定在底座上，小齒輪便沿著大齒輪周邊滾動，從而帶動整個回轉平臺和中央樞軸一起繞中央樞軸的軸線旋轉。

1 回轉動力裝置選擇

為了充分利用回轉機構發動機的功率和提高生產率，正確選擇回轉機構的參數，減少回轉時間，是挖掘機設計的主要任務之一，這些參數有：回轉部分的轉動慣量；回轉時間；回轉角速度和最大功率。

根據機重估算轉動慣量：

式中，J-挖掘機回轉部分各質量對回轉中心線的轉動慣量；G-整機重力，[G]為kN。

根據現有產品初估機重m=1050t=10500KN，由式（1-1），

返回時為空斗，轉動慣量顯著下降，此時

式中，J'-空斗回轉的轉動慣量，[J']為t·m2；g--土壤重力， 為N；g-重力加速度，g=10m/s2。

（1-3）

式中，th-滿斗回轉時間；t'h-空斗回轉時間。

本機總工作循環時間為30s，根據回轉時間占工作循環時間的2/3左右，th+t'h=s，由式（1-3）得，

多發動機驅動時

式中，Pmax-發動機功率，[Pmax]為kW；

？濁h-回轉機構的傳動效率， （行星減速器）；

？茁-總的回轉角度，[？茁]為rad；

挖掘機工作時回轉角度？茁=90°，由式（1-4），

三個電機驅動時，

初步選用2個400kW的交流電機，轉速為965r/min。電機總功率為800kW。

2 回轉機構參數計算

（2-1）

式中？棕max-回轉角速度，[？棕max]為rad/s；此處Pmax為電機額定功率800kW，由式（2-1）

當選擇原動機以后，都該演算其啟動時間，啟動時間過長將影響機器的生產率，啟動時間過短將引起過大的慣性力，從而使機器零件損壞，通常取tq=3～8s。

（2-2）

（2-3）

式中 tq-起動時間s；tz-制動時間s。

滿斗回轉時間

空斗回轉時間

總的回轉時間

，

回轉最大角加速度

3 回轉機構傳動裝置設計計算

3.1 傳動比分配

總傳動比：

小齒輪齒數z1=14，大齒圈齒數z2=148，傳動比i=10.57。

減速器傳動比 。

3.2 回轉減速器選擇

由于平臺上空間有限，而且提升機構、回轉機構都要擺放在平臺上，所以為了節省空間，使平臺上布局緊湊，回轉系統采用行星減速器。行星減速器機構剛度大，齒間負荷小、傳動比大、傳動效率高、結構緊湊、輸入和輸出軸同心，適合用于回轉系統中。

回轉減速器傳動比

回轉減速機外購，主要參數：速比：i=40.68；額定輸入速度：965r/min

安裝方式：豎直向下；潤滑方式：油站潤滑

外掛漸開線直齒圓柱齒輪參數：模數m=36 齒數z=14 齒形角？琢=20°

4 結果分析

本文設計的35m3挖掘機回轉機構所涉及的原始數據參考美國PH公司及太重現有機型，最后得出結論：回轉系統采用兩個400kW的立式交流變頻電機和行星減速器，回轉齒輪傳動采用兩個行星輪環繞齒圈轉動，帶動平臺回轉，這種傳動形式結構緊湊，節省空間，傳動機構對稱布局防止偏心?；剞D最終的的最大回轉速度可達到2.244r/min，回轉時間最低可達到18.93s，回轉速度快，回轉時間短，整體上提高了生產效率。

參考文獻

[1]劉鋒.中型液壓挖掘機回轉系統工作性能的研究[碩士].中南大學，2011-05-01.

[2]戴晴華，賀電.一種挖掘機回轉控制方法和系統[中國專利].三一重機有限公司，2007-11-14.