毕业设计（论文）-PC360-7挖掘机及回转系统设计.doc

I xx 大学毕业设计说明书 目目 录录 摘摘 要要.1 1 1.1. 绪论绪论.2 2 1.1 概述 .2 1.2 国内外挖掘机的发展概况 .2 1.3 本设计所研究的主要内容 .3 1.4 本设计的技术难点及相应的措施 .4 2.2. PC360-7PC360-7 挖掘机结构功能分析挖掘机结构功能分析 .5 5 2.1 PC360-7 挖掘机总功能的确定.5 2.2 PC360-7 挖掘机的黑箱图.5 2.3 PC360-7 挖掘机的功能分解图.6 2.4 PC360-7 挖掘机的功能结构图.6 2.5 PC360-7 挖掘机的原理解组合.7 2.6 原理方案的评价与决策 .8 3.3. PC360-7PC360-7 挖掘机总体设计挖掘机总体设计 .1010 3.1 整机总体参数的初步确定 .10 3.2 重量参数的初步确定 .10 3.3 整机及各部分结构型式的初步确定 .13 3.3.1 动臂结构型式的初步确定 .13 3.3.2 底盘行走装置结构型式的初步确定 .13 3.3.3 斗杆结构型式的初步确定 .14 3.3.4 传动型式的初步确定 .14 3.3.5 回转机构结构型式的初步确定 .14 3.4. 功率参数及发动机的初步选定 .15 3.4.1 整机功率参数的初步确定 .15 3.4.2 发动机的初步选定 .15 3.5 回转速度、工作循环时间及生产率的估算 .15 4.4. PC360-7PC360-7 挖掘机回转系统设计挖掘机回转系统设计 .1717 4.1 液压回转系统 .17 4.2 电机回转系统 .18 4.3 回转支撑装置类型的选择 .19 4.4 回转机构参数的选择 .20 4.5 最佳转速计算 .20 4.6 回转功率的计算 .21 4.7 回转电机的选择 .21 II xx 大学毕业设计说明书 4.8 回转支承结构的选择 .22 4.9 回转循环时间计算 .23 5.5. PC360-7PC360-7 挖掘机传动计算挖掘机传动计算 .2525 5.1 回转小齿轮参数的确定 .25 5.2 回转机构齿轮传动传动比计算 .25 5.3 回转减速器的设计计算 .26 5.3.1 回转减速器设计方案 .26 5.3.2 主要参数的确定 .26 5.3.3 高速级齿数的确定 .26 5.3.4 低速级齿数的确定 .27 5.3.5 按接触强度初算 a1-c1 传动的中心距和模数 .28 5.3.6 a1-c1 传动的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核.31 5.3.7 按接触强度初算 a2-c2 传动的中心距和模数 .36 6.6. PC360-7PC360-7 挖掘机回转结构的设计挖掘机回转结构的设计 .3939 6.1 高速级输入轴 .39 6.2 高低速级中间轴 .40 6.3 低速级输出轴 .40 6.4 内齿轮的设计 .41 6.5 行星齿轮的设计 .41 6.6 转臂的设计 .42 6.6.1 高速级转臂 .42 6.6.2 低速级转臂 .43 6.7 浮动用齿式联轴器 .44 6.8 箱体的设计 .44 6.9 其它机构及系统的设计 .45 总结与体会总结与体会.4646 致致 谢谢.4848 【参考文献参考文献】.4949 xx 大学毕业设计说明书 摘摘 要要 随着我国改革开放的不断深入，国民经济的大力发展，我国基础设施建设项目 的增多，挖掘机的需求量越来越大。为了更深入的学习、借鉴国外挖掘机的核心技 术，根据节能环保的要求，对 PC360-7 中型液压挖掘机进行了整机及回转系统的设 计。在参照、分析现有整机参数和机体各机构的基础上，设计了新一代 33T 的混合 动力中型液压挖掘机。本设计的重点是回转系统的设计，它分为回转电机、回转减 速机、回转支承三大部分。回转电机根据等效替换原则选择，回转减速机根据计算 传动比为 35.8 设计为 NGW 型二级行星减速器。挖掘机的回转系统理论上采用了混 合动力综合控制系统，加装了制动能、热能相关能量回收装置，具有调速更快，回 转更稳定，低耗更环保，能量回收再利用的优点。 