【文章內容簡介】 回轉系統(tǒng)主要是由許多高壓液壓油路組成，通過改變液壓油的壓力大小來間接控制整機行走速度、回轉速度、挖掘力大小。液壓回轉系統(tǒng)的主要功能如圖10所示：回轉馬達啟動瞬間，高壓液壓油經(jīng)A口流入作為回轉馬達轉動的驅動力，同時該壓力超過了與之連通的溢流閥極限壓力，將溢流閥瞬間打開獲得及時泄壓的目的；當需要回轉制動時，應該及時的切斷供給油路，并設計相應的補油油路，使其兩端壓力達到平衡。由于回轉馬達液壓制動不能長久保持，為了防止整機因停在傾斜地面上受重力作用而產(chǎn)生回轉，使制動長久保持，回轉馬達設計有機械式制動器[11]。 1 延時閥 2 溢流閥 3 防反轉閥圖10 回轉馬達原理圖上述的液壓回轉系統(tǒng)可用簡化的AMEsim模型建模，如圖11所示。 1 主控閥 2 溢流閥 3 單向閥 4 減速器 5 控制信號 6 離合器模塊 7 角度傳感器 8 回轉馬達 9 PID調節(jié)器 10 增益 11 比較器 12 控制信號圖11 液壓回轉系統(tǒng)簡化模型液壓回轉系統(tǒng)的不足：（1）利用液壓馬達來控制挖掘機的回轉運動，效率較低，操作反應時間較長；（2）回轉馬達啟動時,由于液壓泵輸出的流量大于馬達所需流量而產(chǎn)生溢流損失，造成能量損失[12]；（3）液壓馬達油路的發(fā)熱量多，需要設計強大的散熱系統(tǒng)做后盾。 電機回轉系統(tǒng) 混合動力挖掘機回轉系統(tǒng)原理如圖12所示：通過扳動回轉先導手柄使相應的壓力傳感器向混合動力控制器發(fā)送電機轉動控制信號，進而使超級電容放電，回轉電機帶動回轉平臺轉動[13]。當回轉平臺制動時，回轉電機轉變?yōu)榘l(fā)電機產(chǎn)生制動力矩使回轉平臺停止，所發(fā)出的電能存儲在超級電容中，以便在回轉平臺下次啟動時加以利用。該系統(tǒng)通過使用效率較高的電動機取代液壓馬達，從而使回轉系統(tǒng)的傳動效率大大提高。上述的電機回轉系統(tǒng)可用簡化的AMEsim模型建模如圖12所示。1 回轉電機 2 PID調節(jié)器 3 減速器 4 轉矩轉換器 5角速度傳感器 6 控制信號 7 增益 8 比較器 9 控制信號 10超級電容圖14 電機回轉系統(tǒng)簡化模型電機回轉系統(tǒng)的優(yōu)點：（1）可提高能量利用率；（2）有效回收回轉制動所產(chǎn)生的能量以達到節(jié)能的目的。基于如上所示，本設計最終采用了電機回轉系統(tǒng)。將原有的液壓馬達等效替換為電機驅動，經(jīng)過設計的行星減速器，最終傳遞到回轉支撐的回轉滾盤，帶動整個回轉平臺實現(xiàn)整個回轉過程。 回轉支撐裝置類型的選擇回轉支撐主要分為轉柱式回轉支撐和滾動軸承式回轉支撐。滾動軸承式回轉支撐廣泛用于全回轉的液壓挖掘機上，它是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的，結構上相于放大了的滾動軸承[14]。本設計中采用接觸角為45186。的單排滾球內齒式回轉支撐。其結構如圖13所示。圖13 回轉滾盤的結構圖 回轉機構參數(shù)的選擇（1）轉臺的轉動慣量 轉動慣量可以根據(jù)最常用的工作裝置和最常遇到的工況來估算回轉平臺的轉動慣量[15]。本機采用的是反鏟工作裝置，可按下列經(jīng)驗公式估算(G=33T）。滿斗回轉： （）有關數(shù)據(jù)代入公式（）算得空斗回轉： （）有關數(shù)據(jù)代入公式（）算得（2）回轉起動和制動力矩的確定回轉最大起動力矩和最大制動力矩不應超過行走部分和地面的附著力矩[16]。當機械制動時可取,僅靠液壓制動時可取，為作用在轉臺上的最大制動力矩。履帶式液壓挖掘機對地面的附著力矩可按下式（）求得： ψ （）有關數(shù)據(jù)代入公式（）算得式中 ——整機重量（t）——附著力矩。挖掘機的履帶板推薦為平履帶板。其制動力矩，經(jīng)過計算為=93549。作用在轉臺上的最大起動力矩一般小于最大制動力矩，其比值對純液壓制動為，當采用高速油馬達時取=，當采用低速大扭矩液壓馬達時取=。所以，代入數(shù)據(jù)得C=。（3）轉角范圍一般中小型挖掘機轉角范圍一般在75186。～135186。之間，標準轉角范圍一般選在90186。～120186。間（本設計中取=90186。）。 最佳轉速計算確定轉臺最佳轉速的原則是在經(jīng)常使用的轉角范圍內，在角加速度和回轉力矩不超過允許值的情況下，請盡可能縮短回轉時間。在回轉機構功率一定情況下決定平臺的最佳轉速[17]。由相關經(jīng)驗公式： （）數(shù)據(jù)代入公式（）算得：(r/min)與總體設計中相符。 回轉功率的計算由轉臺回轉力矩公式： ： （）將數(shù)據(jù)代入公式（）得：KW 回轉電機的選擇 各種電機在混合動力系統(tǒng)中均有使用，其中永磁同步電動機(PMSM)[18]依靠永磁體產(chǎn)生氣隙磁場，啟動轉矩大，運行平穩(wěn)，可靠性好，控制相對簡單[19]。