反鏟液壓挖掘機太原科技大學機械工程學院2024年12月第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.1回轉平臺5.2回轉支承5.3回轉驅動裝置5.4中央回轉接頭5.5轉臺的運動特點及載荷形式5.6全回轉支承的選型計算5.7回轉平臺回轉阻力矩分析5.8全回轉驅動裝置主要參數設計第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造5.1.1回轉平臺的結構形式5.1回轉平臺

回轉平臺簡稱為轉臺，它是支撐并安裝挖掘機部件的基礎，其上布置了包括發動機、工作裝置、液壓油泵及控制閥組、駕駛室總成、油箱及配重等除底盤外的所有部件，占據了挖掘機總重的60%以上，因此必須具備足夠的空間和承載能力以及足夠的強度和剛度，以保證所安裝的部件穩固性和整機的工作可靠性。回轉平臺及其上安裝的部件重量在隨轉臺轉動時會產生很大的慣性力矩，挖掘作業過程中的挖掘阻力變化使其經常承受很大的動載荷或沖擊載荷，受力復雜且惡劣。。

回轉平臺結構1—動臂缸支座；2—動臂支座；3—主梁；4—右副平臺；5—主板；6—左副平臺

轉臺為箱形框架結構，一般由兩根縱向主梁和若干根橫梁組成。動臂及動臂油缸鉸接在轉臺前部的凸耳上，駕駛室布置與側前方。凸耳有單凸耳和雙凸耳兩種結構形式，小型機一般為單凸耳，中大型機一般采用雙凸耳。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機回轉平臺上各部件布置的基本原則是：相對于縱向對稱中心平面對稱布置，較重的部件置于靠近轉臺尾部的位置。另外，考慮到工作裝置前伸時整機重心前移的情況，一般要在平臺尾部增加適當的配重。

關于各部件重心位置的具體布置和配重位置的計算依據主要通過對回轉中心的力矩計算來確定。5.1.2回轉平臺上各部件的布置及轉臺平衡第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.2回轉支承挖掘機上使用的回轉支承有滾動軸承式和轉柱式兩大類，前者一般用在全回轉挖掘機上，也稱為全回轉支承；后置一般用在挖掘裝載機的挖掘端，也稱為半回轉支承。

回轉支承對工作裝置起著支承作用，使回轉平臺及工作裝置與底盤之間能相對轉動，同時將回轉平臺及鏟斗上的載荷通過底盤傳遞到至地面。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.2.1轉柱式回轉支承1—下支承座；2—下軸承；3—下支承軸；4—動臂；5—回轉體；6—回轉液壓馬達；7—動臂油缸；8—上支承座；9—上軸承；10—上支承軸；11—機架。

轉柱式回轉支承由上下兩個同軸線的回轉支承組成，中間為回轉體及其驅動裝置，回轉體通過上下支承銷軸與回轉支承連接，回轉體通過回轉驅動裝置驅動實現回轉。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機全回轉支承的特點：尺寸大，結構上相當于放大了的軸承，直徑甚至達10米以上；轉速低，不僅起支承作用，還傳遞運動，轉速一般不超過10rpm；受力復雜，承受較大的軸向載荷、徑向載荷和傾覆力矩的聯合作用。全回轉支承的作用：連接回轉平臺與底盤；支承回轉平臺，承受載荷；傳遞回轉運動，保證轉臺轉動不受干涉。5.2.2全回轉支承全回轉支承是連接回轉平臺和底盤的樞紐，承受著上部結構的全部載荷并傳遞運動。由于頻繁往復運動以及載荷的隨機變化，導致其受力工況復雜、變化大、隨機性強。

單排交叉滾柱式回轉支承組成1—回轉馬達總成；2—回轉馬達固定螺栓；3—密封墊；4—回轉平臺底面；5—上外座圈；6—調整墊；7—下外座圈；8—連接螺栓；9—滾動體；10—密封墊；11—底架；12—內座圈；13—連接螺栓；14—輸出軸齒輪。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機

無齒、單排滾球式

外齒、雙排滾球式外齒、雙排、柱滾聯合式

內齒、單排、滾柱式回轉支承基本型號規格參見標準“JB/T2300-2018”回轉支承由套圈（內圈、外圈、上/下圈）、滾動體、隔離塊、密封帶和油杯等組成，按結構形式分為以下4個系列：01系列：單排四點接觸球式；02系列：雙排異徑球式，其滾動體公稱直徑組合為上排/下排；11系列：單排交叉滾柱式，其滾動體為1∶1成90°交叉排列；13系列：三排滾柱式，其滾動體公稱直徑組合為上排/下排/徑向。回轉支承的型號標記方法（JB/T2300-2018）

