機(jī)械式挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

1、分類號密 級u d c學(xué) 位 論 文機(jī)械式挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析作 者 姓 名 ： 王忠海指 導(dǎo) 教 師 ： 張偉華副教授現(xiàn)代傳動與數(shù)字化技術(shù)研究所申請學(xué)位級別： 碩士學(xué) 科 類 別 ：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱： 機(jī)電一體化論文提交日期： 2007 年 2 月論文答辯日期：2007 年 3 月學(xué)位授予日期：答辯委員會主席：評閱人：東 北 大 學(xué)2007 年 3 月a thesis in mechanic and electronic engineeringstructure design and analysis ofslewing ring of mechanical excavatorby

2、wang zhonghaisupervisor : professor zhang weihuanortheastern universitymarch2007獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示誠摯的謝意。學(xué)位論文作者簽名 ：簽字日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)

3、印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。（如作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流，請在下方簽名：否則視為不同意）學(xué)位論文作者簽名 ：導(dǎo) 師 簽 名 ：簽字日期：簽 字 日 期 ：i東北大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要機(jī)械式挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析摘 要挖掘機(jī)是重要的工程機(jī)械之一，被廣泛用于建筑、化工、水利、礦山等領(lǐng)域，是工程建設(shè)項目中不可缺少的施工工具。我國目前大部分露天礦山，仍然普遍采用 4m3 機(jī)械式單斗挖掘機(jī)進(jìn)行采裝作業(yè)。wk-4 單斗機(jī)械式挖掘機(jī)是全回轉(zhuǎn)式的，即工作平臺相對于底架可回轉(zhuǎn) 360°以上，回轉(zhuǎn)運動的時間占工作循環(huán)時

4、間的 6575，最大可達(dá) 85%。因此，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對于單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)率有很大影響。目前 wk-4 機(jī)械式挖掘機(jī)普遍采用滾輪夾套式支承回轉(zhuǎn)裝置，這種支承裝置，只能傳遞垂直作用的載荷，傳遞水平力必須依靠樞軸或反傾覆滾子，并要借助于中央樞軸對準(zhǔn)中心。由于滾輪為圓柱形，所以內(nèi)外端回轉(zhuǎn)半徑不同，滾動起來有速度差，使?jié)L輪與滾道間發(fā)生滑動，增大了運行阻力，加快了滾輪的磨損；并且維修復(fù)雜。為了使挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊、旋轉(zhuǎn)更快、裝配維護(hù)更加方便，同時能承受更大的載荷，產(chǎn)生了軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。這種支承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承，可以同時承受較大的軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷和傾覆力矩，并使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)省去了中央樞軸

5、的新型支承回轉(zhuǎn)裝置。本文對 wk-4 機(jī)械式挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，選擇了用軸承式的回轉(zhuǎn)支承來代替滾輪夾套式支承。為了保證新的支承能夠正常運行，本論文做了如下工作：(1) 按照回轉(zhuǎn)支承的承載能力和選型原則，提出機(jī)械式挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承類型和型號的選擇原則。(2) 提出與回轉(zhuǎn)支承外齒嚙合的小齒輪參數(shù)的設(shè)計原則。(3) 提出回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度分析的方法。(4) 為了使回轉(zhuǎn)支承滾動體受力均勻，提出挖掘機(jī)合理平衡重的確定方法。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)支承；載荷分析；齒輪傳動；平衡分析；有限元法ii東北大學(xué)碩士學(xué)位論文abstractstructure design and analysis

6、ofslewing ring of mechanical excavatorabstractexcavator is one kind of the important engineering machine. it is widely used in architecture, chemical industry, irrigation and mining areas. its the essential work tool in engineering construction. so far, the excavators have been used in the most stri

7、p mine in our country. the excavators work platform can turn 360° relative to the supporting stand. the turning time occupy 65 75% of the whole working time and the longest time can reach 85% of the whole time. the turning structure is very important to the excavator efficiency.the slewing ring

