一种回转驱动机构及施工设备的制作方法

本实用新型涉及回转系统技术领域，具体而言，涉及一种回转驱动机构及施工设备。

背景技术：

电铲是露天采矿的主要设备，主要由作业机构、上车系统和下车系统组成，其中上车系统主要包含回转平台及回转驱动系统、起升系统、配重箱、通风除尘、机棚及电气附件等，并且作业机构安装在回转平台上。回转系统可实现平台及上部安装件的360°全回转，并且回转系统能在紧急情况下实现可靠制动，回转系统是电铲实现挖掘、装卸作业的必备系统之一。

目前在回转系统中，电铲回转驱动电气系统主要采用交流变频调速系统，由于交流变频调速系统中仅有一套整流单元，不具备整流回馈的功能，通常在回路中设置并联制动单元，并通过制动单元的电阻器，消耗掉电机制动时所发的电能，导致能耗高，并且通过将电能转化为热能的方式也存在散热问题，影响电气系统的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题是回转驱动机构能耗较高。

为解决上述问题，本实用新型提供一种回转驱动机构，包括电气系统和机械传动系统，所述电气系统包括依次电连接的主变压器、两个整流回馈单元、公共直流母线和变频-逆变器，所述机械传动系统包括电机，所述变频-逆变器与所述电机连接；当所述回转驱动机构处于作业工况时，所述主变压器用于提供交流电，所述主变压器的输出端与两个所述整流回馈单元连接，所述整流回馈单元用于将交流电转换为直流电，直流电适于通过所述公共直流母线进入所述变频-逆变器，所述变频-逆变器用于将直流电转换为交流电以驱动所述电机；当所述回转驱动机构处于回转制动工况时，所述电机用于提供交流电，所述变频-逆变器用于将交流电转换为直流电，直流电适于通过所述公共直流母线进入两个所述整流回馈单元，所述整流回馈单元用于将直流电转换为交流电并传输至所述主变压器，所述主变压器用于将对交流电升压并传输至电网。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置两套整流回馈单元，提高了能量转换效率，减少了能量损耗；在作业工况下为电机提供稳定电源，在回转制动工况下通过电机将制动力转化为电能，实现能量的回收利用，且能量回收时不会对电网造成扰动；同时不产生逆变失效情况，优化电动机-发电机状态转换方式；公共直流母线回路电压恒定，不受电网电压波动影响。

优选地，所述电气系统还包括依次连接的高压受电器、高压负荷开关、隔离开关和主接触器，所述主接触器与所述主变压器连接，所述高压受电器用于接收所述电网传输的交流电，并依次通过所述高压负荷开关、所述隔离开关和所述主接触器传输至所述主变压器。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置高压受电器、高压负荷开关、隔离开关和主接触器作为高压电进入主变压器的开关设备，有效提高了主变压器的安全性。

优选地，两个所述整流回馈单元并联设置，当所述回转驱动机构处于作业工况时，所述公共直流母线为两个所述整流回馈单元的直流输出母线，当所述回转驱动机构处于回转制动工况时，所述公共直流母线为两个所述整流回馈单元的直流输入母线。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置两个整流回馈单元并联设置，提高了能量转换效率，有效减少了能量损耗。

优选地，所述变频-逆变器包括逆变部，所述逆变部包括整流状态和逆变状态，所述逆变部适于在所述整流状态下将所述电机提供的交流电转换为直流电并传输至所述公共直流母线，所述逆变部适于在所述逆变状态下将所述公共直流母线提供的直流电转换为交流电以驱动所述电机。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过变频-逆变器的逆变部进行交流-直流转换，实现电气系统和机械传动系统在作业工况和回转制动工况下的正常运行。

优选地，所述机械传动系统还包括制动器、回转减速机、回转平台、辊子组、齿圈、下车架、回转轴、齿轮和中央连接轴，所述电机分别与所述制动器及所述回转减速机连接，所述回转减速机与所述回转平台连接，所述回转平台通过所述辊子组与所述齿圈连接，所述齿圈安装在所述下车架上，所述回转轴的上端与所述回转减速机连接，所述齿轮与所述齿圈啮合，所述中央连接轴分别与所述回转平台、所述辊子组、所述齿圈及所述下车架连接。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置机械传动系统将制动力转换为电能，实现制动能量的回收再利用。