关键词：PC360-7 液压挖掘机，混合动力，回转减速机，环保 AbstractAbstract With the deepening of Chinas reform and opening up, the development of the national economy, the increasing of infrastructure construction projects, the demand for hydraulic excavator is more. In order to further study the core technology, according to the requirements of energy conservation and environmental protection, it will be designed again. On the analyzing existing machine, it is designed a new generation of 33 t hybrid medium hydraulic excavator. Rotary system is the key to the design. The rotary system consists of rotary motor, speed reducer and slewing. Rotary motor is selected by the equivalent substitution principle, speed reducer is designed into the secondary planetary gear reducer. The new design uses integrated control system, braking energy and heat recovery device, with faster, more stable and environmentally, low consumption, energy recycling. Keywords: PC360-7 hydraulic excavator, hybrid, speed reducer, environmental 1 xx 大学毕业设计说明书 1.1. 绪论绪论 1.11.1 概述概述 纵观国内外工程机械上下几百年的发展历程，展现的是不朽的经典，孕育的是 深厚的文化，淘出的是世界的经济。随着全球经济的不断发展，越来越多的工程项 目的出现，新的世纪，新的劳动工具的再次转型与升级。低碳环保、节能环保的观 念已经深入人心，为了更好的实现中国的伟大复兴，为了更好的与世界工程、工业 接轨，工程机械的再次升级是目前的首要任务。这是一个艰难漫长的过程，更是一 个自主创新的过程，是一个难得的机遇与挑战。 面对着我国现有工程机械的发展概况，经营模式以及管理制度，我们急切的呼 吁-创新。本设计就是在现有的 PC360-7 液压挖掘机基础上的一种大胆的尝试和创 新，以回转电机为回转动力源的新型混合动力液压挖掘机便应运而生了。根据参照、 借鉴、学习但不抄袭的原则，该混合动力新型液压挖掘机通过混合动力综合控制器 控制以及相应的储能装置进行能量的存储和释放，达到机电一体化智能控制方便、 快捷、稳定的效果和能量的实时回收与再利用。 1.2 国内外挖掘机的发展概况国内外挖掘机的发展概况 1.2.11.2.1 国内挖掘机的发展概况国内挖掘机的发展概况 我国从第一台挖掘机的诞生到今天已有近 60 年的发展历史，大体上可以分成以 下三个阶段: (1) 测绘仿制阶段(19671977 年) 这个阶段是最基本的阶段，是不成熟的阶段。尽管如此，敢于探索进取的祖辈们 通过多年坚持不懈的努力奋斗，最终研究出了多款成功产品，将我国挖掘机事业继 续向前推进着。 表 1 开发成功的主要产品 如表 1 所示， 它们 的出现代表着我国液压挖掘机行业逐渐由开始的初步形成到进一步发展壮大的发展 历程。 (2)技术研发革新阶段(19781986 年) 技术的革新才能最终引领时代的风骚。各个机械厂家均掀起了一场技术革新的革 命。他们大力引进世界著名挖掘机品牌，学习其核心技术，不断的为自己充电，使 其在残酷的挖掘机竞争行业中终有一席立足之地。 