反铲液压挖掘机 课件 第 5 章 回转平台、回转支承及回转驱动装置

反铲液压挖掘机太原科技大学机械工程学院2024年12月第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.1回转平台5.2回转支承5.3回转驱动装置5.4中央回转接头5.5转台的运动特点及载荷形式5.6全回转支承的选型计算5.7回转平台回转阻力矩分析5.8全回转驱动装置主要参数设计第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造5.1.1回转平台的结构形式5.1回转平台

回转平台简称为转台，它是支撑并安装挖掘机部件的基础，其上布置了包括发动机、工作装置、液压油泵及控制阀组、驾驶室总成、油箱及配重等除底盘外的所有部件，占据了挖掘机总重的60%以上，因此必须具备足够的空间和承载能力以及足够的强度和刚度，以保证所安装的部件稳固性和整机的工作可靠性。回转平台及其上安装的部件重量在随转台转动时会产生很大的惯性力矩，挖掘作业过程中的挖掘阻力变化使其经常承受很大的动载荷或冲击载荷，受力复杂且恶劣。。

回转平台结构1—动臂缸支座；2—动臂支座；3—主梁；4—右副平台；5—主板；6—左副平台

转台为箱形框架结构，一般由两根纵向主梁和若干根横梁组成。动臂及动臂油缸铰接在转台前部的凸耳上，驾驶室布置与侧前方。凸耳有单凸耳和双凸耳两种结构形式，小型机一般为单凸耳，中大型机一般采用双凸耳。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机回转平台上各部件布置的基本原则是：相对于纵向对称中心平面对称布置，较重的部件置于靠近转台尾部的位置。另外，考虑到工作装置前伸时整机重心前移的情况，一般要在平台尾部增加适当的配重。

关于各部件重心位置的具体布置和配重位置的计算依据主要通过对回转中心的力矩计算来确定。5.1.2回转平台上各部件的布置及转台平衡第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.2回转支承挖掘机上使用的回转支承有滚动轴承式和转柱式两大类，前者一般用在全回转挖掘机上，也称为全回转支承；后置一般用在挖掘装载机的挖掘端，也称为半回转支承。

回转支承对工作装置起着支承作用，使回转平台及工作装置与底盘之间能相对转动，同时将回转平台及铲斗上的载荷通过底盘传递到至地面。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.2.1转柱式回转支承1—下支承座；2—下轴承；3—下支承轴；4—动臂；5—回转体；6—回转液压马达；7—动臂油缸；8—上支承座；9—上轴承；10—上支承轴；11—机架。

转柱式回转支承由上下两个同轴线的回转支承组成，中间为回转体及其驱动装置，回转体通过上下支承销轴与回转支承连接，回转体通过回转驱动装置驱动实现回转。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机全回转支承的特点：尺寸大，结构上相当于放大了的轴承，直径甚至达10米以上；转速低，不仅起支承作用，还传递运动，转速一般不超过10rpm；受力复杂，承受较大的轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩的联合作用。全回转支承的作用：连接回转平台与底盘；支承回转平台，承受载荷；传递回转运动，保证转台转动不受干涉。5.2.2全回转支承全回转支承是连接回转平台和底盘的枢纽，承受着上部结构的全部载荷并传递运动。由于频繁往复运动以及载荷的随机变化，导致其受力工况复杂、变化大、随机性强。

单排交叉滚柱式回转支承组成1—回转马达总成；2—回转马达固定螺栓；3—密封垫；4—回转平台底面；5—上外座圈；6—调整垫；7—下外座圈；8—连接螺栓；9—滚动体；10—密封垫；11—底架；12—内座圈；13—连接螺栓；14—输出轴齿轮。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机

无齿、单排滚球式

外齿、双排滚球式外齿、双排、柱滚联合式

内齿、单排、滚柱式回转支承基本型号规格参见标准“JB/T2300-2018”回转支承由套圈（内圈、外圈、上/下圈）、滚动体、隔离块、密封带和油杯等组成，按结构形式分为以下4个系列：01系列：单排四点接触球式；02系列：双排异径球式，其滚动体公称直径组合为上排/下排；11系列：单排交叉滚柱式，其滚动体为1∶1成90°交叉排列；13系列：三排滚柱式，其滚动体公称直径组合为上排/下排/径向。回转支承的型号标记方法（JB/T2300-2018）

