应用能量法计算液压挖掘机回转制动角.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 减速器固定在 回转平 台上 ， 回转平台固定在 回转支 承外圈上 ， 回转支承 内圈则 固定在下车架上。减速 器齿轮与回转支承内齿啮合， 传递回转马达转矩。 正常 回转 时， 回转马达输出的转矩通过减速器 齿轮作用在 回转支承 内圈的齿轮上 ， 即作用在下 车 架上 。由于地面摩擦力 的作用 ， 下 车架保持静止不 动 ， 回转支承内圈齿轮的反作用力矩作用在减速器 齿轮上， 驱动回转平台绕回转轴 y轴旋转。 制动时， 转 台的惯性力矩通 过减 速器齿轮作用在 回转支承 内圈齿轮上 ， 在 回转支承内圈齿 轮的反作用力矩作 用下 ， 驱动减速器旋转 ， 减速器驱动 回转马达 以泵 的方式工作 。 回转平 台制动 时 ， 在不考虑坡度 、 风 力及摩擦 阻力矩影 响的情况下 ， 令作用在 回转平台上 的制动 力矩为 ， 并假设制动过程中其值不变， 则回转支 承内圈齿轮的反作用力矩 为 Mh M, x n h 1 减速器齿轮上的力矩 i 为 M ji } 2 减速器驱动 回转马达的力矩 。 为 3 此时， 回转马达作为泵工作 ， 输入力矩 为 4 Z“ IT 7 ， m 由 TI 。 ， 可得 N- m 5 ZI T Z j 式 1 ～ 式 5 中 p为 回转 马达工作压力 ， MP a ； q为 回转马达排量 ， mL ／ r ； i 为 回转减速器 的减速 比； z i 为 回转减速器输出齿轮 的齿数 为回转支承齿圈的 齿数 ； 7 ／ 为回转马达的机械效率 ； 为减速器的机 械效率； 为回转支承的机械效率。 2 转台转动惯量的计算 应 用理论力学 中的平行轴定理 ， 回转部分对 回转轴的转动惯量 为 J h 2 k g m 6 式 中 为转台各部件对 于通过质心与 回转轴平行 的轴的转动惯量 ， k g I l l 。 ； m 为各部 件的质量 ， k g ； d m 为各部件质心至回转轴 的距离 ， i n 。 式 6 表明 ， 转 台各部件绕 l ， 轴 的转动惯量 由 两部分组成 ， 一部分是部件作为简化到质心的质点 绕 l ， 轴的转动惯量 ； 另一部分为部件绕平行于 y轴 通过 自身质心的轴 的转动惯量。 3 回转制动角的计算 当挖 掘机 以 r ／ m i n 的速 度 回转 时 ， 突然 停 止 加速 ， 假设转 台转过 。 时停止。则制动力矩作用 在转 台上的功 为 Mz 尺 p q i z h J 7 停止加速时， 转 台所具有 的动能 为 1 2 1T ,0 1 d ∞2 2 7 rw 一 J 8 根据能量守恒原理 ， 作用在转 台上的功必须能 够克服转台的动能 ， 即 Wz W ， 可得制动角 9 定义 r ／ r ／ m r ／ y ／ 为回转机构机械效率 ， 则 1 0 4 计算实例 图 2所示为 山重建机公 司 3 6 t 级液压挖掘机 的回转平 台示意图， 图 2中所示 的工作装 置姿态为 满斗提升 回转 的姿态 ，是挖掘机工作时 的典 型姿 态 ， y轴为 回转轴。 为了方便计算转动惯量 ， 将回转平台各部件做 如下简化 配重 和上车架 含附件 简化 为长方体 ， 回转支承简化为 圆环 ， 液 压缸简化 为圆柱 ， 动臂和 连杆简化为细直杆 ， 斗杆 简化为薄壁 圆筒 ， 铲斗简 化为薄壁空心球， 物料简化为实心球。 将相关参数 和计算公式集成 到 E x c e l 软件 中 ， 可以快速方便地计算出液压挖掘机任一姿态下的 转动惯量及该姿态下的回转制动角。表 1 和表 2即 一 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ． 配重2 ． 上车架3 ． 回转支承4 ． 动臂液压缸5 ． 动臂6 ． 