优选地，所述电机包括输出轴，所述回转减速机包括平行轴小齿轮和平行轴大齿轮，所述输出轴与所述平行轴小齿轮连接，所述平行轴小齿轮与所述平行轴大齿轮啮合。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置电机的输出轴与平行轴小齿轮连接，平行轴小齿轮与平行轴大齿轮啮合，实现电机的动力传动。

优选地，所述回转减速机还包括行星齿轮传动，所述行星齿轮传动的输出端与所述回转轴键连接。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置行星齿轮传动的输出端与回转轴键连接，实现扭矩的传递。

优选地，所述电机与所述回转减速机通过紧固件连接，所述电机的动力输出端与所述平行轴小齿轮键连接。

本实用新型所述的回转驱动机构，通过设置电机与回转减速机通过紧固件连接，电机的动力输出端与平行轴小齿轮键连接，实现扭矩的传递。

本实用新型还提供一种施工设备，包括多个如上所述的回转驱动机构。所述施工设备与上述回转驱动机构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

优选地，任一所述回转驱动机构包括一个电机，多个所述电机之间为机械耦合。

本实用新型所述的施工设备，通过设置电机之间机械耦合，提升作业效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的电气系统与电机的单线原理图；

图2为本实用新型实施例所述的机械传动系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的机械传动系统的具体结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的电铲回转全平行轴传动结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的电铲回转平行轴和行星减速机传动示意图。

附图标记说明：

1-高压受电器；2-高压负荷开关；3-隔离开关；4-主接触器；5-主变压器；6-整流回馈单元；7-公共直流母线；8-变频-逆变器；9-电机，901-输出轴；10-制动器；11-回转减速机，1101-平行轴小齿轮，1102-平行轴大齿轮，1103-行星齿轮传动；12-回转平台；13-辊子组；14-齿圈；15-下车架；16-回转轴；17-齿轮；18-中央连接轴；19-平行轴减速机；20-回转立轴；21-高速级平行轴减速；22-低速级行星级减速。

具体实施方式

电铲是露天采矿的主要设备，主要由作业机构、上车系统和下车系统组成，其中上车系统主要包含回转平台及回转驱动系统、起升系统、配重箱、通风除尘、机棚及电气附件等，并且作业机构安装在回转平台上。回转系统可实现平台及上部安装件的360°全回转，并且回转系统能在紧急情况下实现可靠制动，回转系统是电铲实现挖掘、装卸作业的必备系统之一。

电铲回转驱动电气系统主要有以下几种形式：发电机-电动机直流调速系统、可控硅直流调压调速系统、交流变频调速系统。由于交流变频调速系统具有技术先进、高效、节能、故障率低等优点，逐步成为主流。目前，主流交流变频调速系统主要有以下两种形式：①整流单元+公共直流母线变频调速系统；②可控硅整流回馈单元+公共直流母线变频调速系统。普通整流调速性能较好、可靠性高，但在回转制动工况下，需设计单独制动单元，制动产生的电能通过电阻发热消耗，无法实现能量回馈，能耗较高。可控硅整流回馈单元调速性能优异，可实现制动能量回馈电网，能耗低，但会出现逆变失败情况，对电网有干扰，因此需设计单独的逆变桥回路。