第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.3回转驱动装置5.3.1半回转驱动装置按驱动方式，半回转驱动装置有液压缸驱动和液压马达驱动两类。a）为油缸拉动链条或钢索带动链轮或滑轮转动而驱动回转体转动；c)、d)为齿轮齿条式，油缸与齿条连成一体，油缸通过齿条和齿轮驱动回转体转动；b)、e)为杠杆式，油缸的一个铰接点直接连接于转动体上，通过油缸伸缩带动转动体转动。半回转机构的回转角一般为左、右各约90°，其回转装置包括驱动机构、回转体及其相应的支承部分。链条或钢绳式（油缸驱动）齿轮齿条式（油缸驱动）杠杆式（油缸驱动）马达式第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机1-液压马达，2-制动弹簧，3先导油口，4-第一排太阳轮，5-第一排行星轮，6-中壳体，7-第二排行星轮，8-下壳体，9-输出轴小齿轮，10-轴承，11-输出轴，12-轴承，13-第二排行星架，14第二排太阳轮，15-第一排行星架，16-上壳体，17-制动盘，18-马达输出轴。5.3.2全回转驱动装置结构特点：液压马达、机械减速机及机械制动器集成为一体。动力传动路线：液压马达→机械减速机→回转支承→回转平台。机械制动一般为弹簧压紧制动、液压分离释放制动并驱动转台转动。1）全回转液压机械驱动原理全回转驱动装置可驱动转台作360°任意回转。主要有两种结构形式，一种为液压驱动，由液压马达通过回转减速装置驱动转台转动；另一种为电力驱动，由电动机通过回转减速装置驱动转台转动。一般都集成了回转马达、机械减速机构、回转制动器及回转支承等部件。回转马达、回转减速机构总成及回转支承外座圈用螺栓固定在上部回转平台上，回转支承内座圈固定在底架上，当回转减速机构输出小齿轮绕自身轴线转动时，同时会绕回转中心作行星转动，从而带动回转平台转动。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.3.2全回转驱动装置2）回转液压混合动力原理该系统通过回转能量再生阀将回转制动时的能量收集到由气液组成的回转蓄能器，以压缩气体的形式存储起来，在回转加速时再把能量释放出来，协助回转马达转动，以减轻发动机负载，节省燃油消耗。其关键技术在于液压泵／马达与蓄能器的匹配性能。3）回转油电混合动力原理采用电动机/发电机和蓄电池或超级电容组合方式驱动转台回转，将转台制动动能以电能回收存储起来。当转台制动减速时，电动机转为发电状态、将电能储存于超级电容器或蓄电池中；当转台启动加速时，蓄电池或超级电容器与发电机共同给回转马达提供能量。该系统减小了发动机装机功率，降低了燃油消耗、废气和噪音，但增加了能量转换环节和系统复杂性。图5-15回转液压混合动力原理图5-16回转油电混合动力原理第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机1—油箱；2—变量泵；3—主安全阀；4—换向阀；5、7—回转防反转阀；6、16—节流阀；10、15—单向阀；11—回转行星减速机构；12—制动器；13—回转马达；14—回转制动解除油路。

回转驱动装置液压回路原理全回转制动方式液压制动：靠切断液压马达的进出油口来制动。该方式结构简单、过程平稳，但准确性差，油温升高较大。机械制动：制动力矩大，准确性、可靠性高，但结构复杂，不能吸收振动和冲击。液压+机械制动：避免了纯液压或纯机械制动的缺点，制动器尺寸较小。现代中、大型挖掘机上多采用此种方式。5.3回转驱动装置液压+机械制动结合了液压系统的缓冲能力和机械制动的准确可靠性，避免了单纯采用一种制动方式的缺点，结构紧凑并具有防止转台反转回摆的功能，是现代中、大型液压挖掘机上多采用的结构形式。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.4中央回转接头中央回转接头的关键作用对存在相对转动的部件传递流体动力，保证动力传输不受相对转动的影响，使两部件之间能不受限制地实现360度相对转动。

