抓木器屬具用組合式回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)

馬鞍山統(tǒng)力回轉(zhuǎn)支承有限公司   朱良銀 竇方浩 畢娟娟

　　摘要：對抓木器屬具應(yīng)用場景和工況進(jìn)行概述，分析回轉(zhuǎn)驅(qū)動應(yīng)用于該設(shè)備損壞原因，蝸輪蝸桿臥式回轉(zhuǎn)驅(qū)動損壞原因?yàn)槲佪嗊x材和潤滑方式；齒輪傳動立式回轉(zhuǎn)驅(qū)動損壞的原因是不能實(shí)現(xiàn)自鎖，導(dǎo)致液壓馬達(dá)受沖擊損壞。解決方案是開發(fā)出油浴潤滑齒輪蝸輪組合式回轉(zhuǎn)驅(qū)動，蝸輪采用錫青銅，潤滑采用浸油潤滑，采用二級減速，實(shí)現(xiàn)自鎖且保護(hù)液壓馬達(dá)免受沖擊，使用壽命是蝸輪蝸桿式和齒輪式的3~6倍。

　　關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)驅(qū)動；錫青銅；二級減速；浸油潤滑；自鎖

　　一、概況

　　抓木器屬具（圖1）是最近幾年國內(nèi)新興市場的一個(gè)產(chǎn)物，主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槟静摹⒏收?、石材等物料的裝卸及搬運(yùn)作業(yè)，以前轉(zhuǎn)運(yùn)主要靠人，人力效率低，抓木器屬具的出現(xiàn)，大大提高了作業(yè)效率，同時(shí)降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，從而得到迅速推廣。抓木器屬具一個(gè)核心的零部件為回轉(zhuǎn)驅(qū)動，其作用是實(shí)現(xiàn)抓木器360°回轉(zhuǎn)，方便物料的裝車和放置。

圖片1

　　應(yīng)用于抓木器屬具上的回轉(zhuǎn)驅(qū)動有兩種，蝸輪蝸桿傳動的臥式（圖2）和齒輪傳動的立式（圖3），這兩種回轉(zhuǎn)驅(qū)動占整個(gè)抓木器屬具市場的90%以上。二者都有各自的缺點(diǎn)，蝸輪蝸桿傳動的臥式回轉(zhuǎn)驅(qū)動壽命低，一般使用壽命5~12月；齒輪傳動的立式回轉(zhuǎn)驅(qū)動液壓系統(tǒng)經(jīng)常出問題，維修頻次很高，平均3個(gè)月需要更換一次液壓油封，更有甚者對整個(gè)液壓馬達(dá)造成損壞，導(dǎo)致整個(gè)馬達(dá)都要更換。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2                    　　　 　　　　　　　　　圖3

　　二、抓木器屬具用回轉(zhuǎn)驅(qū)動壽命低原因分析

　　蝸輪蝸桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動，由外殼、蝸輪式回轉(zhuǎn)支承、蝸桿及軸承組成，蝸輪蝸桿傳動的優(yōu)點(diǎn):1、能實(shí)現(xiàn)大的傳動比，傳動鏈零部件少，結(jié)構(gòu)緊湊；2、嚙合齒較多，重合度較高，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)、噪聲低；3、當(dāng)蝸桿螺旋升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動具有自鎖性。優(yōu)點(diǎn)明顯，缺點(diǎn)同樣明顯，具體為：1、傳動效率低，一般為60%左右，當(dāng)處于自鎖狀態(tài)傳動效率只有40%；2、蝸輪蝸桿摩擦和磨損嚴(yán)重，從而引起過分發(fā)熱，導(dǎo)致潤滑情況惡化。蝸輪蝸桿的損壞形式有三種，一是蝸輪蝸桿的磨損；二是回轉(zhuǎn)支承滾道存在間隙，在不同載荷下滾道發(fā)生形變不同，導(dǎo)致蝸輪蝸桿中心距不穩(wěn)定；三是蝸輪蝸桿不能很好嚙合，出現(xiàn)“啃齒”現(xiàn)象，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)驅(qū)動抖動。

　　一般蝸輪材質(zhì)為鑄造錫青銅（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、鑄造鋁青銅（ZCuAl10Fe3）及灰鑄鐵（HT150、HT200）等，錫青銅和鋁青銅材料耐磨性好，摩擦系數(shù)小，傳動效率高，可應(yīng)用于滑動速度4米/秒的傳動，但是價(jià)格較高；灰鑄鐵材料滑動速度不高（Vs＜2米/秒），傳動效率不高。由于受錫青銅和鋁青銅成本和回轉(zhuǎn)驅(qū)動的空間布置的影響，蝸輪蝸桿臥式回轉(zhuǎn)驅(qū)動中的蝸輪為回轉(zhuǎn)支承外圈，所有材料為回轉(zhuǎn)支承用50Mn或42CrMo，該材料硬度偏高，耐磨性低，傳動效率低，從以上特征可以看出50Mn或42CrMo不適合作為蝸輪材料，這是導(dǎo)致蝸輪蝸桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動壽命低的主要原因。導(dǎo)致壽命低的還有兩個(gè)原因分別是潤滑和散熱，一般蝸輪蝸桿潤滑采用浸油潤滑，而抓木器屬具用蝸輪蝸桿采用鋰基脂潤滑，會出現(xiàn)潤滑不良，導(dǎo)致傳動效率低，并帶來劇烈的磨損，產(chǎn)生膠合破壞。在散熱方面差，原因是采用封閉式的設(shè)計(jì)，封閉式設(shè)計(jì)的目的是防止雜物或粉塵進(jìn)入嚙合區(qū)，從而犧牲了散熱。以上原因?qū)е聣勖?，一般壽命?~12個(gè)月。

　　齒輪傳動立式回轉(zhuǎn)驅(qū)動的產(chǎn)生就是解決蝸輪蝸桿臥式回轉(zhuǎn)驅(qū)動傳動效率低和壽命低的問題，齒輪傳動效率可以達(dá)到95%以上。采用齒輪傳動后，傳動比減小，若要獲得相同的輸出轉(zhuǎn)矩，就需要很大的動力輸出，也就需要采購很大排量的馬達(dá)。由于齒輪傳動不能實(shí)現(xiàn)自鎖，在制動時(shí)需要液壓系統(tǒng)制動，導(dǎo)致液壓馬達(dá)受到?jīng)_擊，液壓油封經(jīng)常漏油損壞。

　　三、解決方案

　　針對上面兩個(gè)問題，開發(fā)出一款油浴潤滑齒輪蝸輪組合式回轉(zhuǎn)驅(qū)動（圖4），解決抓木器屬具壽命低的問題。該回轉(zhuǎn)驅(qū)動主要包括底座、外齒式回轉(zhuǎn)支承、傳動組件（圖5）、動力元件；外齒式回轉(zhuǎn)支承固定連接在底座上，傳動組件設(shè)置在底座內(nèi)，外齒式回轉(zhuǎn)支承與傳動組件相嚙合，傳動組件與動力元件相連接。其中，動力元件與傳動組件通過螺釘連接，通過鍵傳動；動力元件為液壓馬達(dá)。傳動組件由軸承座、蝸輪、軸承、齒輪立軸、立軸蓋板、蝸桿等組件組成。