8、s of roller clampped are adopted by the mechanical excavators. however,this structure can only transfer the vertical load and it need the central pivot or the rollers that avoid to overturn to transfer level load.the excavator aims at the centre by the aid of central pivot. the shape of the rollers

9、is columned, so their slewing radius are different. the glide happens between the roller and the orbit. the glide accelerates the rollers abrasion and increases the running resistance. along with the development of excavators productivity, the slewing ring bearing come into being. this structure can

10、 support the excavators to work without the central pivot. this supporting is one kind of large-scale bearing being able to bear synthetical load .at the same time, it can bear bigger axial load , radial direction load and overturn force moment. it is like a special big roller bearing. its structure

11、 becomes more compact and the assemblage and maintenance become easier. it runs smooth and slews fast. the slewing ring can improve the efficiency of excavator .the purpose of research is to choose an appropriate slewing bearing to replace the roller supporting structure. the main contents in this p

12、aper are described as follows:first, the selection principle of the type and model of the slewing bearing applied to mechanical excavator has been put forward according to the load capability and the selection principle of slewing bearing .second, the small gear design principle has been put forward

13、 in order to engage with the slewing bearing.third, the means of the structure design and strength analysis of the stay bearing has been put forward.fourth, the process of the excavator optimal balance weight is proposed to ensure theiii東北大學(xué)碩士學(xué)位論文abstractslewing bearing to accept a load homogeneousl

14、y.keywords：excavator; slewing bearing; load analysis; gear drive; balance analysis; femiv東北大學(xué)碩士學(xué)位論文目 錄目 錄獨創(chuàng)性聲明.i摘要.iiabstract .iii第一章緒 論.11.1挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r.11.2機(jī)械式單斗挖掘機(jī)簡介.51.3回轉(zhuǎn)之承簡介.81.4 本文的工作與意義.11第二章 回轉(zhuǎn)支承的選擇及聯(lián)接.122.1回轉(zhuǎn)支承的類型.122.2回轉(zhuǎn)支承性能比較.152.2.1單排球式回轉(zhuǎn)支承和交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承性能比較.162.2.2單排球式回轉(zhuǎn)支承和雙排球式回轉(zhuǎn)支承性能比較.172.3回轉(zhuǎn)

15、支承的類型選擇.182.4回轉(zhuǎn)支承的型號選擇.182.4.1回轉(zhuǎn)支承靜態(tài)參照載荷的計算.182.4.2回轉(zhuǎn)支承額定靜容量和當(dāng)量軸向載荷的計算.192.4.3螺栓聯(lián)接承載力的驗算.212.4.4回轉(zhuǎn)支承的選型流程.212.5與回轉(zhuǎn)支承齒圈嚙合的小齒輪參數(shù)的設(shè)計.232.5.1小齒輪齒數(shù)和變位系數(shù)的選擇.242.5.2小齒輪參數(shù)的校核.242.5.3小齒輪參數(shù)的設(shè)計流程.252.6回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計與計算.272.6.1回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計.282.6.2回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度校核.282.6.3螺栓聯(lián)接載荷的計算.29第三章 機(jī)械式挖掘機(jī)的平衡性分析.303.1確定允許的最大平衡重.30

16、3.2確定允許的最小平衡重.313.3確定合理的平衡重.32v東北大學(xué)碩士學(xué)位論文目 錄第四章wk-4 機(jī)械式挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承的改造設(shè)計 .354.1挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承載荷分析.354.2回轉(zhuǎn)支承型號的選擇.364.2.1回轉(zhuǎn)支承 swa2800.32 的靜態(tài)參照載荷 fa '和 m ' 的計算 .364.2.2回轉(zhuǎn)支承 swa2800.32 的額定靜容量 co 和當(dāng)量軸向載荷 cp 的計算 .364.2.3螺栓聯(lián)接承載力的驗算.374.3與回轉(zhuǎn)支承 swa2800.32 外齒嚙合的小齒輪的設(shè)計 .374.3.1小齒輪的材料和精度選擇.374.3.2小齒輪齒數(shù) z1 和變位系數(shù) x1