第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.3回轉驅動裝置5.3.1半回轉驅動裝置按驅動方式，半回轉驅動裝置有液壓缸驅動和液壓馬達驅動兩類。a）為油缸拉動鏈條或鋼索帶動鏈輪或滑輪轉動而驅動回轉體轉動；c)、d)為齒輪齒條式，油缸與齒條連成一體，油缸通過齒條和齒輪驅動回轉體轉動；b)、e)為杠桿式，油缸的一個鉸接點直接連接于轉動體上，通過油缸伸縮帶動轉動體轉動。半回轉機構的回轉角一般為左、右各約90°，其回轉裝置包括驅動機構、回轉體及其相應的支承部分。鏈條或鋼繩式（油缸驅動）齒輪齒條式（油缸驅動）杠桿式（油缸驅動）馬達式第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機1-液壓馬達，2-制動彈簧，3先導油口，4-第一排太陽輪，5-第一排行星輪，6-中殼體，7-第二排行星輪，8-下殼體，9-輸出軸小齒輪，10-軸承，11-輸出軸，12-軸承，13-第二排行星架，14第二排太陽輪，15-第一排行星架，16-上殼體，17-制動盤，18-馬達輸出軸。5.3.2全回轉驅動裝置結構特點：液壓馬達、機械減速機及機械制動器集成為一體。動力傳動路線：液壓馬達→機械減速機→回轉支承→回轉平臺。機械制動一般為彈簧壓緊制動、液壓分離釋放制動并驅動轉臺轉動。1）全回轉液壓機械驅動原理全回轉驅動裝置可驅動轉臺作360°任意回轉。主要有兩種結構形式，一種為液壓驅動，由液壓馬達通過回轉減速裝置驅動轉臺轉動；另一種為電力驅動，由電動機通過回轉減速裝置驅動轉臺轉動。一般都集成了回轉馬達、機械減速機構、回轉制動器及回轉支承等部件。回轉馬達、回轉減速機構總成及回轉支承外座圈用螺栓固定在上部回轉平臺上，回轉支承內座圈固定在底架上，當回轉減速機構輸出小齒輪繞自身軸線轉動時，同時會繞回轉中心作行星轉動，從而帶動回轉平臺轉動。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.3.2全回轉驅動裝置2）回轉液壓混合動力原理該系統通過回轉能量再生閥將回轉制動時的能量收集到由氣液組成的回轉蓄能器，以壓縮氣體的形式存儲起來，在回轉加速時再把能量釋放出來，協助回轉馬達轉動，以減輕發動機負載，節省燃油消耗。其關鍵技術在于液壓泵／馬達與蓄能器的匹配性能。3）回轉油電混合動力原理采用電動機/發電機和蓄電池或超級電容組合方式驅動轉臺回轉，將轉臺制動動能以電能回收存儲起來。當轉臺制動減速時，電動機轉為發電狀態、將電能儲存于超級電容器或蓄電池中；當轉臺啟動加速時，蓄電池或超級電容器與發電機共同給回轉馬達提供能量。該系統減小了發動機裝機功率，降低了燃油消耗、廢氣和噪音，但增加了能量轉換環節和系統復雜性。圖5-15回轉液壓混合動力原理圖5-16回轉油電混合動力原理第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機1—油箱；2—變量泵；3—主安全閥；4—換向閥；5、7—回轉防反轉閥；6、16—節流閥；10、15—單向閥；11—回轉行星減速機構；12—制動器；13—回轉馬達；14—回轉制動解除油路。

回轉驅動裝置液壓回路原理全回轉制動方式液壓制動：靠切斷液壓馬達的進出油口來制動。該方式結構簡單、過程平穩，但準確性差，油溫升高較大。機械制動：制動力矩大，準確性、可靠性高，但結構復雜，不能吸收振動和沖擊。液壓+機械制動：避免了純液壓或純機械制動的缺點，制動器尺寸較小。現代中、大型挖掘機上多采用此種方式。5.3回轉驅動裝置液壓+機械制動結合了液壓系統的緩沖能力和機械制動的準確可靠性，避免了單純采用一種制動方式的缺點，結構緊湊并具有防止轉臺反轉回擺的功能，是現代中、大型液壓挖掘機上多采用的結構形式。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.4中央回轉接頭中央回轉接頭的關鍵作用對存在相對轉動的部件傳遞流體動力，保證動力傳輸不受相對轉動的影響，使兩部件之間能不受限制地實現360度相對轉動。