表 2 各机械厂引进情况 机械厂 厂名称 上海建筑 机械厂 贵阳矿山 机器厂 合肥矿山 机器厂 长江挖掘 机械厂 杭州重型 机械厂 挖掘机型号WYl00W4-60WY60WYl60WY250 2 xx 大学毕业设计说明书 机械 厂名 长江挖 掘机厂 贵阳矿山 机器厂 合肥矿山 机器厂 上海建筑 机械厂 杭州重型 机械厂 北京建筑 机械厂 引进国家德国德国德国德国德国德国 引进公司利勃海尔利勃海尔利勃海尔利勃海尔德玛克奥加凯 引进 型号 R972 R982 A912 R912 R922 R962 R942 A922 H55 H85 RH6 MH6 (3) 联合外资持续发展阶段(1987至今) 由于国内对挖掘机的需求量的不断提高,供需矛盾日益扩大,国外各著名挖掘机制 造厂商看好中国市场,纷纷前来创办合资企业 1。 国内挖掘机品牌在经历了外资企业的洗礼下，经过了几十年的不断拼搏、奋斗， 才能由最初的全军覆没到今天的稳定发展。它们现在不仅占据着整个国内大部分市 场，更是傲视国际市场，近似疯狂地展开国际并购措施来拓宽自己的产业链，增强 自身的竞争实力，实现开拓新市场的需要（见图 1） 。 图 1 近 3 年中国挖掘机市场销量变化情况 1.2.21.2.2 国外挖掘机的发展概况国外挖掘机的发展概况 第一台手动挖掘机问世至今已有 130 多年的历史，期间经历了由蒸汽驱动斗回转 挖掘机到电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压 挖掘机的逐步发展过程2。从 20 世纪后期开始,国际上挖掘机的生产向大型化、微 型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展3。 尽管近几年来，整个国际工程机械行业状况不容乐观，但是国外的许多著名挖掘 机品牌商纷纷采取有力措施，迅速改变运营模式，管理制度，及时调整销售对象， 静中求变，变中求稳，力求将损失降低到最低限度。 1.31.3 本本设计所研究的主要内容设计所研究的主要内容 本次所设计的挖掘机为小松 PC360-7 中型反铲液压挖掘机，根本依据为现有的 小松 PC360-7 中型反铲液压挖掘机的相关参数及结构型式，在此基础上将动力更换 为混合动力，回转系统部分等效替换为一回转电机驱动的机电控制系统。主要设计 内容为整个挖掘机的设计及回转系统的设计，主要包括整机部分整机参数的确定、 3 xx 大学毕业设计说明书 动臂结构型式的确定，行走装置结构型式的确定，传动型式的确定，以及回转系统 部分回转电机的选择，回转支撑类型的选择，回转减速机的设计等等。PC360-7 挖 掘机总体设计的合理性、全面性是整个设计任务顺利完成的保证；回转系统设计的 优劣对其它机构部件设计的质量起着决定性的作用。 1.41.4 本设计的技术难点及相应的措施本设计的技术难点及相应的措施 对于小松 PC360-7 中型反铲液压挖掘机的整体设计，基本上没有多大的技术难 点，仍然是柴油发动机为主要的动力源，只在回转系统部分将原有的液压回转系统 等效替换为相应的电机回转系统，因而此混合动力液压挖掘机的得名由此而来。 本设计的主要的技术难点是回转系统部分。回转系统的设计涉及领域广，标准 规范较多。参照近些年的国内国外的各项关于混合动力液压挖掘机的报告、会议论 文、专利及专题论文，结合现代节能环保的设计理念，将回转系统的设计上升到了 一个前所未有的高度。回转系统总体主要包括回转电机的选择，回转支撑类型的选 择，回转减速机的设计。其中回转减速机的设计是本设计的技术最大难点。由于回 转电机为等效替代原有的回转液压马达，因而回转电机的选取只要依据原有的回转 液压马达即可。回转减速机的设计需要综合考虑回转电机的选型及回转支撑的选型， 在此二者的基础上，根据具体的传动比关系，最终确定为 NGW 型二级行星减速机。 行星减速机具有结构紧凑，传动比大，传递扭矩大的特点。再次根据现有的机械设 计相关设计手册选取行星齿轮各设计参数，结合铸造相关工艺特点设计减速机外壳。 本设计所采用的主要设计手段是数值计算、计算机绘图（主要绘图软件为 Solid Works、AutoCAD 等） 。设计方法主要包括数值计算、计算机绘图（主要绘图 软件为 Solid Works、AutoCAD 等。首先对 PC360-7 中型反铲液压挖掘机的整机设计 所要达到的技术目标进行综合分析和设计，再对整机中具有决定性作用的零部件之 一回转系统进行正确的、全面的分析和设计。