17、 的選擇.374.3.3小齒輪齒數(shù) z1 和變位系數(shù) x1 的校核.394.3.4 小齒輪的強(qiáng)度校核.394.4挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計與計算.434.4.1聯(lián)接體的設(shè)計.434.4.2螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度校核.434.4.3聯(lián)接體的有限元分析.454.5wk-4 挖掘機(jī)平衡性分析.484.5.1確定最大平衡重.484.5.2確定最小平衡重.494.5.3確定合理的平衡重.49第五章結(jié) 論.52參考文獻(xiàn).53致 謝.55vi東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論第一章 緒 論1.1 挖掘機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r挖掘機(jī)械是工程機(jī)械之一，是土石方挖掘的主要機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、能源、農(nóng)田改造、水利、民用建

18、筑、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等機(jī)械化施工中 。如表 1.1 所示，挖掘機(jī)械包括各種類型和特點的挖掘機(jī)，具有挖掘、裝載、卸載和整機(jī)移動的功能。因其可連續(xù)高效的工作，對于減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動效率起了很大的作用，所以在土石方施工中得到了廣泛的應(yīng)用, 是工程建設(shè)項目中不可缺少的施工工具，是國家重要基礎(chǔ)建設(shè)項目的有力保證。一個國家生產(chǎn)使用挖掘機(jī)械的能力，在一定程度上可以說是一個國家工程建設(shè)能力的體現(xiàn)。雖然不像汽車那樣具有支柱產(chǎn)業(yè)的地位，但卻能體現(xiàn)重工業(yè)的發(fā)展水平1。表 1.1 挖掘機(jī)的類型及特征table 1.1 style and character of excavator分類基本類型主要特點按

19、挖掘機(jī)斗數(shù)單斗挖掘機(jī)循環(huán)式工作，挖掘時間占 1520。多斗挖掘機(jī)連續(xù)式工作，對土壤和地形適應(yīng)性較差，生產(chǎn)率高。正鏟挖掘機(jī)斗齒朝外，主要挖掘停機(jī)面以上的土。反鏟挖掘機(jī)斗齒朝內(nèi)，主要挖掘停機(jī)面以下的土。按結(jié)構(gòu)特性分拉鏟挖掘機(jī)鏟斗用鋼絲繩吊掛于支架上，主要用于挖掘停機(jī)面以下泥沙。抓鏟挖掘機(jī)鏟斗具有活瓣，吊掛于支桿上，主要挖停機(jī)面以下水中的土及裝卸散粒物料。杠桿操縱操縱緊張、生產(chǎn)率低。按操作動力分液壓操縱操作平穩(wěn)、作業(yè)范圍較廣氣動操縱操作靈敏、省力近十年來，全世界每年挖掘機(jī)產(chǎn)量雖然有些波動(最高年產(chǎn)量曾達(dá)到 20 余萬臺)，但挖掘機(jī)的年產(chǎn)量總要大大高于裝載機(jī)和推土機(jī)的年產(chǎn)量。據(jù)有關(guān)專家估算，全世界各種

20、施工作業(yè)場約有 65至 70的土石方工程是由挖掘機(jī)完成的。另外，從環(huán)保能源角度考慮，完成同樣的土石方施工量，采用挖掘機(jī)作業(yè)消耗的能量最少，裝載機(jī)次之，推土機(jī)能量消耗最大。從經(jīng)濟(jì)性考慮，購買一臺挖掘機(jī)雖然一次性投資比裝載機(jī)、推土機(jī)要大一些，但投資回收期短，是真正投資回報率較高的設(shè)備。所以，1東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論對挖掘機(jī)進(jìn)行深入透徹的研究，具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)意義。自從 20 世紀(jì) 90 年代中期以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和礦場作業(yè)主要設(shè)備之一的挖掘機(jī)的市場也步入了高速增長期。特別是 2000 年以來，中國挖掘機(jī)市場的銷量以超常規(guī)的速度增長。2000 年中國