中央回轉接頭的油路數取決于下車傳動回路中的執行元件數目和工作狀態等因素。

中央回轉接頭是連接上部轉臺液壓元件和下部行走機構液壓元件的中間通道，通過中央回轉接頭，把上部轉臺上的動力傳給下部行走機構，下部液壓元件的回油也可經此元件回到油箱。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.4中央回轉接頭需要經過中央回轉接頭獲得壓力油并返回到油箱的元件有：左、右行走馬達及其控制元件、轉向油缸、支腿油缸、行走制動器及其控制元件等。1—連接螺釘；2—下部芯軸；3—殼體；4—上部芯軸；5—連接螺釘；6—端蓋；7—密封圈；8—密封圈；9—密封圈；10—密封圈；11—密封圈。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.5轉臺的運動特點及載荷形式轉臺的轉動過程通常包括啟動加速、勻速和制動減速3個階段，當轉角范圍較小時無勻速階段。在角加速度和轉臺回轉力矩不超過允許值的條件下，為了最大限度的縮短轉臺回轉時間，提高作業效率，通常可計算出轉臺的最佳轉速。

轉臺的載荷主要來自5方面：①轉臺上所屬各部件重量；②由于工作裝置運動產生的動載荷；③底架通過回轉支承作用于轉臺上的載荷；④由回轉驅動機構引起的載荷；⑤由于轉臺的起、制動而產生的慣性載荷。上述5類載荷中，前3種載荷歸結為垂直載荷、傾覆力矩和徑向載荷3種，后兩種載荷主要通過回轉驅動機構的相應部位傳遞，在對回轉支承的選型計算中可不予考慮。第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.6全回轉支承的選型計算

液壓挖掘機的轉臺回轉轉速較低，且一般不作單向連續運轉，而是在一定角度范圍內作往復擺轉，回轉支承滾道上接觸點的載荷循環次數較少，因此，設計時主要校核滾動體和滾道的接觸強度，進行負荷能力計算。5.6.1全回轉支承選型計算的工況選擇及載荷分析對全回轉支承，設計時主要應考慮以下兩點：轉臺和底架的剛度要足夠大；回轉支承本身的負荷能力要保證。

考慮到回轉支承的轉速較低、載荷較大，通常選擇使轉臺或回轉支承產生最大載荷的危險工況，如圖5-21所示。回轉支承所受載荷可簡化為軸向載荷、傾覆力矩和徑向力，這些載荷通過回轉支承外座圈、滾動體和內座圈傳給底架及行走裝置直至地面。圖5-21回轉支承選型計算典型工況

圖5-22轉臺及回轉支承的受力分析第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機回轉支承所受3種載荷及其分布規律5.6全回轉支承的選型計算軸向載荷徑向載荷傾覆力矩傾覆力矩分布軸向載荷分布徑向載荷分布這3種載荷受作業工況、工作裝置位姿、各部件重量和重心位置以及外載荷的影響，具體的分析計算過程較為復雜，計算量也很大，是回轉支承選型過程中遇到的主要難題之一。5.6.1全回轉支承選型計算的工況選擇及載荷分析第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.6.2依據標準的全回轉支承可視化動態選型技術由于回轉支承結構及受力比較復雜，理論上只是在線性假設前提下利用載荷疊加法計算其當量值，并將其與其負載能力比較，然后按要求的安全系數來確定其承載能力。針對液壓挖掘機上所采用全回轉支承受力分析困難、選型過程繁雜、耗時的難題，結合回轉支承的危險工況確定與理論分析計算，作者開發了依據標準、基于內嵌數據庫的全回轉支承可視化動態選型技術。將標準JB/T2300—2018中全部4個系列、108個型號的回轉支承主參數和108組回轉支承與連接螺栓的承載能力曲線圖表數字化后編制為內嵌的數據庫圖表和可視化選型模塊，開發了全回轉支承可視化動態選型技術。全回轉支承可視化動態選型技術路線第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.7回轉平臺回轉阻力矩分析轉臺的阻力矩由以下4部分組成：①啟動和制動時產生的慣性阻力矩Mi；②回轉摩擦阻力矩Mf；③回轉風阻力矩Mw；④由于停機面傾斜所產生的回轉坡度阻力矩Ms。

回轉馬達輸出軸上所承受的負載扭矩，應為以上4項之和除以回轉減速機構的傳動比isw

，即

第五章回轉平臺、回轉支承及回轉驅動裝置構造

反鏟液壓挖掘機5.8全回轉驅動裝置主要參數設計全回轉驅動裝置由回轉馬達、回轉減速機構及輸出軸小齒輪、回轉支承等組成，其中，回轉支承可由標準選定，回轉馬達、回轉減速機構及輸出軸小齒輪可由專業廠商經過匹配計算后配套供應。回轉減速機構的主要參數為減速機（回轉輸出軸小齒輪）最大輸出扭矩、回轉機構傳動比及液壓馬達的最高轉速，回轉機構的這些主參數按如下步驟確定。1）首先根據挖掘機的整機質量和作業要求估計回轉平臺轉動慣量、所需最大起動力矩、最大制動力矩