在整个设计过程中，一旦发现技术瓶 颈和急需要解决的问题，首先应该自己认真的查找相关资料，在大量收集资料的基 础上加深对此技术难点的理解，努力争取解决。同时，每周都有两次的老师指导， 将已经或将要出现的技术难点、急需解决的问题趁着这些机会向指导老师请教，而 后再经过自己的多方思考、考察和整理，最终真正理解其难点的实质性问题所在， 从而找到相应的解决问题的方法，最终解决问题并验证相应结论的正确性。 4 xx 大学毕业设计说明书 2.2. PC360-7PC360-7 挖掘机结构功能分析挖掘机结构功能分析 2.12.1 PC360-7PC360-7 挖掘机总功能的确定挖掘机总功能的确定 挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿 山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以 及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用4。 表 2 PC360-7 挖掘机的设计要求 1 功能基本功能：挖掘土方。 2 工况 适应性 铲斗挖掘工况: 由铲斗液压缸单独动作进行挖掘的工况 斗杆挖掘工况: 由斗杆液压缸单独动作进行挖掘的工况 联合挖掘工况: 由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况 环境：摄氏-10-40，相对湿度，40%RH-90%RH，大气压力：70kPa- 106kPa 3 性能 行走速度：3.2-5.5KM/h 回转速度：9.5r/min 工作重量：33-36t 结构尺寸：长 11140 mm 宽 3190 mm高 3280 mm 4 生产能力生产率：理论的、额定的、实际的 5 可靠性可靠度、维修度和有效度 6 使用寿命正常作业的情况下，其使用年限不低于 8 年 7 经济成本材料费用、设计费用、制造加工费用、管理费用 8 人机工程造型美观，操作方便，座椅舒适 9 安全保证人身、设备安全：具有安全保护、自动检测设备状态装置 10 包装运输产品运输、移动方便 11 环保指标工作时尽量少产生烟雾、异味、污染 .2.2.2.2 PC360-7PC360-7 挖掘机的黑箱图挖掘机的黑箱图 PC360-7 挖掘机 需开挖的土方 控制指令 润滑剂 灰 尘 土方堆 驱动能、制动能 指令显示 图 2 PC360-7 挖掘机的黑箱图 信号能 耗损的润滑油 温度 湿度 震 动 噪音 湿热 振 动 热 量 5 xx 大学毕业设计说明书 2.32.3 PC360-7PC360-7 挖掘机的功能分解图挖掘机的功能分解图 挖 掘 机 完 成 土 石 方 开 挖 工 作 动力装置 传动功能 动力机 实现运动运输 动力设备减速机 传动功能传动齿轮 能量转换回转驱动 回转功能 回转机构 转台 回转接头 行走功能 停车、制 动 制动功能 前进、后退及变 向 回转支承 图 3 挖掘机的功能分解图 减速机 实现驱动 执行功能工作装置 开挖工具 容纳土方满斗回转卸载土方回位 动力供应 控制功能仪表显示 方向 角度 速度 润滑 信息显示 油润滑 脂润滑 辅助功能 润滑系统 信息反馈 配重平衡 夜间照明 2.42.4 PC360-7PC360-7 挖掘机的功能结构图挖掘机的功能结构图 6 xx 大学毕业设计说明书 绿化迁移 选 择 开 挖 开挖土方 配 重 平 衡 工 作 执 行 信号能 行 走 机 构 制动能 驱 动 能 回 转 机 构 能 量 转 换 容纳土方 回转支承 回转接头 转台 显示器机控器电控器 土石 方堆 耗损 的润 滑剂 显示 能 量 信息 指令 满斗回转卸载土方 堆放整理 联接、支 承 润滑 润滑剂 显示器 显示器显示器显示器 分 离 灰尘温度 湿度 震动 热量噪声振动 图 4 挖掘机的功能结构图 2.52.5 PC360-7PC360-7 挖掘机的原理解组合挖掘机的原理解组合 表 3 PC360-7 挖掘机的功能分解 功能元分解 功能元 12345 A 动力汽油机柴油机电动机液压马达混合动力 需开 挖的 土方 7 xx 大学毕业设计说明书 B 铲斗正铲反铲抓斗钳式斗 C 回转形式内齿传动外齿传动液轮传动 D 行走履带轮胎轨道-车轮迈步式 E 能量传递齿轮箱油泵链传动皮带传动 F 制动闸瓦制动带式制动片式制动齿式制动气压制动 G 推压齿轮齿条液压缸丝杆螺母钢丝绳 根据上述，可建立PC360-7挖掘机的系统解形态学矩阵如表3。