21、國內(nèi)所有挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)銷售量之和為 7,926 臺，2003 年則達(dá)到 34,800 臺，3 年時間增長了 4 倍。2001年比 2000 年增長 56.4；2002 年比 2001 年增長 59；2003 年與 2002 年相比，增長率竟然高達(dá) 76；2004 年第一季度與 2003 年第一季度相比，全國挖掘機(jī)銷售量的增長率又創(chuàng)新高，達(dá)到 78。雖然 2004 年以來，在國家宏觀調(diào)控影響下，我國挖掘機(jī)行業(yè)的增長速度有所趨緩，但是，整體依然保持持續(xù)發(fā)展的趨勢。顯然，挖掘機(jī)在整個工程機(jī)械行業(yè)中是產(chǎn)、銷量增長最快的機(jī)種之一18。中國國土遼闊，挖掘機(jī)市場需求空間很大，但是目前中國還不具備足夠的條件將

22、巨大的潛在市場轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實市場。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，按照我國的土地、人口和經(jīng)濟(jì)狀況，在一定的時間內(nèi)，挖掘機(jī)的年均增長率保持 1520的發(fā)展速度是比較正常的。專家認(rèn)為中國挖掘機(jī)市場應(yīng)該呈現(xiàn)波浪式發(fā)展，未來的發(fā)展空間巨大。正是看到中國市場巨大的容量和日益擴(kuò)大的供需矛盾，20 世紀(jì) 90 年代中期以后，卡特彼勒、神鋼、小松、日立、大宇和現(xiàn)代等國外工程機(jī)械巨頭先后在中國建立合資、獨資企業(yè)。經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前外資品牌挖掘機(jī)已經(jīng)占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位，市場份額達(dá)到 90以上。同時，巨大的市場誘惑又吸引了新的外資企業(yè)不斷加盟，如沃爾沃建筑設(shè)備、利勃海爾、特雷克斯阿特拉斯、住友和加藤等；小松、現(xiàn)代和神鋼也陸續(xù)在中國設(shè)

23、立了第二家甚至是第三家合資工廠。與此同時，與外資品牌這種紅火的境況相對應(yīng)的卻是國產(chǎn)品牌的日漸衰退，國內(nèi)原有的挖掘機(jī)企業(yè)由于不同的原因，在外資企業(yè)的迅猛攻勢下，先后丟掉了自己的市場。直到近兩年柳洲工程機(jī)械有限公司、徐洲挖掘機(jī)有限公司和三一重型工程有限公司等企業(yè)的崛起，才使得國產(chǎn)品牌挖掘機(jī)重新得到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。從這幾年看，國有企業(yè)及民營企業(yè)生產(chǎn)的新一代挖掘機(jī)產(chǎn)品的性能、可靠性都已達(dá)到了較高水平，如柳洲工程機(jī)械有限公司、徐洲挖掘機(jī)有限公司和三一重型工程有限公司所開發(fā)的挖掘機(jī)，質(zhì)量性能都不錯，產(chǎn)銷量穩(wěn)步增加，但是關(guān)鍵部件都是選用的國外進(jìn)口配套件。柳工的挖掘機(jī) 2004年 110 月已銷售了 433

