整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)在隨車起重機上的應(yīng)用

孔德強

（徐州徐工隨車起重機有限公司，江蘇 徐州221000）

0 引言

隨車起重機作為一種工程機械設(shè)備已廣泛應(yīng)用于交通運輸、土木建筑、野外作業(yè)、石材業(yè)、碼頭等行業(yè)。隨車起重機的回轉(zhuǎn)運動由回轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)是隨車起重機的一個關(guān)鍵部件，它能實現(xiàn)重物的回轉(zhuǎn)準確定位，使用頻率較高，其性能優(yōu)劣是衡量隨車起重機作業(yè)性能的一個重要指標。

1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)機構(gòu)存在的問題

目前，隨車起重機的回轉(zhuǎn)運動由回轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)減速機和回轉(zhuǎn)支承兩大部分，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示，回轉(zhuǎn)減速機安裝在基座上，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈與基座連接，外圈與轉(zhuǎn)臺連接，回轉(zhuǎn)減速機與回轉(zhuǎn)支承為漸開線齒輪連接。其運動路線為：液壓馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)減速機，回轉(zhuǎn)減速機通過齒輪傳動帶動回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)支承帶動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動。

圖1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)機構(gòu)

傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)機構(gòu)存在的主要問題如下：

（1）傳動效率低。蝸輪蝸桿式回轉(zhuǎn)減速機為蝸輪蝸桿傳動，其蝸桿為阿基米德蝸桿，傳動效率極低（0.5左右），回轉(zhuǎn)支承采用的是直齒輪，傳動總效率較低。

（2）制造精度要求高。由于回轉(zhuǎn)支承、減速機兩者為互相獨立部件，分別安裝在基座和轉(zhuǎn)臺上，制造時對基座和轉(zhuǎn)臺安裝孔和配合止口的加工精度要求高，裝配時必須現(xiàn)場調(diào)試減速機輸出端小齒輪與回轉(zhuǎn)支承嚙合間隙，裝配精度要求高，調(diào)試難度大。

（3）回轉(zhuǎn)擺動量大。由于機構(gòu)為兩級傳動，傳動路線較長，其中一級為蝸輪蝸桿傳動，一級為齒輪傳動，兩者均存在嚙合間隙，再加上加工、裝配誤差，易出現(xiàn)嚙合側(cè)隙較大情況，造成吊機啟動和停止時回轉(zhuǎn)擺動量大，影響施工安全。

（4）制造成本高。一方面加工精度要求高，一方面?zhèn)鲃恿悴考^多，均造成產(chǎn)品成本高。

（5）回轉(zhuǎn)小齒輪和回轉(zhuǎn)支承易磨損。由于回轉(zhuǎn)小齒輪和回轉(zhuǎn)支承全部暴露在空氣中，嚙合齒面間易落入磨粒性物質(zhì)（如砂粒、鐵屑等），造成齒面被逐漸磨損而致報廢。

2 整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)

整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)屬于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器，采用“首鋼（SG）－71型蝸桿副”傳動，該傳動與普通圓柱蝸桿傳動相比較，具有接觸齒數(shù)多、蝸桿齒面可淬硬精確磨削、齒面硬度高、齒面光潔、精度高、嚙合中容易形成壓動油膜、減少齒面磨損等特點。該回轉(zhuǎn)機構(gòu)是一種新型回轉(zhuǎn)類產(chǎn)品，它是將回轉(zhuǎn)支承與回轉(zhuǎn)減速機做成一個整體，整體分別與轉(zhuǎn)臺、基座固定，整車裝配時回轉(zhuǎn)支承與小齒輪嚙合側(cè)隙無需重新調(diào)整，因此，對隨車起重機的結(jié)構(gòu)件加工要求較為簡單。整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用蝸桿斜齒輪減速，傳動效率高、輸出扭矩大、嚙合間隙小，可避免轉(zhuǎn)臺停車時晃動。同時由于核心部件采用回轉(zhuǎn)支承，因此具備可以同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的能力。平面包絡(luò)蝸桿傳動特點如下：可淬硬磨削，因此加工精度、效率較高，承載能力較大。同時嚙合齒數(shù)是阿基米德圓柱蝸桿的三倍左右，承載能力提高兩倍左右。

2.1 工作原理

整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作原理為：液壓馬達帶動平面包絡(luò)蝸桿運動，蝸桿通過斜齒輪帶動回轉(zhuǎn)支承運動，其中回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈與基座相連接，外圈與轉(zhuǎn)臺連接，回轉(zhuǎn)支承運動實現(xiàn)整車回轉(zhuǎn)運動。同時，由于導程角小于當量摩擦角，整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)具備機械自鎖性能，制動可靠性高，起重作業(yè)安全性能高。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

