35m挖掘机回转机构设计计算

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摘 要：机械式单斗挖掘机用一个铲斗以间歇重复的工作循环进行工作，即由挖掘、满斗回转至卸载点、卸载、空斗回转至挖掘地点等四个工序构成一个工作循环。在作业过程中，挖掘机不移动，直到将一次停机范围内的矿石挖完，挖掘机才移动到新的作业地点。35m 挖掘机是全回转式的，即工作平台相对于底架可回转360°以上。挖掘机回转为运载过程，回转角度决定于工作面与卸载位置的关系，一般为90°～180°。当角度大于160°时，往往沿一个方向转360°回到原来位置，这样可以减少回转加速的时间，降低能量的消耗。在单斗挖掘机中，回转运动的时间占工作循环时间的65%～75%，最大可达85%。因此，回转机构对于单斗挖掘机的生产率有很大影响。所以要合理的选择回转机构的运动形式。

关键词：机械式单斗挖掘机；回转机构；机构计算

中图分类号： TU62 文献标识码：A

回转机构的作用是使平台回转。回转机构的传动系统如下图所示，它由两组相同的驱动装置组成，每组都有各自的电动机、减速器和制动器。立式交流电机1固定在行星减速器2上，减速器安装在回转平台7里。减速器输出轴上的小齿轮6与固定在底架上的大齿圈5相啮合。回转平台与底座用中央枢轴8联接在一起。中央枢轴使回转平台对底架起定心作用，保证回转传动齿轮的正常啮合。回转平台通过其上的锥面环形轨道3压在锥形滚子4上，滚子能在下锥面环形轨道上滚动。这种结构的滚子在轨道上作纯滚动，能承受回转平台的重载荷，可提高传动效率，减轻滚子和轨道的磨损，滚道更换方便。当打开回转电机时，由于大齿轮被固定在底座上，小齿轮便沿着大齿轮周边滚动，从而带动整个回转平台和中央枢轴一起绕中央枢轴的轴线旋转。

1 回转动力装置选择

为了充分利用回转机构发动机的功率和提高生产率，正确选择回转机构的参数，减少回转时间，是挖掘机设计的主要任务之一，这些参数有：回转部分的转动惯量；回转时间；回转角速度和最大功率。

根据机重估算转动惯量：

式中，J-挖掘机回转部分各质量对回转中心线的转动惯量；G-整机重力，[G]为kN。

根据现有产品初估机重m=1050t=10500KN，由式（1-1），

返回时为空斗，转动惯量显著下降，此时

式中，J'-空斗回转的转动惯量，[J']为t・m2；g--土壤重力， 为N；g-重力加速度，g=10m/s2。

（1-3）

式中，th-满斗回转时间；t'h-空斗回转时间。

本机总工作循环时间为30s，根据回转时间占工作循环时间的2/3左右，th+t'h=s，由式（1-3）得，

多发动机驱动时

式中，Pmax-发动机功率，[Pmax]为kW；

？浊h-回转机构的传动效率， （行星减速器）；

？茁-总的回转角度，[？茁]为rad；

挖掘机工作时回转角度？茁=90°，由式（1-4），

三个电机驱动时，

初步选用2个400kW的交流电机，转速为965r/min。电机总功率为800kW。

2 回转机构参数计算

（2-1）

式中？棕max-回转角速度，[？棕max]为rad/s；此处Pmax为电机额定功率800kW，由式（2-1）

当选择原动机以后，都该演算其启动时间，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，从而使机器零件损坏，通常取tq=3～8s。

（2-2）

（2-3）

式中 tq-起动时间s；tz-制动时间s。

满斗回转时间

空斗回转时间

总的回转时间

，

回转最大角加速度

3 回转机构传动装置设计计算

3.1 传动比分配

总传动比：

小齿轮齿数z1=14，大齿圈齿数z2=148，传动比i=10.57。

减速器传动比 。

3.2 回转减速器选择

由于平台上空间有限，而且提升机构、回转机构都要摆放在平台上，所以为了节省空间，使平台上布局紧凑，回转系统采用行星减速器。行星减速器机构刚度大，齿间负荷小、传动比大、传动效率高、结构紧凑、输入和输出轴同心，适合用于回转系统中。

回转减速器传动比

回转减速机外购，主要参数：速比：i=40.68；额定输入速度：965r/min

安装方式：竖直向下；方式：油站

外挂渐开线直齿圆柱齿轮参数：模数m=36 齿数z=14 齿形角？琢=20°

4 结果分析

本文设计的35m3挖掘机回转机构所涉及的原始数据参考美国PH公司及太重现有机型，最后得出结论：回转系统采用两个400kW的立式交流变频电机和行星减速器，回转齿轮传动采用两个行星轮环绕齿圈转动，带动平台回转，这种传动形式结构紧凑，节省空间，传动机构对称布局防止偏心。回转最终的的最大回转速度可达到2.244r/min，回转时间最低可达到18.93s，回转速度快，回转时间短，整体上提高了生产效率。

参考文献

[1]刘锋.中型液压挖掘机回转系统工作性能的研究[硕士].中南大学，2011-05-01.

[2]戴晴华，贺电.一种挖掘机回转控制方法和系统[中国专利].三一重机有限公司，2007-11-14.