APP下载

整体式回转机构在随车起重机上的应用

2015-04-13孔德强

机电信息 2015年27期
关键词:随车蜗轮蜗杆

孔德强

(徐州徐工随车起重机有限公司,江苏 徐州221000)

0 引言

随车起重机作为一种工程机械设备已广泛应用于交通运输、土木建筑、野外作业、石材业、码头等行业。随车起重机的回转运动由回转机构实现,回转机构是随车起重机的一个关键部件,它能实现重物的回转准确定位,使用频率较高,其性能优劣是衡量随车起重机作业性能的一个重要指标。

1 传统回转机构存在的问题

目前,随车起重机的回转运动由回转机构实现,回转机构主要包括回转减速机和回转支承两大部分,其结构如图1 所示,回转减速机安装在基座上,回转支承内圈与基座连接,外圈与转台连接,回转减速机与回转支承为渐开线齿轮连接。其运动路线为:液压马达驱动回转减速机,回转减速机通过齿轮传动带动回转支承转动,回转支承带动转台转动。

图1 传统回转机构

传统回转机构存在的主要问题如下:

(1)传动效率低。蜗轮蜗杆式回转减速机为蜗轮蜗杆传动,其蜗杆为阿基米德蜗杆,传动效率极低(0.5左右),回转支承采用的是直齿轮,传动总效率较低。

(2)制造精度要求高。由于回转支承、减速机两者为互相独立部件,分别安装在基座和转台上,制造时对基座和转台安装孔和配合止口的加工精度要求高,装配时必须现场调试减速机输出端小齿轮与回转支承啮合间隙,装配精度要求高,调试难度大。

(3)回转摆动量大。由于机构为两级传动,传动路线较长,其中一级为蜗轮蜗杆传动,一级为齿轮传动,两者均存在啮合间隙,再加上加工、装配误差,易出现啮合侧隙较大情况,造成吊机启动和停止时回转摆动量大,影响施工安全。

(4)制造成本高。一方面加工精度要求高,一方面传动零部件较多,均造成产品成本高。

(5)回转小齿轮和回转支承易磨损。由于回转小齿轮和回转支承全部暴露在空气中,啮合齿面间易落入磨粒性物质(如砂粒、铁屑等),造成齿面被逐渐磨损而致报废。

2 整体式回转机构

整体式回转机构属于平面二次包络环面蜗杆减速器,采用“首钢(SG)-71型蜗杆副”传动,该传动与普通圆柱蜗杆传动相比较,具有接触齿数多、蜗杆齿面可淬硬精确磨削、齿面硬度高、齿面光洁、精度高、啮合中容易形成压动油膜、减少齿面磨损等特点。该回转机构是一种新型回转类产品,它是将回转支承与回转减速机做成一个整体,整体分别与转台、基座固定,整车装配时回转支承与小齿轮啮合侧隙无需重新调整,因此,对随车起重机的结构件加工要求较为简单。整体式回转机构采用蜗杆斜齿轮减速,传动效率高、输出扭矩大、啮合间隙小,可避免转台停车时晃动。同时由于核心部件采用回转支承,因此具备可以同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩的能力。平面包络蜗杆传动特点如下:可淬硬磨削,因此加工精度、效率较高,承载能力较大。同时啮合齿数是阿基米德圆柱蜗杆的三倍左右,承载能力提高两倍左右。

2.1 工作原理

整体式回转机构工作原理为:液压马达带动平面包络蜗杆运动,蜗杆通过斜齿轮带动回转支承运动,其中回转支承内圈与基座相连接,外圈与转台连接,回转支承运动实现整车回转运动。同时,由于导程角小于当量摩擦角,整体式回转机构具备机械自锁性能,制动可靠性高,起重作业安全性能高。

2.2 结构形式

如图2所示,该回转机构由斜齿轮式回转支承内圈4、斜齿轮式回转支承外圈2、钢球3、平面包络蜗杆13、壳体1、马达连接盘11、后端盖6、液压马达5、轴承7、螺钉9、螺钉10、圆柱销8及油杯12组成。斜齿轮式回转支承内圈4与下车相连,外圈2与上车相连,内外圈之间有若干钢球3,内圈4通过螺钉9和圆柱销8连接在壳体1上,蜗杆13前后由轴承7支承在壳体1内,轴承7靠马达连接盘11和后端盖6压紧,马达5通过螺钉10安装在马达连接盘11上,壳体1上布置有油杯12,该装置通过油杯12注入润滑脂润滑。