结合图4所示的全平行轴减速机传动，包括电机9、平行轴减速机19和回转立轴20，以及图5所示的一级平行轴+行星减速机传动，包括电机9、回转立轴20、高速级平行轴减速21和低速级行星级减速22，由于全平行轴减速机具有体积大、传动效率低等缺点，因此目前主流传动结构大多采用平行轴+行星减速机结构，以减小安装空间提高传动效率。但是，现有平行轴+行星减速机结构中的一级平行轴(高速级)设计在减速机箱体中，驱动电机轴与减速机输入轴外花键连接传递扭矩。由于高速级处于减速机壳体内部，高速级小齿轮的维护与更换需要将整个减速机上盖拆开才能进行，并且小齿轮若出现破损断裂等情况，掉落的碎屑会对行星级传动造成巨大损伤，存在较大风险。另外，目前行星级的外齿圈与减速机壳体是一体式结构，因此在电铲回转工作过程中，减速机所承受的扭转冲击载荷均传到至减速机壳体，壳体之间连接以及壳体与回转平台连接部分均会受到较大冲击，连接的可靠性降低。最后，由于减速机结构限制，行星级输出端与回转立轴连接时，必须先将减速机行星级拆除，才能将回转立轴安装固定到位，然后再拼装好减速机，安装拆卸工程量大，极为复杂，效率很低。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种回转驱动机构，包括电气系统和机械传动系统，所述电气系统包括依次电连接的主变压器5、两个整流回馈单元6、公共直流母线7和变频-逆变器8，所述机械传动系统包括电机9，所述变频-逆变器8与所述电机9连接；当所述回转驱动机构处于作业工况时，所述主变压器5用于提供交流电，所述主变压器5的输出端与两个所述整流回馈单元6连接，所述整流回馈单元6用于将交流电转换为直流电，直流电适于通过所述公共直流母线7进入所述变频-逆变器8，所述变频-逆变器8用于将直流电转换为交流电以驱动所述电机9；当所述回转驱动机构处于回转制动工况时，所述电机9用于提供交流电，所述变频-逆变器8用于将交流电转换为直流电，直流电适于通过所述公共直流母线7进入两个所述整流回馈单元6，所述整流回馈单元6用于将直流电转换为交流电并传输至所述主变压器5，所述主变压器5用于将对交流电升压并传输至电网。

具体地，在本实施例中，回转驱动机构包括电气系统和机械传动系统，其中，电气系统包括依次电连接的主变压器5、两个整流回馈单元6、公共直流母线7和变频-逆变器8，机械传动系统包括电机9，变频-逆变器8与电机9连接。

当回转驱动机构处于作业工况时，主变压器5将高压10kv交流电降为690v交流电，主变压器5两个输出回路分别连接主、从afe(activefrontend,主动前端,因为位于电源进线侧，所以被称为前端)两个整流回馈单元6，整流后输出为690v直流电，直流电通过公共直流母线7进入变频-逆变器8中，通过逆变使690v直流电转换为690v交流电，并提供给电机9使用。

当回转驱动机构处于回转制动工况时，结合图2所示，电机9配合制动器10等部件，将制动力转换为电能，电机9变为发电状态，输出690v交流电，此时逆变器8处于整流状态，690v交流电转化为直流电，经过公共直流母线7后既可提供给提升、推压、行走电机使用，也可直接进入到整流回馈单元6，两套整流回馈单元6既能保证公共直流母线7的电压稳定，也能将多余的电能逆变并经主变压器5升压后回馈到电网，不会出现逆变失败，也不产生谐波，对电网无任何影响，可靠性很高。直流公共母线上无需串联制动电阻单元。

在本实施例中，通过设置两套整流回馈单元，提高了能量转换效率，减少了能量损耗；在作业工况下为电机提供稳定电源，在回转制动工况下通过电机将制动力转化为电能，实现能量的回收利用，且能量回收时不会对电网造成扰动；同时不产生逆变失效情况，优化电动机-发电机状态转换方式；公共直流母线回路电压恒定，不受电网电压波动影响。

可选地，所述电气系统还包括依次连接的高压受电器1、高压负荷开关2、隔离开关3和主接触器4，所述主接触器4与所述主变压器5连接，所述高压受电器1用于接收所述电网传输的交流电，并依次通过所述高压负荷开关2、所述隔离开关3和所述主接触器4传输至所述主变压器5。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，电气系统还包括依次连接的高压受电器1、高压负荷开关2、隔离开关3和主接触器4，10kv高压交流电通过高压受电器1输入，经过高压负荷开关2、隔离开关3、主接触器4后，进入到主变压器5，通过主变压器5的作用后电压降为690v交流电，而在回转制动工况，也能通过整流回馈单元6将多余的电能逆变经主变压器5升压后回馈到电网，不会出现逆变失败，也不产生谐波，对电网无任何影响，可靠性很高。

