抓木器属具用组合式回转驱动机构——《工程机械》2018年第十期

　抓木器属具用组合式回转驱动机构

马鞍山统力回转支承有限公司   朱良银 窦方浩 毕娟娟

　　摘要：对抓木器属具应用场景和工况进行概述，分析回转驱动应用于该设备损坏原因，蜗轮蜗杆卧式回转驱动损坏原因为蜗轮选材和润滑方式；齿轮传动立式回转驱动损坏的原因是不能实现自锁，导致液压马达受冲击损坏。解决方案是开发出油浴润滑齿轮蜗轮组合式回转驱动，蜗轮采用锡青铜，润滑采用浸油润滑，采用二级减速，实现自锁且保护液压马达免受冲击，使用寿命是蜗轮蜗杆式和齿轮式的3~6倍。

　　关键词：回转驱动；锡青铜；二级减速；浸油润滑；自锁

　　一、概况

　　抓木器属具（图1）是最近几年国内新兴市场的一个产物，主要的应用领域为木材、甘蔗、石材等物料的装卸及搬运作业，以前转运主要靠人，人力效率低，抓木器属具的出现，大大提高了作业效率，同时降低了作业人员的劳动强度，从而得到迅速推广。抓木器属具一个核心的零部件为回转驱动，其作用是实现抓木器360°回转，方便物料的装车和放置。

图片1

　　应用于抓木器属具上的回转驱动有两种，蜗轮蜗杆传动的卧式（图2）和齿轮传动的立式（图3），这两种回转驱动占整个抓木器属具市场的90%以上。二者都有各自的缺点，蜗轮蜗杆传动的卧式回转驱动寿命低，一般使用寿命5~12月；齿轮传动的立式回转驱动液压系统经常出问题，维修频次很高，平均3个月需要更换一次液压油封，更有甚者对整个液压马达造成损坏，导致整个马达都要更换。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2                    　　　 　　　　　　　　　图3

　　二、抓木器属具用回转驱动寿命低原因分析

　　蜗轮蜗杆回转驱动，由外壳、蜗轮式回转支承、蜗杆及轴承组成，蜗轮蜗杆传动的优点:1、能实现大的传动比，传动链零部件少，结构紧凑；2、啮合齿较多，重合度较高，故冲击载荷小，传动平稳、噪声低；3、当蜗杆螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。优点明显，缺点同样明显，具体为：1、传动效率低，一般为60%左右，当处于自锁状态传动效率只有40%；2、蜗轮蜗杆摩擦和磨损严重，从而引起过分发热，导致润滑情况恶化。蜗轮蜗杆的损坏形式有三种，一是蜗轮蜗杆的磨损；二是回转支承滚道存在间隙，在不同载荷下滚道发生形变不同，导致蜗轮蜗杆中心距不稳定；三是蜗轮蜗杆不能很好啮合，出现“啃齿”现象，导致回转驱动抖动。

　　一般蜗轮材质为铸造锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、铸造铝青铜（ZCuAl10Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等，锡青铜和铝青铜材料耐磨性好，摩擦系数小，传动效率高，可应用于滑动速度4米/秒的传动，但是价格较高；灰铸铁材料滑动速度不高（Vs＜2米/秒），传动效率不高。由于受锡青铜和铝青铜成本和回转驱动的空间布置的影响，蜗轮蜗杆卧式回转驱动中的蜗轮为回转支承外圈，所有材料为回转支承用50Mn或42CrMo，该材料硬度偏高，耐磨性低，传动效率低，从以上特征可以看出50Mn或42CrMo不适合作为蜗轮材料，这是导致蜗轮蜗杆回转驱动寿命低的主要原因。导致寿命低的还有两个原因分别是润滑和散热，一般蜗轮蜗杆润滑采用浸油润滑，而抓木器属具用蜗轮蜗杆采用锂基脂润滑，会出现润滑不良，导致传动效率低，并带来剧烈的磨损，产生胶合破坏。在散热方面差，原因是采用封闭式的设计，封闭式设计的目的是防止杂物或粉尘进入啮合区，从而牺牲了散热。以上原因导致寿命太低，一般寿命为5~12个月。

　　齿轮传动立式回转驱动的产生就是解决蜗轮蜗杆卧式回转驱动传动效率低和寿命低的问题，齿轮传动效率可以达到95%以上。采用齿轮传动后，传动比减小，若要获得相同的输出转矩，就需要很大的动力输出，也就需要采购很大排量的马达。由于齿轮传动不能实现自锁，在制动时需要液压系统制动，导致液压马达受到冲击，液压油封经常漏油损坏。

　　三、解决方案

　　针对上面两个问题，开发出一款油浴润滑齿轮蜗轮组合式回转驱动（图4），解决抓木器属具寿命低的问题。该回转驱动主要包括底座、外齿式回转支承、传动组件（图5）、动力元件；外齿式回转支承固定连接在底座上，传动组件设置在底座内，外齿式回转支承与传动组件相啮合，传动组件与动力元件相连接。其中，动力元件与传动组件通过螺钉连接，通过键传动；动力元件为液压马达。传动组件由轴承座、蜗轮、轴承、齿轮立轴、立轴盖板、蜗杆等组件组成。