2.3 适用场合

目前,国内整体式回转机构主要应用在太阳能领域,还没有步入工程机械领域。国外整体式回转机构已经得到广泛应用,如德国IMO 公司,产品规格有轻、中、重系列,另外有单驱动和双驱动之分。产品已广泛应用到高空作业车、道路清障车、随车起重机等领域。整体式回转机构的结构特点决定了适用范围,主要适用于低转速、倾覆力矩中等的场合。而随车起重机回转速度较低,一般在3r/min以下,倾覆力矩中等,具备整体式回转机构使用条件。

图2 整体式回转机构

3 整体式回转机构在随车起重机上的应用

整体式回转机构采用蜗杆斜齿轮传动,蜗杆斜齿轮传动加工具有以下优点:蜗轮轮齿加工所用刀具基本参数与相应的蜗杆一致,并且在最终精切成型时,刀具与蜗轮的相应位置也应与相应蜗杆啮合时的相对位置一致。单件小批生产蜗轮时,若缺少蜗轮滚刀,可用飞刀加工蜗轮轮齿,但蜗轮滚刀加工成本高,而采用飞刀加工蜗轮时效率较低。由于蜗轮齿廓形状复杂,齿面无法磨削,因此加工精度较低,齿面硬度小。渐开线圆柱斜齿轮加工相对比较快捷、方便,加工效率高,且可对齿面进行磨削加工,齿面精度和硬度也较高。所以采用渐开线圆柱斜齿轮代替蜗轮,发挥圆柱斜齿轮加工优势,可以大大提高生产效率、降低生产成本,在工程中相当有应用前景。

目前,整体式回转机构在国内工程机械领域很少应用。2012年11月份,我公司开始小批量试用该产品,经现场调试发现回转运动过程中存在异响问题,初步判断为蜗杆与回转支承啮合产生的干摩擦声,后经过拆检,发现回转支承磨损严重。前期,推断为蜗杆属于高速运动,蜗杆与斜齿轮之间润滑采用润滑脂,而润滑脂适合低速场合,油膜不易建立起来,且散热条件不好,导致啮合过程中出现干摩擦产生的回转异响。该传动类型为蜗杆与斜齿轮传动,属于非常规机械传动,同时由于机械结构限制,不易实现液体润滑,只能采用润滑脂润滑。期间,经过多次更改工艺路线和多次试制产品,均未能解决回转异响问题。后来请教国内平面包络蜗杆专业研究机构的专家,并从润滑油膜角度出发,多次更改润滑脂牌号,包括采用美孚油,回转异响的频率有所降低,但未能彻底解决异响问题。最后,基于金属材料和热处理角度考虑,改变了材料和热处理方式:蜗杆选用42CrMo,氮化处理,表面硬度60~65HRC,深度0.4~0.5mm;斜齿轮选用50Mn调质处理。改变后,经过一段时间整机的各种工况试验,均未发现回转异响问题。目前,公司中小吨位随车起重机已普遍采用整体式回转机构,在产品性能提高的同时,生产成本也得到了很大降低。同时,该机构成功应用到高空作业车和道路清障车领域。

4 结语

整体式回转机构跟传统的回转机构相比,具有传动效率高、制造精度要求低、回转摆动量小、安装方便、制造成本低、结构紧凑等优点。整体式回转机构已批量应用于随车起重机,并成功拓展到高空作业车和道路清障车领域。随着整体式回转机构研发水平和制造能力的提高,它必将部分取代传统型回转机构,这也将是中小工程机械的一个发展方向。

[1]成大先.机械设计手册(第3 卷)[M].4 版.北京:化学工业出版社,2002.

[2]齐麟.蜗杆传动设计(下册)[M].北京:机械工业出版社,1987.

[3]刘舸,苏代忠,彭文捷.渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动试验分析[J].重庆工学院学报,2006,20(8):34-37.

猜你喜欢

随车蜗轮蜗杆
新型材料的蜗轮蜗杆减速箱
分体式消隙蜗杆副瞬态动力学研究
数控车床蜗杆加工工艺创新实践
电梯蜗轮轮齿失效原因分析及警示
直廓环面蜗杆副的加工
1~7月,国内随车起重运输车市场分析
随车起重机的优化分析
2015年1~11月,随车起重运输车两极化发展日趋明显
基于Kisssoft与Workbench的汽车EPS蜗轮蜗杆优化设计
基于UG软件的渐开线蜗轮蜗杆参数化设计