斗杆液压缸7 ． 斗杆 8 ． 铲斗液压缸9 ． 连杆1 0 ． 铲斗 图 2 3 6 t 级挖掘机 回转平 台示意图 表 1 3 6 t 级挖掘机转 台部分转动惯量计算过程 部件 m ／ k g d ／ mm m d 2 ／ k g m2 k g m k g m 配重 6 4 3 7 ． 2 5 3 0 6 7 6 0 5 5 1 ． 9 2 4 8 7 6 ． 3 4 6 5 4 2 8 ． 2 6 上车架及附件 9 9 5 2 ． 4 9 7 4 2 5 4 7 9 ． 4 8 2 4 2 2 2 ． 2 5 2 9 7 0 1 ． 7 3 动臂 2 5 2 0 2 5 9 1 1 6 9 l 7 ． 4 7 7 3 8 9 ． 6 1 2 4 3 0 7 ． 0 8 动臂液压缸 5 0 8 1 3 8 7 9 7 7 ． 2 7 8 4 ． 8 8 1 0 6 2 ． 1 6 斗杆 1 l 5 7 6 5 2 5 4 9 2 6 0 ． 0 0 4 0 2 ． 7 5 4 9 6 6 2 ． 7 5 斗杆液压缸 3 5 2 4 3 2 9 6 5 9 6 ． 5 5 4 1 7 ． 1 3 7 0 1 3 ． 7 0 铲斗 1 6 5 1 ．2 8 5 8 9 1 3 5 7 7 3 4 ． 6 4 6 1 _ 4 4 5 7 7 9 6 ． 0 9 铲斗液压缸 2 7 4 7 0 4 0 1 3 5 7 9 ． 8 8 3 - 3 0 1 3 5 8 3 ． 1 8 连杆 1 0 4 ． 6 5 6 7 9 1 4 8 2 6 ． 2 2 3 ． 1 5 4 8 2 9 - 3 7 回转支承 2 9 5 0 0 ． 0 0 5 8 3 ． 5 8 5 8 3 ． 5 8 物料 3 4 2 0 5 9 1 3 1 1 9 5 7 5 ．4 1 1 5 1 ． 8 7 1 1 9 7 2 7 ．2 7 合计 2 6 6 7 1 ． 6 7 4 4 2 9 8 3 3 5 4 9 8 ． 8 5 3 8 l 9 6 -3 0 3 7 3 6 9 5 ． 1 5 表 2 3 6 t 级挖掘机回转制动角计算过程 Z h Z i L p ／ MP a q ／ m t ,／ 90 1 4 25 ． 2 26 1 80 ． 1 0 ． 74 5 2 h 叼 m ％ J h k g ‘ m z o ／ r ／ m i n 9 ／ 。 O ． 9 0 ．9 2 0 ． 9 3 7 3 6 9 5 ． 1 5 1 0 ． 5 7 9 ． 8 9 0 8 为通过 E x c e l 软件计算得到的在 图 2所示姿态下 ， 液压挖掘机转 台各部件绕 l ， 轴 的转动惯量 ，以及 o 9 1 0 ． 5 r ／ mi n时的回转制动角。 一 3 6一 由表 2可知 ， 按上述方法计算所得 的回转制动 角 约为 8 0。 ，而 以图 2所示的姿态进行实际测 试 ， 测得的回转制动角为约 8 5 。 ， 比计算值多 5 。 ， 产 生上述差别的原 因分析如下 1 理论计算时以停止加速为计算起点 ，而实 测时以先导手柄 回位为计算起点。由于先导控制的 延时性 ， 先导手柄回位后， 先导控制并未立即停止 对回转马达供油 ， 要经过一定的延时才停止供油。 2 理论计算时认为 ，回转马达在停止加速后 立即进入恒压溢流状态 ， 而实测时 回转马达 内的压 力在溢流前有一个不断升高的过程 。因此 ， 实测值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 与理论值的差值 ， 就是先导手柄回位时至回转马达 开始溢流， 回转平台转过的角度。这个差值是实际 存在 的 ， 其大小与液压油黏度 、 管路 阻尼 、 实 际机械 效率及挖掘机姿态等有关。如何将回转制动角的理 论计算值进行修正， 以便能够精确估算实际的回转 制动角 ， 还有待于进一步研究。 