挖掘机回转机构的设计

挖掘机回转机构的设计
单斗液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50~70﹪，能量消耗约占25~40﹪,回转液压油路的发热占系统总发热量的30~40﹪,因此合理选择回转机构诸参数,对提高生产率,减少冲击,改善司机的劳动条件有十分重要的作用。

对回转机构的要求是：
1.在角加速度和回转力矩不超过允许值的条件下,尽可能缩短回转时间。

在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小受最大回转扭矩的销限制，改扭矩不应超过行走部分与地面的附着力矩。

2.回转时工作装置的动载系数不应超过允许值。

3.回转能量损失应最小。

4.1 回转机构参数的选择
在总体设计阶段，计算转台最佳转速时需要预先确定转台的转动惯量，起动力矩和制动力矩，转角范围，这些参数的正确选择、对回转机构的运动特性是有决定意义的。

（1）转台的转动惯量
根据最常用工作装置和最常遇到的工况来估算转台的转动惯量，根据经验公式计算满斗回转和空斗回转转动惯量。

本机采用的是反铲工作装置，可按下列经验公式估算。

满斗回转：
353
)128(J G kg m =⋅ 空斗回转： 305
3)72(J G kg m =⋅ （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 ϕ。

当机械制动时可取.8~0.90B M M ϕ=,仅靠液压制动时可取.5~0.70B M M ϕ=，B M 为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：
4
34910M G ϕ= ()N m ⋅
式中 G ——整机重量（t ）
ϕ——附着力矩，对平履带板取0.3，对带筋履带板取0.5。

挖掘机的履带板推荐为平履带板，ϕ=0.3。

在实际设计中，仅靠液压制动，所以其制动力矩.5~0.70B M M ϕ=，确切的取0.6B M M ϕ=。

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01B
S M M C η==，当采用高速油马达时取0η=0.78，当采用低速大扭矩油马达时
取0η=0.85。

（3）转角范围ϕ
一般中小型挖掘机转角范围ϕ一般在75º～135º之间，标准转角范围ϕ一般选在90º～120º间（推荐ϕ=100º）。

4.2 最佳转速计算
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。

确定最佳转速的确定与转台速度图的形式有关。

本次设计的挖掘机采用的是无匀速运动阶段的三角形速度图的形式，所以转台最佳转速为：
max n 4.3 回转功率的计算及回转马达的选取
由转台回转力矩 0
max 9550S NR n M η=⇒N
本次设计的挖掘机的回转机构的回转马达采用高速方案，高速方案是由高速液压马达经齿轮减速箱带动回转小齿轮饶回转支承上的固定齿圈滚动，促使转台
回转。

高速液压马达具有体积小，效率高，不需背压补油，便于设置小制动器，发热和功率损失小，工作可靠，可以与轴向柱塞泵的零件通用等特点。

4.4. 回转支承结构的选择
回转支承的构造形式有转柱式和滚动轴承式，在本次的液压挖掘机设计中，回转支承采用的是滚动轴承式。

滚动轴承式回转支承广泛用于全回转的挖掘机、起重机和其他机械上。

它是在普通滚动轴承基础上发展起来的，结构上相当于放大的滚动轴承。

它与旧式回转支承相比，具有尺寸小，结构紧凑，承载能力大，回转摩擦力小，滚动体与滚道之间的间隙小，维护方便、使用寿命长，易于实现“三化”等一系列特点，因而得到广泛的应用。

它与普通滚动轴承相比，又具有其特点。

普通滚动轴承内、外座圈的刚度靠轴与轴承座装配来保证，而它的刚度则靠支承它的转台和底架来保证。

根据轴承结构不同可作如下分类: 按滚动体型式有有滚球和滚柱（包括锥形和鼓形滚动体）；按滚动体排数有单排、双排和多排；按滚道型式有曲面（圆弧），平面和钢丝滚道等。

（1）支承型式的选择
在本次的液压挖掘机设计中，选择四点接触球式的回转支承，且为内啮合的型式（推荐接触球式的回转支承接触角为45°）
（2）计算滚盘的外径
D k
k——滚盘外径的经验系数
式中
d
（3）滚动轴承的参数
回转支承选用四点接触球式的滚动轴承，选择出代号，将其参数列表。

4.5回转机构齿轮传动设计
（1）回转小齿轮参数的确定
Z≥12。

内啮合小齿轮采用高移距高度变位，其齿数
1
Z（推荐13），变位系数（推荐＋0.35）。

根据设计要求，选选择
1
（2）回转机构齿轮传动传动比计算
1
2z z i = z 1——内啮合小齿轮齿数；
z 2——回转支承内齿圈齿数。

4.6回转循环时间计算 单斗液压挖掘机当转角较大时，转台的回转过程由加速、匀速和减速三部分组成。

但在本次设计中，单斗液压挖掘机的回转过程由加速和减速两部分组成。

本次挖掘机采用的是变量泵驱动，且为全功率变量泵驱动。

（1）起动加速过程
Q Q s J t w M k
=⋅（s ） 式中 Q t ——满斗起动加速过程的回转时间
s M ——挖掘机的起动力矩
k ——与静摩檫和动摩檫有关的系数，其值为0.87~0.92。

（推荐取值0.90） Q w ——满斗回转加速结束时的转台角速度，max
30Q n w π=。

（2）制动过程
Z Q s J t w M kc
=⋅ 式中 Z t —— 满斗制动过程的回转时间
k ——与静摩檫和动摩檫有关的系数，其值为
0.87~0.92。

（推荐取值
0.90） B S
M c M =
（3）空斗回转过程 空斗回转时的起动过程：
'0Q Q s J t w M k
=⋅ 式中 'Q t ——空斗起动过程的回转时间
0J ——空斗的转动惯量
空斗回转时的制动过程：
'0Z Q s J t w M k =
⋅ 式中 'Z t ——空斗制动过程的回转时间
从而计算回转时间T='Z t +Z t +Q t +'Q t
4.7回转机构的校核
回转机构的回转支承的负荷能力一般有静容量和动容量表示。

静容量是指回转支承在静负荷的作用下滚动体和滚道接触处的永久变形量之和达到滚动体直径的万分之一而不影响回转支承正常运转的负荷能力。

动容量是指回转支承回转达到100万转后不出现疲劳裂纹的负荷能力。

挖掘机回转支承的转速较低，一般进行静容量计算即可。

回转支承的静容量计算如下： 四点接触球式：2300sin 10oa C f d Z α=⋅⋅⋅（KN ）
式中 0f ——滚球的静容量系数
0d ——滚动体直径
α——滚动体与滚道的接触角，在系列标准中取α=45°
Z ——滚动体总数
带隔离块时 3
0010D Z d b π⋅=+式中0D 为滚道中心的直径，b 为隔离块的有效
宽度，当0D >2.6m 时b =3mm,当0D ≤2.6m 时b =2mm 。

计算的Z 值对交叉滚柱式应圆整到最接近的较小偶数；对四点接触球式应圆整到最接近的最小数。

回转机构的校核
C ca是否＜C
式中C——滚球的额定静容量。

额定静容量是按滚道表面硬度HRC55，并带隔离块确定。

最后判断回转支承选取是否合理。