中央回转接头的油路数取决于下车传动回路中的执行元件数目和工作状态等因素。

中央回转接头是连接上部转台液压元件和下部行走机构液压元件的中间通道，通过中央回转接头，把上部转台上的动力传给下部行走机构，下部液压元件的回油也可经此元件回到油箱。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.4中央回转接头需要经过中央回转接头获得压力油并返回到油箱的元件有：左、右行走马达及其控制元件、转向油缸、支腿油缸、行走制动器及其控制元件等。1—连接螺钉；2—下部芯轴；3—壳体；4—上部芯轴；5—连接螺钉；6—端盖；7—密封圈；8—密封圈；9—密封圈；10—密封圈；11—密封圈。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.5转台的运动特点及载荷形式转台的转动过程通常包括启动加速、匀速和制动减速3个阶段，当转角范围较小时无匀速阶段。在角加速度和转台回转力矩不超过允许值的条件下，为了最大限度的缩短转台回转时间，提高作业效率，通常可计算出转台的最佳转速。

转台的载荷主要来自5方面：①转台上所属各部件重量；②由于工作装置运动产生的动载荷；③底架通过回转支承作用于转台上的载荷；④由回转驱动机构引起的载荷；⑤由于转台的起、制动而产生的惯性载荷。上述5类载荷中，前3种载荷归结为垂直载荷、倾覆力矩和径向载荷3种，后两种载荷主要通过回转驱动机构的相应部位传递，在对回转支承的选型计算中可不予考虑。第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.6全回转支承的选型计算

液压挖掘机的转台回转转速较低，且一般不作单向连续运转，而是在一定角度范围内作往复摆转，回转支承滚道上接触点的载荷循环次数较少，因此，设计时主要校核滚动体和滚道的接触强度，进行负荷能力计算。5.6.1全回转支承选型计算的工况选择及载荷分析对全回转支承，设计时主要应考虑以下两点：转台和底架的刚度要足够大；回转支承本身的负荷能力要保证。

考虑到回转支承的转速较低、载荷较大，通常选择使转台或回转支承产生最大载荷的危险工况，如图5-21所示。回转支承所受载荷可简化为轴向载荷、倾覆力矩和径向力，这些载荷通过回转支承外座圈、滚动体和内座圈传给底架及行走装置直至地面。图5-21回转支承选型计算典型工况

图5-22转台及回转支承的受力分析第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机回转支承所受3种载荷及其分布规律5.6全回转支承的选型计算轴向载荷径向载荷倾覆力矩倾覆力矩分布轴向载荷分布径向载荷分布这3种载荷受作业工况、工作装置位姿、各部件重量和重心位置以及外载荷的影响，具体的分析计算过程较为复杂，计算量也很大，是回转支承选型过程中遇到的主要难题之一。5.6.1全回转支承选型计算的工况选择及载荷分析第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.6.2依据标准的全回转支承可视化动态选型技术由于回转支承结构及受力比较复杂，理论上只是在线性假设前提下利用载荷叠加法计算其当量值，并将其与其负载能力比较，然后按要求的安全系数来确定其承载能力。针对液压挖掘机上所采用全回转支承受力分析困难、选型过程繁杂、耗时的难题，结合回转支承的危险工况确定与理论分析计算，作者开发了依据标准、基于内嵌数据库的全回转支承可视化动态选型技术。将标准JB/T2300—2018中全部4个系列、108个型号的回转支承主参数和108组回转支承与连接螺栓的承载能力曲线图表数字化后编制为内嵌的数据库图表和可视化选型模块，开发了全回转支承可视化动态选型技术。全回转支承可视化动态选型技术路线第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.7回转平台回转阻力矩分析转台的阻力矩由以下4部分组成：①启动和制动时产生的惯性阻力矩Mi；②回转摩擦阻力矩Mf；③回转风阻力矩Mw；④由于停机面倾斜所产生的回转坡度阻力矩Ms。

回转马达输出轴上所承受的负载扭矩，应为以上4项之和除以回转减速机构的传动比isw

，即

第五章回转平台、回转支承及回转驱动装置构造

反铲液压挖掘机5.8全回转驱动装置主要参数设计全回转驱动装置由回转马达、回转减速机构及输出轴小齿轮、回转支承等组成，其中，回转支承可由标准选定，回转马达、回转减速机构及输出轴小齿轮可由专业厂商经过匹配计算后配套供应。回转减速机构的主要参数为减速机（回转输出轴小齿轮）最大输出扭矩、回转机构传动比及液压马达的最高转速，回转机构的这些主参数按如下步骤确定。1）首先根据挖掘机的整机质量和作业要求估计回转平台转动惯量、所需最大起动力矩、最大制动力矩