35m挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

摘 要：機(jī)械式單斗挖掘機(jī)用一個(gè)鏟斗以間歇重復(fù)的工作循環(huán)進(jìn)行工作，即由挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)至卸載點(diǎn)、卸載、空斗回轉(zhuǎn)至挖掘地點(diǎn)等四個(gè)工序構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)。在作業(yè)過程中，挖掘機(jī)不移動(dòng)，直到將一次停機(jī)范圍內(nèi)的礦石挖完，挖掘機(jī)才移動(dòng)到新的作業(yè)地點(diǎn)。35m 挖掘機(jī)是全回轉(zhuǎn)式的，即工作平臺(tái)相對(duì)于底架可回轉(zhuǎn)360°以上。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)為運(yùn)載過程，回轉(zhuǎn)角度決定于工作面與卸載位置的關(guān)系，一般為90°～180°。當(dāng)角度大于160°時(shí)，往往沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)360°回到原來位置，這樣可以減少回轉(zhuǎn)加速的時(shí)間，降低能量的消耗。在單斗挖掘機(jī)中，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間占工作循環(huán)時(shí)間的65%～75%，最大可達(dá)85%。因此，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)于單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)率有很大影響。所以要合理的選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式單斗挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)計(jì)算

中圖分類號(hào)： TU62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用是使平臺(tái)回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示，它由兩組相同的驅(qū)動(dòng)裝置組成，每組都有各自的電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器。立式交流電機(jī)1固定在行星減速器2上，減速器安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(zhuǎn)平臺(tái)與底座用中央樞軸8聯(lián)接在一起。中央樞軸使回轉(zhuǎn)平臺(tái)對(duì)底架起定心作用，保證回轉(zhuǎn)傳動(dòng)齒輪的正常嚙合?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)通過其上的錐面環(huán)形軌道3壓在錐形滾子4上，滾子能在下錐面環(huán)形軌道上滾動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的滾子在軌道上作純滾動(dòng)，能承受回轉(zhuǎn)平臺(tái)的重載荷，可提高傳動(dòng)效率，減輕滾子和軌道的磨損，滾道更換方便。當(dāng)打開回轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，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(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)和中央樞軸一起繞中央樞軸的軸線旋轉(zhuǎn)。

1 回轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置選擇

為了充分利用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和提高生產(chǎn)率，正確選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，減少回轉(zhuǎn)時(shí)間，是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，這些參數(shù)有：回轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；回轉(zhuǎn)時(shí)間；回轉(zhuǎn)角速度和最大功率。

根據(jù)機(jī)重估算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

式中，J-挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)部分各質(zhì)量對(duì)回轉(zhuǎn)中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；G-整機(jī)重力，[G]為kN。

根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品初估機(jī)重m=1050t=10500KN，由式（1-1），

返回時(shí)為空斗，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量顯著下降，此時(shí)

式中，J'-空斗回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)時(shí)間；t'h-空斗回轉(zhuǎn)時(shí)間。

本機(jī)總工作循環(huán)時(shí)間為30s，根據(jù)回轉(zhuǎn)時(shí)間占工作循環(huán)時(shí)間的2/3左右，th+t'h=s，由式（1-3）得，

多發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)

式中，Pmax-發(fā)動(dòng)機(jī)功率，[Pmax]為kW；

？濁h-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率， （行星減速器）；

？茁-總的回轉(zhuǎn)角度，[？茁]為rad；

挖掘機(jī)工作時(shí)回轉(zhuǎn)角度？茁=90°，由式（1-4），

三個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，

初步選用2個(gè)400kW的交流電機(jī)，轉(zhuǎn)速為965r/min。電機(jī)總功率為800kW。

2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算

（2-1）

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

當(dāng)選擇原動(dòng)機(jī)以后，都該演算其啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)將影響機(jī)器的生產(chǎn)率，啟動(dòng)時(shí)間過短將引起過大的慣性力，從而使機(jī)器零件損壞，通常取tq=3～8s。

（2-2）

（2-3）

式中 tq-起動(dòng)時(shí)間s；tz-制動(dòng)時(shí)間s。

滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)間

空斗回轉(zhuǎn)時(shí)間

總的回轉(zhuǎn)時(shí)間

，

回轉(zhuǎn)最大角加速度

3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 傳動(dòng)比分配

總傳動(dòng)比：

小齒輪齒數(shù)z1=14，大齒圈齒數(shù)z2=148，傳動(dòng)比i=10.57。

減速器傳動(dòng)比 。

3.2 回轉(zhuǎn)減速器選擇

由于平臺(tái)上空間有限，而且提升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都要擺放在平臺(tái)上，所以為了節(jié)省空間，使平臺(tái)上布局緊湊，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用行星減速器。行星減速器機(jī)構(gòu)剛度大，齒間負(fù)荷小、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、輸入和輸出軸同心，適合用于回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中。

回轉(zhuǎn)減速器傳動(dòng)比

回轉(zhuǎn)減速機(jī)外購(gòu)，主要參數(shù)：速比：i=40.68；額定輸入速度：965r/min

安裝方式：豎直向下；潤(rùn)滑方式：油站潤(rùn)滑

外掛漸開線直齒圓柱齒輪參數(shù)：模數(shù)m=36 齒數(shù)z=14 齒形角？琢=20°

4 結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的35m3挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所涉及的原始數(shù)據(jù)參考美國(guó)PH公司及太重現(xiàn)有機(jī)型，最后得出結(jié)論：回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用兩個(gè)400kW的立式交流變頻電機(jī)和行星減速器，回轉(zhuǎn)齒輪傳動(dòng)采用兩個(gè)行星輪環(huán)繞齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)，這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)稱布局防止偏心?；剞D(zhuǎn)最終的的最大回轉(zhuǎn)速度可達(dá)到2.244r/min，回轉(zhuǎn)時(shí)間最低可達(dá)到18.93s，回轉(zhuǎn)速度快，回轉(zhuǎn)時(shí)間短，整體上提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

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