整體式回轉機構在隨車起重機上的應用

孔德強

（徐州徐工隨車起重機有限公司，江蘇 徐州221000）

0 引言

隨車起重機作為一種工程機械設備已廣泛應用于交通運輸、土木建筑、野外作業、石材業、碼頭等行業。隨車起重機的回轉運動由回轉機構實現，回轉機構是隨車起重機的一個關鍵部件，它能實現重物的回轉準確定位，使用頻率較高，其性能優劣是衡量隨車起重機作業性能的一個重要指標。

1 傳統回轉機構存在的問題

目前，隨車起重機的回轉運動由回轉機構實現，回轉機構主要包括回轉減速機和回轉支承兩大部分，其結構如圖1 所示，回轉減速機安裝在基座上，回轉支承內圈與基座連接，外圈與轉臺連接，回轉減速機與回轉支承為漸開線齒輪連接。其運動路線為：液壓馬達驅動回轉減速機，回轉減速機通過齒輪傳動帶動回轉支承轉動，回轉支承帶動轉臺轉動。

圖1 傳統回轉機構

傳統回轉機構存在的主要問題如下：

（1）傳動效率低。蝸輪蝸桿式回轉減速機為蝸輪蝸桿傳動，其蝸桿為阿基米德蝸桿，傳動效率極低（0.5左右），回轉支承采用的是直齒輪，傳動總效率較低。

（2）制造精度要求高。由于回轉支承、減速機兩者為互相獨立部件，分別安裝在基座和轉臺上，制造時對基座和轉臺安裝孔和配合止口的加工精度要求高，裝配時必須現場調試減速機輸出端小齒輪與回轉支承嚙合間隙，裝配精度要求高，調試難度大。

（3）回轉擺動量大。由于機構為兩級傳動，傳動路線較長，其中一級為蝸輪蝸桿傳動，一級為齒輪傳動，兩者均存在嚙合間隙，再加上加工、裝配誤差，易出現嚙合側隙較大情況，造成吊機啟動和停止時回轉擺動量大，影響施工安全。

（4）制造成本高。一方面加工精度要求高，一方面傳動零部件較多，均造成產品成本高。

（5）回轉小齒輪和回轉支承易磨損。由于回轉小齒輪和回轉支承全部暴露在空氣中，嚙合齒面間易落入磨粒性物質（如砂粒、鐵屑等），造成齒面被逐漸磨損而致報廢。

2 整體式回轉機構

整體式回轉機構屬于平面二次包絡環面蝸桿減速器，采用“首鋼（SG）－71型蝸桿副”傳動，該傳動與普通圓柱蝸桿傳動相比較，具有接觸齒數多、蝸桿齒面可淬硬精確磨削、齒面硬度高、齒面光潔、精度高、嚙合中容易形成壓動油膜、減少齒面磨損等特點。該回轉機構是一種新型回轉類產品，它是將回轉支承與回轉減速機做成一個整體，整體分別與轉臺、基座固定，整車裝配時回轉支承與小齒輪嚙合側隙無需重新調整，因此，對隨車起重機的結構件加工要求較為簡單。整體式回轉機構采用蝸桿斜齒輪減速，傳動效率高、輸出扭矩大、嚙合間隙小，可避免轉臺停車時晃動。同時由于核心部件采用回轉支承，因此具備可以同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的能力。平面包絡蝸桿傳動特點如下：可淬硬磨削，因此加工精度、效率較高，承載能力較大。同時嚙合齒數是阿基米德圓柱蝸桿的三倍左右，承載能力提高兩倍左右。

2.1 工作原理

整體式回轉機構工作原理為：液壓馬達帶動平面包絡蝸桿運動，蝸桿通過斜齒輪帶動回轉支承運動，其中回轉支承內圈與基座相連接，外圈與轉臺連接，回轉支承運動實現整車回轉運動。同時，由于導程角小于當量摩擦角，整體式回轉機構具備機械自鎖性能，制動可靠性高，起重作業安全性能高。

2.2 結構形式

如圖2所示，該回轉機構由斜齒輪式回轉支承內圈4、斜齒輪式回轉支承外圈2、鋼球3、平面包絡蝸桿13、殼體1、馬達連接盤11、后端蓋6、液壓馬達5、軸承7、螺釘9、螺釘10、圓柱銷8及油杯12組成。斜齒輪式回轉支承內圈4與下車相連，外圈2與上車相連，內外圈之間有若干鋼球3，內圈4通過螺釘9和圓柱銷8連接在殼體1上，蝸桿13前后由軸承7支承在殼體1內，軸承7靠馬達連接盤11和后端蓋6壓緊，馬達5通過螺釘10安裝在馬達連接盤11上，殼體1上布置有油杯12，該裝置通過油杯12注入潤滑脂潤滑。