24、臺，同比增長率超過 100；三一重機(jī) 2004 年同期也有 300多臺的銷量。目前國內(nèi)其他企業(yè)也先后開發(fā)了一批采用國外液壓件、發(fā)動機(jī)等優(yōu)質(zhì)配套件的新機(jī)型，主要性能指標(biāo)同日本、韓國的機(jī)型基本相當(dāng)?？梢灶A(yù)計，未來幾2東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論年國內(nèi)品牌挖掘機(jī)的市場份額肯定會有所上升，58 年的時間內(nèi)估計將達(dá)到 20。但是由于國內(nèi)企業(yè)沒有掌握關(guān)鍵部件如液壓系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等核心技術(shù)，這就需要國內(nèi)品牌挖掘機(jī)企業(yè)付出更大的努力，進(jìn)一步解決結(jié)構(gòu)件的制造質(zhì)量和合理匹配的問題，以鞏固與擴(kuò)大國產(chǎn)新一代挖掘機(jī)的市場份額。美國是挖掘機(jī)發(fā)展較早的國家。1833 年美國機(jī)械工程師取得了單斗挖掘機(jī)的發(fā)明權(quán)，1

25、836 年制造出世界上第一臺機(jī)械傳動挖掘機(jī)，其挖掘機(jī)生產(chǎn)技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，尤其是大容量的礦用挖掘機(jī)幾乎壟斷了資本主義市場，并在機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)、電器傳動技術(shù)和運行可靠性方面遙遙領(lǐng)先2、3。隨著采掘量的提高及挖掘機(jī)的發(fā)展，礦用挖掘機(jī)發(fā)展的一個突出特點，就是向大斗容量發(fā)展，使設(shè)備進(jìn)一步大型化。德國、法國、日本、美國和前蘇聯(lián)是生產(chǎn)大型礦用挖掘機(jī)的主要國家8。其中挖掘機(jī)的發(fā)展以美國為最快，無論斗容量還是品種、產(chǎn)量、技術(shù)水平、可靠性等，美國皆居領(lǐng)先地位。美國制造大型單斗挖掘機(jī)，主要有三大廠商：哈尼斯格公司、簡稱為 p&h 公司，布賽路斯伊利公司、簡稱be 公司，馬力昂動力鏟公司。三家公司產(chǎn)品遍

26、布世界各國。三公司制造的挖掘機(jī)代表了美國和世界先進(jìn)技術(shù)水平。p&h 公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)從 p&h1400 到 p&h5700，斗容量從 3.5m3 到 40m3。馬利昂公司生產(chǎn)的單斗采礦型挖掘機(jī)斗容量從 6m325.4m3，剝離用挖掘機(jī)的斗容量從 50 m3150 m3;斗容量為 150m3 的挖掘機(jī)是世界上最大的挖掘機(jī)，斗容量為 132m3 的步行式拉鏟居第二位。該公司制造挖掘機(jī)的生產(chǎn)工藝先進(jìn)，設(shè)備、檢測技術(shù)和手段也較先進(jìn)、完備，產(chǎn)品生產(chǎn)周期短，生產(chǎn) 1 臺15.2m3 挖掘機(jī)從投產(chǎn)到出產(chǎn)品不到一年時間。美國第三大生產(chǎn)挖掘機(jī)的廠家是 b-e公司，它曾生產(chǎn)出斗容量為 16

27、8.2m3 步行式拉鏟和斗容量為 107m3 的剝離用挖掘機(jī),該廠生產(chǎn)的挖掘機(jī)系列產(chǎn)品斗容量從 5m346m3。烏拉爾重型機(jī)器廠是前蘇聯(lián)制造大型挖掘機(jī)的主要廠家，在 1978 年該廠生產(chǎn)了斗容量為 20m3 的正鏟機(jī)械單斗挖掘機(jī)。日本的三井造船株式會社、住友重工業(yè)株式會社和神戶制鋼所分別與美國合作，引進(jìn)了 b-e 公司、馬利昂公司和 p&h 公司的挖掘機(jī)制造技術(shù)，合作生產(chǎn)了大斗容量礦用挖掘機(jī)。隨著液壓技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使挖掘機(jī)有了合適的傳動裝置，液壓傳動代替機(jī)械傳動是挖掘機(jī)技術(shù)上的一個飛躍。挖掘機(jī)的液壓化是挖掘機(jī)的第二代產(chǎn)品的標(biāo)志。液壓挖掘機(jī)的研究到 80 年代中期已達(dá)到十分成熟的階段。