如圖2所示，該回轉(zhuǎn)機構(gòu)由斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈4、斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承外圈2、鋼球3、平面包絡(luò)蝸桿13、殼體1、馬達連接盤11、后端蓋6、液壓馬達5、軸承7、螺釘9、螺釘10、圓柱銷8及油杯12組成。斜齒輪式回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈4與下車相連，外圈2與上車相連，內(nèi)外圈之間有若干鋼球3，內(nèi)圈4通過螺釘9和圓柱銷8連接在殼體1上，蝸桿13前后由軸承7支承在殼體1內(nèi)，軸承7靠馬達連接盤11和后端蓋6壓緊，馬達5通過螺釘10安裝在馬達連接盤11上，殼體1上布置有油杯12，該裝置通過油杯12注入潤滑脂潤滑。

2.3 適用場合

目前，國內(nèi)整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要應(yīng)用在太陽能領(lǐng)域，還沒有步入工程機械領(lǐng)域。國外整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如德國IMO 公司，產(chǎn)品規(guī)格有輕、中、重系列，另外有單驅(qū)動和雙驅(qū)動之分。產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到高空作業(yè)車、道路清障車、隨車起重機等領(lǐng)域。整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點決定了適用范圍，主要適用于低轉(zhuǎn)速、傾覆力矩中等的場合。而隨車起重機回轉(zhuǎn)速度較低，一般在3r/min以下，傾覆力矩中等，具備整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)使用條件。

圖2 整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)

3 整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)在隨車起重機上的應(yīng)用

整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)采用蝸桿斜齒輪傳動，蝸桿斜齒輪傳動加工具有以下優(yōu)點：蝸輪輪齒加工所用刀具基本參數(shù)與相應(yīng)的蝸桿一致，并且在最終精切成型時，刀具與蝸輪的相應(yīng)位置也應(yīng)與相應(yīng)蝸桿嚙合時的相對位置一致。單件小批生產(chǎn)蝸輪時，若缺少蝸輪滾刀，可用飛刀加工蝸輪輪齒，但蝸輪滾刀加工成本高，而采用飛刀加工蝸輪時效率較低。由于蝸輪齒廓形狀復雜，齒面無法磨削，因此加工精度較低，齒面硬度小。漸開線圓柱斜齒輪加工相對比較快捷、方便，加工效率高，且可對齒面進行磨削加工，齒面精度和硬度也較高。所以采用漸開線圓柱斜齒輪代替蝸輪，發(fā)揮圓柱斜齒輪加工優(yōu)勢，可以大大提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，在工程中相當有應(yīng)用前景。

目前，整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)在國內(nèi)工程機械領(lǐng)域很少應(yīng)用。2012年11月份，我公司開始小批量試用該產(chǎn)品，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動過程中存在異響問題，初步判斷為蝸桿與回轉(zhuǎn)支承嚙合產(chǎn)生的干摩擦聲，后經(jīng)過拆檢，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)支承磨損嚴重。前期，推斷為蝸桿屬于高速運動，蝸桿與斜齒輪之間潤滑采用潤滑脂，而潤滑脂適合低速場合，油膜不易建立起來，且散熱條件不好，導致嚙合過程中出現(xiàn)干摩擦產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)異響。該傳動類型為蝸桿與斜齒輪傳動，屬于非常規(guī)機械傳動，同時由于機械結(jié)構(gòu)限制，不易實現(xiàn)液體潤滑，只能采用潤滑脂潤滑。期間，經(jīng)過多次更改工藝路線和多次試制產(chǎn)品，均未能解決回轉(zhuǎn)異響問題。后來請教國內(nèi)平面包絡(luò)蝸桿專業(yè)研究機構(gòu)的專家，并從潤滑油膜角度出發(fā)，多次更改潤滑脂牌號，包括采用美孚油，回轉(zhuǎn)異響的頻率有所降低，但未能徹底解決異響問題。最后，基于金屬材料和熱處理角度考慮，改變了材料和熱處理方式：蝸桿選用42CrMo，氮化處理，表面硬度60～65HRC，深度0.4～0.5mm；斜齒輪選用50Mn調(diào)質(zhì)處理。改變后，經(jīng)過一段時間整機的各種工況試驗，均未發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)異響問題。目前，公司中小噸位隨車起重機已普遍采用整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)，在產(chǎn)品性能提高的同時，生產(chǎn)成本也得到了很大降低。同時，該機構(gòu)成功應(yīng)用到高空作業(yè)車和道路清障車領(lǐng)域。

4 結(jié)語

整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)跟傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)相比，具有傳動效率高、制造精度要求低、回轉(zhuǎn)擺動量小、安裝方便、制造成本低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)已批量應(yīng)用于隨車起重機，并成功拓展到高空作業(yè)車和道路清障車領(lǐng)域。隨著整體式回轉(zhuǎn)機構(gòu)研發(fā)水平和制造能力的提高，它必將部分取代傳統(tǒng)型回轉(zhuǎn)機構(gòu)，這也將是中小工程機械的一個發(fā)展方向。

［1］成大先.機械設(shè)計手冊（第3 卷）［M］.4 版.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

［2］齊麟.蝸桿傳動設(shè)計（下冊）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1987.

［3］劉舸，蘇代忠，彭文捷.漸開線圓柱蝸桿斜齒輪傳動試驗分析［J］.重慶工學院學報，2006，20（8）：34－37.