从表3中得到组合 方案数为： 5434444=15360 种 可选出代表性的三种方案作比较： 方案I：A2+B2+C2+D4+E2+F1+G2 迈步式反铲外齿回转液压挖掘机 方案II：A5+B2+C1+D1+E2+F1+G2 履带式反铲内齿回转混合动力液压挖掘 机 方案III：A3+B2+C1+D2+E1+F3+G2 轮胎式反铲内齿回转电动液压挖掘机 2.62.6 原理方案的评价与决策原理方案的评价与决策 在上表的 15360 种组合方案中，使用技术经济综合评价的步骤最后决策出最 佳方案。 表 4 评价与决策 评价目标方案 I方案 II方案 III NO 内容 重要 性系 数 g1 参数 值 评分 w1j W1jg1 参 数 值 评分 w1j W1jg1 参数 值 评分 w1j W1jg1 1 行走速度 0.1872.15.550.512101 2 回转速度 0.255.561.089.582541 3 挖掘力 0.3521080.4523193.1512051.75 4 铲斗容量 0.051.280.721.69045170.35 5 整机重量 0.033280.123380.244550.15 6 特殊作业 0.05 弱 40.3 强 80.4 一般 70.35 7 急停控制 0.03 一般 60.25 一 般 60.18 弱 40.12 8 维护 0.05 简单 80.72 一 般 60.3 难 40.2 9 安全 0.04 高等 80.42 高 等 70.28 中等 60.24 10 环保 0.15 低等 50.24 平 等 71.05 高等 91.35 8 xx 大学毕业设计说明书 1010 11 iji ij gw g 7.498.556.51 1010 11 max 10 jiji jj i w gw g w w 749 . 0 il W855 . 0 il W651 . 0 il W 通过表4可得最佳方案为方案II作为本设计，具体为方案 II：A5+B2+C1+D1+E2+F1+G2，即履带式反铲内齿回转混合动力液压挖掘机。 3.3. PC360-7PC360-7 挖掘机总体设计挖掘机总体设计 挖掘机的结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置、回转装置和 电气控制等部分组成5。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于 是对它的总体设计的要求就相对的很高，需要在完整的了解它的整个工作原理、结 构、工作循环过程的基础上，查阅相关最新的国际国内最新研究资料，在现有机型 的对比指引下，逐步完成对整个 PC360-7 挖掘机的总体设计。 本设计的基本思路： 9 xx 大学毕业设计说明书 在现有的 PC360-7 挖掘机的基础上，结合现当代的低碳环保的生活目标，融合 现代科技的机电液智能一体化发展模式，渗入更多的节约资源与能源的理念，将回 转系统部分的回转马达部分等效的替换成以电动机为驱动的回转系统装置。从而避 免了液压驱动系统成本高，可靠性差，维修保压麻烦的缺点，吸纳了精确度高，调 速准确方便的优点。另外随着现代高科技的发展，很多挖掘机的研究都在回转系统 部分加装了能量回收装置，使得更多的能量得以再利用。 PC360-7 挖掘机的总体改进设计具体内容有以下几点： (1)将原挖掘机的回转马达等效替换为电动机； (2)更改电动机后减速机的设计； (3)更改后制动装置的设计； (4)更改后混合动力综合控制器的设计； (5)更改后储能装置的设计（超级电容的选取）； 柴油机发动机仍然还是主要的动力源，驱动除回转装置以外的液压泵及带动电 动机，分别控制主阀和回转电机控制器来控制整个挖掘机的运动状态，并利用超级 电容储存回收回来的制动能量及其它方面回收回来的能量。 3.13.1 整机总体参数的初步确定整机总体参数的初步确定 液压挖掘机的主要参数有机体尺寸参数、重量参数、发动机功率参数等，通过 理论分析或经验计算以及使用单位的要求和制造厂商的生产条件等求得。