28、從 80 年代中期至今，由于電子技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使液壓挖掘機(jī)向高性能、高自3東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論動化和智能化的方向發(fā)展。挖掘機(jī)的電子化是挖掘機(jī)第三代產(chǎn)品的標(biāo)志，機(jī)電一體化是液壓挖掘機(jī)的主要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建筑施工現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)需要大幅度的技術(shù)進(jìn)步，面對生產(chǎn)的需要，液壓挖掘機(jī)將向著大型化、智能化和無人化方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，未來的液壓挖掘機(jī)將全面裝備融合電子化、自動化和機(jī)器人化的機(jī)電一體化技術(shù)。液壓挖掘機(jī)的主要特點是：(1) 中小型液壓挖掘機(jī)一機(jī)多動、適用性強(qiáng)，用途廣泛。(2) 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，零部件少，重量輕，成本低，生產(chǎn)

29、能力大，操作控制輕便靈活，依靠人機(jī)系統(tǒng)控制，使整機(jī)重量和發(fā)動機(jī)功率最大限度發(fā)揮，實現(xiàn)快速作業(yè)。(3) 應(yīng)用微電子技術(shù)實現(xiàn)機(jī)電一體化，以液壓挖掘機(jī)為主體，傳感檢測、信息處理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和接口等部分組合在一起，用微機(jī)和檢測裝置進(jìn)行記錄，優(yōu)選和顯示液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)主要參數(shù)，自動調(diào)節(jié)功率分配，不斷提高勞動生產(chǎn)率，以節(jié)省燃料、降低能耗、減少磨損、提高效率。我國從 1967 年開始開發(fā)液壓挖掘機(jī)，經(jīng)過了近 40 年的發(fā)展，液壓挖掘機(jī)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，2005 年我國共銷售 33642 臺液壓挖掘機(jī)，小型挖掘機(jī)（整機(jī)質(zhì)量小于或等于 13t 的履帶式或輪胎式挖掘機(jī)）的銷量為 1.2 萬臺，所占比重超過了 35%，

30、比 2004 年上升了 22%18。小型挖掘機(jī)由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點，極受用戶的歡迎，在未來具有極大的市場空間。目前，中小型液壓挖掘機(jī)占據(jù)了挖掘機(jī)的主要市場,幾乎取代了中小型機(jī)械式挖掘機(jī)。但是 7080 年代生產(chǎn)的機(jī)械式挖掘機(jī)，經(jīng)過現(xiàn)場不斷的改造，現(xiàn)在仍然可以適應(yīng)生產(chǎn)的需要，在廣大的露天礦中發(fā)揮作用。由于礦用機(jī)械挖掘機(jī)具有較大的挖掘力以及作業(yè)穩(wěn)定、可靠和顯著的生產(chǎn)效益，到目前為止仍然是露天采礦中最主要的挖掘裝載設(shè)備。在我國的礦山挖掘中，液壓挖掘機(jī)全面代替機(jī)械式挖掘機(jī)還將需要很長的時間。4東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論1.2 機(jī)械式單斗挖掘機(jī)簡介礦用機(jī)械挖掘機(jī)的歷史悠久，自

31、 1877 年開始應(yīng)用于露天采礦工業(yè)，經(jīng)過一百多年的研究改進(jìn)，在動力能源方式、各部機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制操縱等方面都有重大的改進(jìn)。但就基本結(jié)構(gòu)與工作特性來看，仍不失其原來的基本形態(tài)。1954 年我國試制成功第一臺斗容量為 1m3 的機(jī)械式正鏟挖掘機(jī)，開始了我國挖掘機(jī)的生產(chǎn)。我國于1961 年生產(chǎn)出第一臺 4m3 挖掘機(jī)，至今仍在內(nèi)蒙古平莊煤礦發(fā)揮作用7。1871683141761042512011151913 9121-吊臂;2-推壓機(jī)構(gòu);3-斗柄;4-鏟斗;5-開斗機(jī)構(gòu);6-提升卷筒;7-首輪;8-提升鋼繩 ;9- 轉(zhuǎn)臺 ;10- 推壓電機(jī) ;11- 開斗電機(jī) ;12- 履帶 ;13- 下部平臺;1