在本实施例中，通过设置高压受电器、高压负荷开关、隔离开关和主接触器作为高压电进入主变压器的开关设备，有效提高了主变压器的安全性。

可选地，两个所述整流回馈单元6并联设置，当所述回转驱动机构处于作业工况时，所述公共直流母线7为两个所述整流回馈单元6的直流输出母线，当所述回转驱动机构处于回转制动工况时，所述公共直流母线7为两个所述整流回馈单元6的直流输入母线。

具体地，在本实施例中，结合图1所示，两个整流回馈单元6并联设置，当回转驱动机构处于作业工况时，公共直流母线7为两个整流回馈单元6的直流输出母线，当回转驱动机构处于回转制动工况时，公共直流母线7为两个整流回馈单元6的直流输入母线。

在本实施例中，通过设置两个整流回馈单元并联设置，提高了能量转换效率，有效减少了能量损耗。

可选地，所述变频-逆变器8包括逆变部，所述逆变部包括整流状态和逆变状态，所述逆变部适于在所述整流状态下将所述电机9提供的交流电转换为直流电并传输至所述公共直流母线7，所述逆变部适于在所述逆变状态下将所述公共直流母线7提供的直流电转换为交流电以驱动所述电机9。

具体地，在本实施例中，变频-逆变器8包括变频部和逆变部，变频器作为交流控制器，并不具备逆变和整流作用，逆变部适于在整流状态下将电机9提供的交流电转换为直流电并传输至公共直流母线7，逆变部适于在逆变状态下将公共直流母线7提供的直流电转换为交流电以驱动电机9。通过变频-逆变器8的逆变部进行交流-直流转换，实现电气系统和机械传动系统在作业工况和回转制动工况下的正常运行。

在本实施例中，通过变频-逆变器的逆变部进行交流-直流转换，实现电气系统和机械传动系统在作业工况和回转制动工况下的正常运行。

可选地，所述机械传动系统还包括制动器10、回转减速机11、回转平台12、辊子组13、齿圈14、下车架15、回转轴16、齿轮17和中央连接轴18，所述电机9分别与所述制动器10及所述回转减速机11连接，所述回转减速机11与所述回转平台12连接，所述回转平台12通过所述辊子组13与所述齿圈14连接，所述齿圈14安装在所述下车架15上，所述回转轴16的上端与所述回转减速机11连接，所述齿轮17与所述齿圈14啮合，所述中央连接轴18分别与所述回转平台12、所述辊子组13、所述齿圈14及所述下车架15连接。

具体地，在本实施例中，结合图2所示，机械传动系统还包括制动器10、回转减速机11、回转平台12、辊子组13、齿圈14、下车架15、回转轴16、齿轮17和中央连接轴18，制动器10安装于回转电机9上端,回转电机9下端安装于回转减速机11上表面,回转减速机11下表面安装于回转平台12上表面,回转轴16上端与回转减速机11连接，回转轴16穿过回转平台12，回转轴16另下端从回转平台12下表面露出，并与齿轮17连接，齿轮17与齿圈14啮合，回转平台12通过辊子组13与齿圈14连接，齿圈14安装于下车架15上表面。回转平台12、辊子组13、齿圈14、下车架15通过中央连接轴18进行连接，其中回转平台12与中央连接轴18通过紧固件进行连接，中央连接轴18与下车架15可以相对转动。制动器10的制动力矩通过电机9、回转减速机11、回转轴16传递至齿轮17，通过齿轮啮合，制动力矩使回转平台12与下车架15的相对运动减速，回转平台12及其上部安装的其他部件整体相对下车架15的回转运动减速，进而实现了制动，并且回转制动过程中，回转电机9被动反转成为发电机，制动力可通过发电机反转将动能转化为电能，实现制动能量的回收再利用。

其中，当回转驱动机构处于作业工况时，电机9在电气系统驱动下，提供回转、提升、推压和行走等功能；而当回转驱动机构处于回转制动工况时，电机9转换为发电机，通过制动器10等部件将制动力转化为电能，实现制动能量的回收再利用。