因此，本系統(tǒng)選用永磁同步電機驅動回轉平臺。在回轉電機參數(shù)的選擇上，應遵循等效替換原則，即所選擇的回轉電機性能等于或接近原液壓馬達的性能。根據(jù)現(xiàn)有的PC3607液壓挖掘機回轉馬達的轉速試取等效替換后的電機轉速為，取值為1600r/min。 總傳動比為 液壓挖掘機的最大扭矩為 ；式中r為負載離回轉重心的距離約取1000mm。 為負載受力大小N；為土方質量Kg；為土方密度Kg/m3；為鏟斗體積m3,。代入相關數(shù)據(jù)為電動機輸出的最大扭矩為N假設行星齒輪減速器的效率為90%。根據(jù)立式永磁同步電動機（PMSM）[20]選擇回轉電機的參數(shù)如表9所示。表9 回轉電機參數(shù)表峰值功率/kW87額定功率/kW42峰值轉矩/（Nm）370額定轉矩（Nm）215最高轉速（r/min）2000額定轉速（r/min）1600 回轉支承結構的選擇本設計中的回轉支承選用滾動軸承式。滾動軸承式回轉支承與普通滾動軸承相比，又具有其特點：普通滾動軸承的內、外座圈的剛度依靠軸與軸承座的裝配來保證，而它則由轉臺和底架來保證[21]。（1）支承型式的選擇在本次的液壓挖掘機設計中，選擇接觸角為45176。的四點接觸球內齒式回轉支承。圖14 單排四點接觸式回轉支承（2）計算滾盤的外徑 （）式中 ——滾盤外徑的經(jīng)驗系數(shù)，將數(shù)據(jù)代入公式mm所以，算得D=1443mm。（3）滾動軸承的參數(shù) 雙排滾球式、四點接觸單排球式回轉支承可同時承受軸向力、徑向力和一定的傾翻力矩[22]。因此本設計選用四點接觸單排球式回轉支承。 在徐州恒瑞回轉支承有限公司網(wǎng)站上，通過聯(lián)系客服，選擇出合適回轉支承的代號，將其參數(shù)列表如下。 表10 回轉支承參數(shù)序號內齒式DL(mm)外形尺寸安裝尺寸D(mm)d(mm)H(mm)D1(mm)1313901110110133713`139011101101337安裝尺寸結構尺寸D2(mm)nmmdm(mm)L(mm)n1(mm)11634026M2448511634026M24485結構尺寸齒輪參數(shù)D3(mm)d1(mm)H1(mm)h(mm)b(mm)x125112481001090125112481001090齒輪參數(shù)齒輪圓周力參考重量M(mm)De(mm)z正火Z 104N調質 T 104N（Kg）1288420147512884201475根據(jù)表10中數(shù)據(jù)可得。 回轉循環(huán)時間計算單斗液壓挖掘機轉臺運動特性單斗液壓挖掘機當轉角較大時，轉臺的回轉過程可由加速、勻速和減速三部分組成[23]。但在本次設計中，單斗液壓挖掘機的時間由啟動時間、制動時間、滿斗回轉時間、空斗回轉時間幾個部分組成。本機總工作循環(huán)時間為s由經(jīng)驗公式得出的時間t=，取值為15s。根據(jù)回轉時間占工作循環(huán)時間的2/3左右，+=t,由公式 （）式中為滿斗回轉時間，為空斗回轉時間。）數(shù)據(jù)可得：s（1） 起動、制動時間 啟動時間的確定很關鍵，啟動時間過長將影響機器的生產(chǎn)率，啟動時間過短將引起過大的慣性力，從而使機器的零件損壞，通常取=3~8s[24]。 根據(jù)經(jīng)驗公式s （）s （）式中 ——起動時間 ——制動時間。 ——滿斗回轉加速結束時的轉臺角速度，rad/s。（2）滿斗回轉時間s （）（3）空斗回轉時間 s （）從而計算總的回轉時間T=+=+=。5. PC3607挖掘機傳動計算 回轉小齒輪參數(shù)的確定內嚙合小齒輪采用高移距高度變位，其齒數(shù)≥12。根據(jù)設計要求，選選擇（推薦16），變位系數(shù)（推薦＋）。傳動比分配 式中為內嚙合小齒輪齒數(shù)，為回轉支承齒圈齒數(shù)。代入相關數(shù)據(jù)Z1=16，Z2=75得表11 回轉小齒輪各參數(shù)參數(shù)代號公式內嚙合小齒輪回轉齒圈分度圓直徑dd=mz2241050齒頂圓直徑dada`=m(z2)1022da=m(z+2)252齒根圓直徑dfdf`=m(z+)1085df=()175齒厚B9290齒數(shù)Z1675模數(shù)m1414壓力角2020 回轉機構齒輪傳動傳動比計算 減速器總傳動比 （）代入公式（）數(shù)據(jù)可得，[25]，因此減速器確定為二級行星齒輪減速器。 回轉減速器的設計計算本設計采用的是行星齒輪減速器。行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點[26]。 回轉減速器設計方案選用兩級太陽輪輸入、行星架輸出的形式串聯(lián)。高速級行星架與低速級太陽輪之間用浮動齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接如圖15所示，從而達到高速級行星架與低速