32、4-a 型架;15-配重;16-鋼繩;17-機(jī)棚;18-繩輪;19-回轉(zhuǎn)支承;20-轉(zhuǎn)盤圖 1.1 單斗機(jī)械式挖掘機(jī)圖 1.1 機(jī)械式挖掘機(jī)fig 1.1 mechanical excavator目前，4m3 挖掘機(jī)主導(dǎo)產(chǎn)品有 wk-4a、wk-4b、wk-4c 三種型號。由于礦用機(jī)械挖掘機(jī)具有較大的挖掘力以及作業(yè)穩(wěn)定、可靠和顯著的生產(chǎn)效益，到目前為止仍然是露天采礦中最主要的挖掘裝載設(shè)備。我國目前大部分露天礦山，仍然普遍采用圖 1.1 所示的 4m3 機(jī)械式單斗挖掘機(jī)進(jìn)行采裝作業(yè)。其性能參數(shù)見表 1.2。單斗挖掘機(jī)的工作裝置的形式很多，對機(jī)械傳動的挖掘機(jī)來說，常用的基本形式有正鏟、反鏟、刨鏟、

33、抓斗及起重裝置等。挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)主要分成三大部分，分別為行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置、工作裝置。整個機(jī)器為多機(jī)獨立驅(qū)動,放在底座后面的行走電機(jī)驅(qū)動履帶5東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論完成行走運動；回轉(zhuǎn)平臺上的兩臺回轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)驅(qū)動；挖掘工作由提升電機(jī)和推壓電機(jī)共同完成4。表 1.2 wk-4 機(jī)械式挖掘機(jī)的主要性能參數(shù)table 1.2 primary capability parameters of excavator標(biāo)準(zhǔn)斗容4m3主電機(jī)功率250kw提升速度0.855m/s最大挖掘半徑14.3m推壓速度0.53m/s最大挖掘高度10.1m行走速度0.43km/h最大卸載半徑12.65m最大提升力

34、450kn最大卸載高度6.3m最大推壓力225kn挖掘深度3.2m最大爬坡角度12 度整機(jī)重量190t平均比壓238kpa理論生產(chǎn)率572m3/h機(jī)械式單斗挖掘機(jī)用一個鏟斗以間歇重復(fù)的工作循環(huán)進(jìn)行工作，即由挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)至卸載點、卸載、空斗回轉(zhuǎn)至挖掘地點等四個工序構(gòu)成一個工作循環(huán)。在作業(yè)過程中，挖掘機(jī)是不移動的，直到將一次停機(jī)范圍內(nèi)的礦石挖完，挖掘機(jī)才移動到新的作業(yè)地點9。wk-4 挖掘機(jī)是全回轉(zhuǎn)式的，即工作平臺相對于底架可回轉(zhuǎn) 360°以上。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)為運載過程，回轉(zhuǎn)角度決定于工作面與卸載位置的關(guān)系，一般為90°180°。當(dāng)角度大于 160°時，往往沿

35、一個方向轉(zhuǎn) 360°回到原來位置，這樣可以減少回轉(zhuǎn)加速的時間，降低能量的消耗。在單斗挖掘機(jī)中，回轉(zhuǎn)運動的時間占工作循環(huán)時間的 6575，最大可達(dá) 85%。因此，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對于單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)率有很大影響。所以要合理的選擇其運動形式。圖 1.1 中的 19 為挖掘機(jī)的支承回轉(zhuǎn)裝置，設(shè)在轉(zhuǎn)臺和下部平臺之間，它承上連下，使上下兩部分可作相對回轉(zhuǎn)運動。要求它承載能力大，結(jié)構(gòu)尺寸小，回轉(zhuǎn)阻力小，回轉(zhuǎn)時平臺保持平衡，不得傾覆。每種挖掘機(jī)都設(shè)有回轉(zhuǎn)裝置，它除配合提升、推壓鏟斗之外，還配合完成將鏟斗轉(zhuǎn)到卸載地點或回到工作地點。挖掘機(jī)工作裝置、平臺及其上的設(shè)備的重量，回轉(zhuǎn)裝置的自重及挖掘工作時的作用力都