2.3 適用場合

目前，國內整體式回轉機構主要應用在太陽能領域，還沒有步入工程機械領域。國外整體式回轉機構已經得到廣泛應用，如德國IMO 公司，產品規格有輕、中、重系列，另外有單驅動和雙驅動之分。產品已廣泛應用到高空作業車、道路清障車、隨車起重機等領域。整體式回轉機構的結構特點決定了適用范圍，主要適用于低轉速、傾覆力矩中等的場合。而隨車起重機回轉速度較低，一般在3r/min以下，傾覆力矩中等，具備整體式回轉機構使用條件。

圖2 整體式回轉機構

3 整體式回轉機構在隨車起重機上的應用

整體式回轉機構采用蝸桿斜齒輪傳動，蝸桿斜齒輪傳動加工具有以下優點：蝸輪輪齒加工所用刀具基本參數與相應的蝸桿一致，并且在最終精切成型時，刀具與蝸輪的相應位置也應與相應蝸桿嚙合時的相對位置一致。單件小批生產蝸輪時，若缺少蝸輪滾刀，可用飛刀加工蝸輪輪齒，但蝸輪滾刀加工成本高，而采用飛刀加工蝸輪時效率較低。由于蝸輪齒廓形狀復雜，齒面無法磨削，因此加工精度較低，齒面硬度小。漸開線圓柱斜齒輪加工相對比較快捷、方便，加工效率高，且可對齒面進行磨削加工，齒面精度和硬度也較高。所以采用漸開線圓柱斜齒輪代替蝸輪，發揮圓柱斜齒輪加工優勢，可以大大提高生產效率、降低生產成本，在工程中相當有應用前景。

目前，整體式回轉機構在國內工程機械領域很少應用。2012年11月份，我公司開始小批量試用該產品，經現場調試發現回轉運動過程中存在異響問題，初步判斷為蝸桿與回轉支承嚙合產生的干摩擦聲，后經過拆檢，發現回轉支承磨損嚴重。前期，推斷為蝸桿屬于高速運動，蝸桿與斜齒輪之間潤滑采用潤滑脂，而潤滑脂適合低速場合，油膜不易建立起來，且散熱條件不好，導致嚙合過程中出現干摩擦產生的回轉異響。該傳動類型為蝸桿與斜齒輪傳動，屬于非常規機械傳動，同時由于機械結構限制，不易實現液體潤滑，只能采用潤滑脂潤滑。期間，經過多次更改工藝路線和多次試制產品，均未能解決回轉異響問題。后來請教國內平面包絡蝸桿專業研究機構的專家，并從潤滑油膜角度出發，多次更改潤滑脂牌號，包括采用美孚油，回轉異響的頻率有所降低，但未能徹底解決異響問題。最后，基于金屬材料和熱處理角度考慮，改變了材料和熱處理方式：蝸桿選用42CrMo，氮化處理，表面硬度60～65HRC，深度0.4～0.5mm；斜齒輪選用50Mn調質處理。改變后，經過一段時間整機的各種工況試驗，均未發現回轉異響問題。目前，公司中小噸位隨車起重機已普遍采用整體式回轉機構，在產品性能提高的同時，生產成本也得到了很大降低。同時，該機構成功應用到高空作業車和道路清障車領域。

4 結語

整體式回轉機構跟傳統的回轉機構相比，具有傳動效率高、制造精度要求低、回轉擺動量小、安裝方便、制造成本低、結構緊湊等優點。整體式回轉機構已批量應用于隨車起重機，并成功拓展到高空作業車和道路清障車領域。隨著整體式回轉機構研發水平和制造能力的提高，它必將部分取代傳統型回轉機構，這也將是中小工程機械的一個發展方向。

［1］成大先.機械設計手冊（第3 卷）［M］.4 版.北京：化學工業出版社，2002.

［2］齊麟.蝸桿傳動設計（下冊）［M］.北京：機械工業出版社，1987.

［3］劉舸，蘇代忠，彭文捷.漸開線圓柱蝸桿斜齒輪傳動試驗分析［J］.重慶工學院學報，2006，20（8）：34－37.