凿岩钻车内曲线径向钢球行走马达计算及原理

凿岩钻车内曲线径向钢球行走马达计算及原理

王华龙

衢州港诚机电产品制造有限公司浙江衢州324000

摘要：社会的的发展，产业的转型升级，以及矿山装备产业实施机器换人，凿岩钻车被广泛用于各项筑路、桥梁、煤矿使用，作为钻车的行走部件，液压行走马达肩负着前进、后退、停车、承重、牵引的功能。

关键词：内曲线；液压行走马达；凿岩钻车

钻车行走速度一般是1.5-2.5Km/h，重量几吨到几十吨，由于转速低，扭矩大，低速大扭矩液压行走马达为凿岩钻车上使用最多的一种液压行走执行器。

一、液压行走马达概述

液压马达种类很多，结构也各不一样，但都必须满足正反转和驻车需求，因此结构必须对称分布，且需相应的制动机构和单独的卸油口。液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式、内曲线式等型式；按转速分为高速马达、低速马达；按照排量分为定量马达、变量马达。低速大扭矩液压行走马达是液压马达与减速器集成一体化设计，具有扭矩大、转速低，可直接与凿岩钻车连接，不再需要减速装置，使传动机构大为简化。

二、液压行走马达设计计算步骤

1.计算马达的转速，必须确认在行走马达和履带轮之间是否有外加的传动装置；2.确定回转阻力，回转阻力是驱动履带轮通过特定表面的力，其阻力参数可以查阅相关资料；3.爬坡能力，钻车能通过最大角度的能力；

4、牵引力一般考虑牵引移动空压图1球径向液压行走马达的剖视图

机等配套装置；5、总驱动力，回转阻力、爬坡能力、牵引力之和，风阻一般不加以考虑，但是，在实际计算总驱动力的时候，总驱动力留有10%的余量，因为有如轴承间的摩擦力或其他运动部件产生的阻力；6、计算马达的扭矩；

三、液压马达的结构原理

内曲线径向钢球行走马达是在径向钢球马达的基础上加置减速部件，减速部件和马达部件通过太阳轮轴传递运动，带动钻车驱动轮运动。液压马达与行星减速器集成一体设计，减小了产品的轴向和径向尺寸，具有传动效率、起动效率高的特点。减速器部件齿轮壳体和静止的齿轮座体之间采用先进的浮动式机械密封方式，完美地解决了因传动装置工作环境复杂普通密封方式易失效的缺点，两只“背靠背”支承角接触轴承相隔距离远，齿轮壳体的刚性得到明显提高，马达的承载能力得到加强。

3.1马达部件

马达部件，如图1所示为内曲线径向钢球液压行星行走马达的常闭制动式的内部剖视图结构。马达部分主要有前盖、调整垫、配油轴、定子、转子、钢球、活塞、制动幅和后盖等组成。前盖、定子、后盖组成马达部件的外部结构，通过螺钉紧固连接，形成一个密闭的内腔。前盖上的一个内孔和端面，用来定位配油轴并通过螺钉固定，配油轴和前盖之间放置有左右对称的调整垫，以调整马达在各种磨损周期的制动。定子导轨内曲线由一定运动规律的曲线组成，高压油推动活塞及钢球与导轨相互作用，定子反作力驱动马达旋转运动。后盖上开有间隔均匀的槽，用来固定摩擦副上的外齿摩擦片，后盖的内前端固定有带副唇内包骨架油封，隔绝马达的内泄液压油和减速部件的润滑油流通。配油轴是最为关键的部件之一，它直接影响到该类液压马达的工作可靠性、稳定性，效率，寿命。配油轴外端面上有进出油孔，通过进出油接头，提供马达所需要的高压油。配油轴径向铣有均匀分布的腰槽，腰槽幅角与转子上的活塞孔对应，配油轴上热配销轴，保证高低压环形回路互不干涉，并在马达旋转运动时，高低压油能够连续的进出，高压油作用输出扭矩，低压油作用排出马达，不会造成困油和堵塞现象。同时配油轴的外圆周面和转子的内圆周面是马达的主要内泄源，此处的配合要求精度高，同一间隙，泄油量随着压力、温度的变化而变化，对容积效率要求高的马达，可根据适用场地不同，配置相应的间隙。为了保证转子和配油轴的间隙受温度影响小，转子和配油轴采用相同的材料。转子其上有均匀布置的活塞孔，用来接纳活塞，同时转子的外圆也开有间隔均匀的长槽，用来固定摩擦副上的内半齿摩擦片和内齿钢片，制动马达依靠转子内前端上的平面轴承和碟形弹簧作用完成。当系统输入高压油时，钢球因在导轨曲线上受力不平衡，转子克服碟形弹簧力上浮，内外摩擦片脱开，驱动转子旋转。当高压油停止注入时，转子在碟形弹簧力作用下恢复，压紧内外摩擦片，实现马达的制动。活塞副外圆有活塞环密封，内圆上有耐磨环，中间上有小孔，当高压油推动活塞作用时，缝隙孔的喷射出油保证钢球和轨道及活塞耐磨环上的充分润滑。由于活塞在作用时受力不平衡，因此转子旋转的前后面是主要磨损面。

3.2减速器部件

液压马达通过太阳轮轴行星减速器传递运动到减速部件，降低了行走速度，提高了行走马达回转扭矩。主要结构是齿轮座体、齿轮壳体、角接触轴承、太阳轮轴、行星轮、轴承压盖、盖板等组成。齿轮座体材料为球墨铸铁，一端上有均匀分布螺纹孔，连接固定马达部件，另一端是作为行星轮架，其上紧配有销轴，定位固定行星轮。外圆周圈上有均匀分布的螺纹孔，通过其将行走马达连接固定于钻车。行星轮采用齿轮、轴、圆柱滚子组合式，齿轮的内孔起轴承的外圈的功能，其内有三排圆柱滚子，用来加强径向的支撑，齿轮齿根径向配做有三个均匀孔，润滑圆柱滚子。齿轮壳体通过其外圆周上均匀分布的螺纹孔固定履带驱动轮，齿轮座体和齿轮壳体中间装有一对浮封环和一对背靠背角接触球轴承，此时两轴承外轨道锥顶交错，径向膨胀量大于轴向膨胀量，保证工作间隙，由于两个轴承背靠背安装，考虑到装配的工艺性，第二个轴承会分离，采用外圈过盈，内圈过渡的配合。压盖设计一方面是为了固定轴承内圈，同时作为双支撑轴，加强了齿轮轴，压盖同时起定位四个行星齿轮的轴向位置。浮封环组件有一个O型密封圈和一个浮封环组成，并配对使用，浮封环配合表面平面度高，硬度HRC72左右，耐磨，且粗糙度好。O型密封圈主要是起到配对的浮封环轴向预胀紧和径向的定位作用，保证动静结合处液压油不外泄露。

4结论

本文以内曲线钢球径向液压行星行走减速马达为依托，配合简单的图文，以现有的设计经验，罗列了行走马达的设计流程，详细阐述了马达部分和减速器部分的结构及各部分功能。

参考文献：

[1]陈卓如.低速大扭矩马达理论设计与计算[J].机械工业出版社,1989.

[2]王守城,容一鸣.液压传动(第2版)[J].北京大学出版社,2013.

[3]成大先.《机械设计手册》(第5版)[J].化学工业出版社,2008.