36、要由回轉(zhuǎn)裝置來承擔(dān)。所以，它是一個運動部件，又是一個承力部件，常將它稱為支承回轉(zhuǎn)裝置。6東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論中央樞軸滾輪滾輪支架回轉(zhuǎn)齒圈回轉(zhuǎn)軌道圖 1.2 滾輪夾套式支承回轉(zhuǎn)裝置fig 1.2 bearing equipment of roller clampped滾輪夾套式回轉(zhuǎn)支承底架圖 1.3 滾輪支承與底架的連接fig 1.3 connection of bearing equipment and nether stand目前在挖掘機(jī)上使用的回轉(zhuǎn)裝置有多種形式。根據(jù)傳遞載荷傳力點的多少分為，少支點的滾輪支承回轉(zhuǎn)裝置；多支點的滾子夾套式支承回轉(zhuǎn)裝置；軸承支承回轉(zhuǎn)裝置。20

37、世紀(jì) 7080 年代生產(chǎn)的機(jī)械式挖掘機(jī)多采用圖 1.2 所示的滾輪夾套式支承回轉(zhuǎn)裝置6。這種支承裝置，只能傳遞垂直作用的載荷，傳遞水平力必須依靠樞軸或反傾覆滾子，并借助于中央樞軸對準(zhǔn)中心，回轉(zhuǎn)平臺與中央樞軸直接進(jìn)行連接。如圖 1.3 所示，滾輪回轉(zhuǎn)支承裝置固定在下部底架上面，利用滾輪進(jìn)行支承，7東北大學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論36 個滾輪排列在滾道上，滾道分上下兩片，每個滾子用同心軸固定在鋼制的滾輪支架上，以保持各相鄰滾子間距不變?；剞D(zhuǎn)時滾子在滾道上滾動，隔離圈跟隨著一起轉(zhuǎn)動。由于滾輪為圓柱形，所以內(nèi)外端回轉(zhuǎn)半徑不同，滾動起來有速度差，使?jié)L輪與滾道間發(fā)生滑動，增大了運行阻力，加快了滾輪的磨

38、損。若采用錐形滾輪，雖然可以保證無滑動，減小滾輪的磨損，運行阻力小。但是，其滾道也要做成錐形，且錐形滾輪會使輪子產(chǎn)生軸向分力，必須在每個滾輪內(nèi)裝設(shè)軸向止推軸承，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。這種回轉(zhuǎn)裝置是開露式的，不防塵，故其磨損快，動載荷大，大大影響了挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。而現(xiàn)在的液壓挖掘機(jī)廣泛使用圖 1.4 所示的軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。這種裝置是密封的，經(jīng)久耐用，能夠承受更大的載荷，回轉(zhuǎn)輕快，阻力小。1.3 回轉(zhuǎn)之承簡介123456789101112131-上外座圈；2轉(zhuǎn)臺；3調(diào)整墊片；4下外座圈；5、12密封裝置；6連接螺栓；7螺母；8墊圈；圖92.底1 架回；轉(zhuǎn)10支承帶齒內(nèi)座圈；11滾柱；13螺釘圖 1.4 回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)fig 1.4 structure of the slewing bearing回轉(zhuǎn)支承作為機(jī)械的重要基礎(chǔ)元件，近幾十年來，隨著主機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用，除為挖掘機(jī)、塔吊、汽車吊及各類起重機(jī)配套外，還廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械、冶