各参数应 该满足以下条件： （1） 满足实际使用要求实用性； （2） 适合于生产厂的制造条件可能性； （3） 充分发挥发动机功率经济性； 3.23.2 重量参数的初步确定重量参数的初步确定 重量参数包括整机重量及各总成的重量。 3.2.1 整机重量初步确定整机重量初步确定 整机重量可以通过市场上现有的小松 PC360-7 挖掘机的重量作为参考值，可取 得设计机重 G=33T。 由经验公式： 确定。 i iG Gk G 式中各部分重量系数。 i G k 具体参数取值如下表所示。 表 5 挖掘机各总成重量的确定 名称 重量系数 i G k 计算结果（t）取值(t) 平台 0.185.946 10 xx 大学毕业设计说明书 底盘 0.4213.8614 反铲作业装置 0.154.955 3.2.2 机体尺寸的初步确定机体尺寸的初步确定 机体尺寸包括：机体的外形尺寸、工作装置尺寸和工作尺寸等6。根据经验公 式： 确定，并根据小松公司现有的 PC360 系列机型选 3 ili LkG 用取值。 表 6 现有 PC360-7 挖掘机相关参数 项 目单 位 PC360-7 工 作 重 量 t33 额 定 功 率 KW 245（180） 标 准 斗 容 m31.6 高 速 Km/h5.5 中 速 Km/h4.5 最大 行走 速度低 速 Km/h3.2 铲斗挖掘力（最大） Kgf23100 性 能 斗杆挖掘力（最大） Kgf17400 全 长 mm11140 全 宽 mm3190 尺 寸全 高 mm3280 最大挖掘高度 mm10210 最大卸载高度 mm7110 最大挖掘深度 mm7380 最大垂直挖掘深度 mm6480 最大挖掘半径 mm11100 工 作 范 围 在地面内的最大挖掘半径 mm10920 名 称 - 小松 SAA6D114E 额 定 转 速 rpm1900 发 动 机排 量 ltr8.27 表 7 机体尺寸的确定 名称机体尺寸系数计算结果(mm)取值(mm) 履带长度 1.3643624625 履带轨距 0.825672590 11 xx 大学毕业设计说明书 转台宽度 0.9228873190 驾驶室高度 0.9630793100 转台底部离地高 0.4012831300 尾部半径 0.9630793100 前部离回转中心 0.4213471350 机棚总高 0.8025662580 履带总高 0.3210261050 底架离地隙 0.14449450 臂铰离回转中心 0.15481485 臂铰与液压缸铰距 0.30962965 动臂转角 -50- 40 斗杆转角 50-160 滚盘外径 0.4514431390 臂铰离地高 0.6420532050 续表： 斗杆臂长 1.857745790 最大挖掘半径 3.451106611100 最大挖掘深度 2.2572207380 最大卸载高度 2.270577110 最大挖掘高度 3.21026010210 后端回转半径 1.0734323450 配重离地间隙 0.3611551185 最大垂直挖掘深度 2.064156480 停机面挖掘半径 3.4109010920 履带接地长度 1.1536893700 最小离地间隙 0.15481500 3.33.3 整机及各部分结构型式的初步确定整机及各部分结构型式的初步确定 3.3.13.3.1 动臂结构型式的初步确定动臂结构型式的初步确定 反铲动臂可分为整体式和组合式两类。整体式动臂有直动臂和弯动臂两种。整 体式动臂结构简单、价廉，刚度相同时重量较组合式动臂轻7。本设计中选用整体 式动臂。 + 12 xx 大学毕业设计说明书 1-整体式动臂 2-动臂油缸 3-斗杆油缸 4-斗杆 5 斗杆液压缸 6-铲斗 7-连杆 8-摇杆 图 5 整体式动臂 3.3.23.3.2 底盘行走装置结构型式的初步确定底盘行走装置结构型式的初步确定 行走装置兼有液压挖掘机的支撑和运行两大功能。挖掘机按行走装置分履带式、 轮胎式和步履式三大类。履带行走装置的特点是，驱动力大（通常每条履带的驱动 力可达机重的 35%-45%） ，接地比压小（40-150kPa） ，爬坡能力大（一般为 50%- 80%，最大的可达 100%） ，且转弯半径小，灵活性好 8。 本设计选用履带行走装置。 