对 于现有液压挖掘机 ， 由于 回转马达 、 减速器 和回转支承参数 已确定 ， 可通过改变回转马达的工 作压力调整液压挖掘机的回转制动角。开发新产品 时 ， 在回转马达、 减速器和 回转支承定型前 ， 可利用 文中所述方法预估液压挖掘机的回转制动角， 确定 其是否在一个合理的范围之 内。 5 结束语 本文通过能量法 推导 出了液压挖 掘机 回转制 动角的计算表达式。式中除了转速和转动惯量为变 量， 其他均为定量值， 可以方便计算液压挖掘机在 摘 绳发生经 丝绳 的安 缺欠如何 口门座起 任何姿态下和给定转速下的回转制动角。通过一个 实际算例 ， 解释了理论计算值与实际测试值存在差 别的原因。该计算方法， 可以计算调整现有挖掘机 的回转制动角 ， 也可 以为 回转马达 、 减速器 和回转 支承的选型提供一定的依据和理论指导。 参 考文 献 [ 1 】 液压挖掘机 编委会． 液压挖掘机[ M】 ． 武汉 华中科技 大学出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 ]同济大学． 单斗液压挖掘机【 M】 ． 北京 中国建筑工业出 版社 ， 1 9 8 6 ． [ 3 】孔德文． 液压挖掘机[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 4 ]哈尔滨工业大学理论力学教研室． 理论力学【 M】 ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 2 ． [ 5 ]5 张利平． 液压技术培训读本【 M】 ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 9 ． 通信 地址 山东省 临沂市临沂经济技术 开发 区滨河 东路 6 6 号山重建机有限公司 2 7 6 0 3 4 收稿日期 2 0 1 3 0 4 一 O 1 门座起重机力矩跟制器取力滑轮与 钢丝绳位置分析及优化 术 董熙晨 ， 高天佑 ， 王 国贤， 周 强 武汉理工大学 要 针对钢丝绳这一影响因素容易在力矩限制器取力装置的设计过程中被忽视， 而导致起重机作业时钢丝 常性损伤的问题， 分析如何在力矩限制器结构设计中考虑钢丝绳因素， 保证设计方案能最大限度地满足钢 全使用要求。研究钢丝绳通过该装置时的动力学特性 ， 揭示钢丝绳由损伤导致失效的发展过程 ， 以及设计 导致钢丝绳寿命缩短的深层机理。 总结力矩限制器取力滑轮串人钢丝绳系统的优化设计原理 ， 并针对某港 重机在实际应用中存在的～项设计缺欠 ， 提出改进方案。经过实际检验， 改进方案的有效性得到证明。 关键 词 钢丝绳 ； 门座起重机 ； 失效机理 ； 力矩 限制器 设计优化 力矩 限制器是起 重机 中不可缺少 的安全监 控 装置 。近年来 ， 随着经济 的发展和安全意识的提高 ， 市场对力矩限制器的要求越来越高， 促使研究人员 不断地努力运用各种新技术改善其系统功能和使 用性能。例如， 计算机控制技术的运用， 使力矩限制 器的功 能不再仅限于单纯的载荷和力矩 限制功能 ， 还具有动载抑制功能 、 自动工作功能和友好的人机 界面等Ⅲ 。对港 口起重机力矩限制器系统的抗干扰 分析也取得 了进展 ， 如 通过深入分析干扰产生 的 原 因， 获得了对力矩 限制器系统 的软 、 硬件进行抗 基金项 目 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目 2 0 0 9 1 j 0 0 2 9 作者简介 董熙晨 1 9 6 6 一 ， 男 ， 浙江金华人， 讲师， 学士， 研究方向 港口起重机的设计与仿真。 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m