图 6 履带式行走装置 图 7 履带式行走装置的结构图 1 - 导向轮；2 - 履带； 3 - 张紧装置； 4 - 支重轮； 5 - 驱动轮； 6 - 减速机 13 xx 大学毕业设计说明书 3.3.33.3.3 斗杆结构型式的初步确定斗杆结构型式的初步确定 斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构型式，由于本设计中的动臂选用的是整 体式，故本设计中采用整体式斗杆。 图 8 斗杆图 3.3.43.3.4 传动型式的初步确定传动型式的初步确定 底盘的动力装置和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统。传动系统的功用是使 动力装置输出的功率传给驱动轮9。传动系统把源动力的输出动力经过相应的传动 机构传递给驱动机构，并根据驱动机构驱动特性的改变反过来调整源动力的输出特 性，以满足不同工况下对源动力输出要求的匹配特性。传动系统大体可分为机械传 动、液压传动、液力机械传动及电力传动四种类型。本设计采用高压变量系统，同 时在回转系统中嵌入机械传动，主要依靠行星齿轮减速器的齿轮传动。 3.3.53.3.5 回转机构结构型式的初步确定回转机构结构型式的初步确定 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量约占液压系统总发热量的 30%-40%10。因此，适当的、 合理地选择回转机构的结构型式，正确地、仔细的确定回转机构的各个主要参数， 对整机的灵活运转起着举足轻重的作用。综合考虑以上各因素，本设计采用了节能 环保的回转系统：由电动机驱动，经过凸缘联轴器与行星减速机的联接，到输出齿 轮轴与回转支承的啮合。 回转机构的重要机构之一为回转支撑机构，它主要用于回转运动过程中支撑回 转平台以上整个机体的重量。本设计中采选用单排四点接触式滚动轴承式回转机构， 它具有结构紧凑，重量轻等优点，同时钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受较大 的轴向力、径向力和倾翻力矩。按照设计要求最终采用接触角为 45 的单排滚球式 回转支撑。如图 9 所示。 14 xx 大学毕业设计说明书 图 9 回转机构结构图 3.4.3.4. 功率参数及发动机的初步选定功率参数及发动机的初步选定 3.4.13.4.1 整机功率参数的初步确定整机功率参数的初步确定 发动机功率；液压功率 发动机功率可以根据经验公式 Nt=kxG(kw)确定，可得： P=5x36=180kw 3.4.23.4.2 发动机的初步选定发动机的初步选定 发动机选择的好坏直接关系到整机动力匹配特性的优劣程度，因此为了以最少 的成本和时间设计出最优质的挖掘机，设计中选定由小松工程机械有限公司生产的 原装小松 SAA6D114E 系列发动机。 表 8 发动机主要参数 型号小松 SAA6D114E 型式水冷、四冲程、直喷、涡轮增压、机械式全程调速 进气方式增压、增压中冷 气缸数-缸径行程 mm 6-114mm135mm 活塞排量 L827 标定功率/转速 180/1900 15 xx 大学毕业设计说明书 kW/r/min 3.53.5 回转速度、工作循环时间及生产率的估算回转速度、工作循环时间及生产率的估算 依据经验公式：G=33T 1、回转速度： 其中系数K n=14 16 (min) n nK Gr （3.1） 由公式（3.1）得 n=9.5(r/min)r/min) 2、工作循环时间： 其中系数 K。= 10 00 16 zz tk G( ) s （3.2） 由公式（3.2）得=14.75s 00 16 zz tk G 以上参数都是经验公式的初步估算，如有需要可适当调整。 4.4. PC360-7PC360-7 挖掘机回转系统设计挖掘机回转系统设计 查阅相关国内国外最新挖掘机回转系统资料，挖掘机回转系统存在液压回转系统和电机回 转系统两种类型。下面就这两种回转系统类型作出对比，并选出适合本设计创新、环保要求的 回转系统。 4.14.1 液压回转系统液压回转系统 液压回转系统主要是由许多高压液压油路组成，通过改变液压油的压力大小来 间接控制整机行走速度、回转速度、挖掘力大小。液压回转系统的主要功能如图 10 所示： 回转马达启动瞬间，高压液压油经 A 口流入作为回转马达转动的驱动力，同时 该压力超过了与之连通的溢流阀极限压力，将溢流阀瞬间打开获得及时泄压的目的； 16 xx 大学毕业设计说明书 当需要回转制动时，应该及时的切断供给油路，并设计相应的补油油路，使其两端 压力达到平衡。由于回转马达液压制动不能长久保持，为了防止整机因停在倾斜地 面上受重力作用而产生回转，使制动长久保持，回转马达设计有机械式制动器11。 1 延时阀 2 溢流阀 3 防反转阀 图 10 回转马达原理图 上述的液压回转系统可用简化的 AMEsim 模型建模，如图 11 所示。 17 xx 大学毕业设计说明书 1 主控阀 2 溢流阀 3 单向阀 4 减速器 5 控制信号 6 离合器模块 7 角度传感器 8 回转马达 9 PID 调节器 10 增益 11 比较器 12 控制信号 图 11 液压回转系统简化模型 液压回转系统的不足： （1）利用液压马达来控制挖掘机的回转运动，效率较低，操作反应时间较长； （2）回转马达启动时,由于液压泵输出的流量大于马达所需流量而产生溢流损 失，造成能量损失12； （3）液压马达油路的发热量多，需要设计强大的散热系统做后盾。 4.24.2 电机回转系统电机回转系统 混合动力挖掘机回转系统原理如图 12 所示：通过扳动回转先导手柄使相应的压 力传感器向混合动力控制器发送电机转动控制信号，进而使超级电容放电，回转电 机带动回转平台转动13。当回转平台制动时，回转电机转变为发电机产生制动力 矩使回转平台停止，所发出的电能存储在超级电容中，以便在回转平台下次启动时 加以利用。该系统通过使用效率较高的电动机取代液压马达，从而使回转系统的传 动效率大大提高。 18 xx 大学毕业设计说明书 上述的电机回转系统可用简化的 AMEsim 模型建模如图 12 所示。 1 回转电机 2 PID 调节器 3 减速器 4 转矩转换器 5 角速度传感器 6 控制信号 7 增益 8 比较器 9 控制信号 10 超级电容 图 14 电机回转系统简化模型 电机回转系统的优点： （1）可提高能量利用率； （2）有效回收回转制动所产生的能量以达到节能的目的。 基于如上所示，本设计最终采用了电机回转系统。将原有的液压马达等效替换 为电机驱动，经过设计的行星减速器，最终传递到回转支撑的回转滚盘，带动整个 回转平台实现整个回转过程。 4.34.3 回转支撑装置类型的选择回转支撑装置类型的选择 回转支撑主要分为转柱式回转支撑和滚动轴承式回转支撑。滚动轴承式回转支 撑广泛用于全回转的液压挖掘机上，它是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，结 构上相于放大了的滚动轴承14。 本设计中采用接触角为 45 的单排滚球内齿式回转支撑。其结构如图 13 所示。 图 13 回转滚盘的结构图 19 xx 大学毕业设计说明书 4.44.4 回转机构参数的选择回转机构参数的选择 （1）转台的转动惯量 转动惯量可以根据最常用的工作装置和最常遇到的工况来估算回转平台的转动 惯量15。本机采用的是反铲工作装置，可按下列经验公式估算(G=33T） 。 满斗回转： （4.1） 3 5 3 )128(JG kg m 有关数据代入公式（4.1）算得 3 3 5 .4345833128mkgJ 空斗回转： （4.2） 3 0 5 3 )72(JG kg m 有关数据代入公式（4.2）算得 3 3 5 0 .244453372mkgJ （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 16。 M 当机械制动时可取,仅靠液压制动时可取，为作 .8 0.90 B MM.5 0.70 B MM B M 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（4.3）求得： （4.3） 4 3 4910MG . ()N m 有关数据代入公式（4.3）算得mNM1559153 . 0334910 3 4 式中 整机重量（t）G 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，0.3。 其制动力矩，经过计算为=93549 mN 。.5 0.70 B MM0.6 B MM 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 ，当采用高速油马达时取=0.78，当采用低速大扭矩液压马达时取 2 0 1 S B M M C 0 =0.