在本实施例中，通过设置机械传动系统将制动力转换为电能，实现制动能量的回收再利用。

可选地，所述电机9包括输出轴901，所述回转减速机11包括平行轴小齿轮1101和平行轴大齿轮1102，所述输出轴901与所述平行轴小齿轮1101连接，所述平行轴小齿轮1101与所述平行轴大齿轮1102啮合。

具体地，在本实施例中，结合图3所示，电机9包括输出轴901，回转减速机11包括平行轴小齿轮1101和平行轴大齿轮1102，输出轴901与平行轴小齿轮1101连接，平行轴小齿轮1101与平行轴大齿轮1102啮合。电机9的壳体与回转减速机11的壳体通过紧固件连接固定，电机9动力输出端与回转减速机11的平行轴小齿轮1101通过键连接传递驱动扭矩。

在本实施例中，通过设置电机的输出轴与平行轴小齿轮连接，平行轴小齿轮与平行轴大齿轮啮合，实现电机的动力传动。

可选地，所述回转减速机11还包括行星齿轮传动1103，所述行星齿轮传动1103的输出端与所述回转轴16键连接。

具体地，在本实施例中，结合图3所示，回转减速机11还包括行星齿轮传动1103，行星齿轮传动1103的输出端与回转轴16键连接，例如花键，回转轴16与回转平台12通过轴承进行支撑，回转轴16下端通过花键与齿轮17连接，齿轮17通过轴端挡板进行限位。

回转减速机11的齿轮17维护时直接从上部拆去回转电机9即可取出齿轮17，无需将整个回转减速机11拆除，维护十分方便；平行轴小齿轮1101下方为油池，即使齿轮17有破损的碎屑掉落也不影响行星级减速的机械结构，安全性较高。行星级为独立结构，电铲回转过程中的扭矩不会传递到回转减速机11外壳体，保证了外壳体与平台连接的安全性和可靠性。另外，在安装或拆卸回转轴16时，只需从回转平台12下方拆除齿轮17及下部端盖，回转轴16即可从下方直接拔出，回转平台12上方的回转减速机11无需拆解，因此安装维护极为方便。

在本实施例中，通过设置行星齿轮传动的输出端与回转轴键连接，实现扭矩的传递。

可选地，所述电机9与所述回转减速机11通过紧固件连接，所述电机9的动力输出端与所述平行轴小齿轮1101键连接。

具体地，在本实施例中，结合图2和图3所示，电机9与回转减速机11通过紧固件连接，电机9的动力输出端与平行轴小齿轮1101键连接，从而实现扭矩传递。回转减速机11第一级为平行轴齿轮传动，回转减速机11第二级、第三级均为行星齿轮传动。

在本实施例中，通过设置电机与回转减速机通过紧固件连接，电机的动力输出端与平行轴小齿轮键连接，实现扭矩的传递。

可选地，所述回转减速机11与所述回转平台12通过止口和法兰螺栓连接。

具体地，在本实施例中，回转减速机11与回转平台12通过止口和法兰螺栓连接，从而提高了回转减速机11与回转平台12的连接强度及配合度，有利于工作工况和回转制动工况下机械传动系统的运行流畅度提升。

在本实施例中，通过设置回转减速机与回转平台通过止口和法兰螺栓连接，从而提高了回转减速机与回转平台的连接强度及配合度，有利于工作工况和回转制动工况下机械传动系统的运行流畅度提升。

本实用新型另一实施例提供一种施工设备，包括多个如上所述的回转驱动机构。所述施工设备与上述回转驱动机构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

可选地，任一所述回转驱动机构包括一个电机9，多个所述电机9之间为机械耦合。

具体地，在本实施例中，多个回转驱动机构的机械传动系统包括多个电机9，电机9之间为机械耦合，例如在作业过程中，两台回转电机之间存在机械耦合，变频-逆变器8控制时采用转矩主从控制，以转矩控制为主，速度控制为辅，提升作业效率。其中，机械耦合指的是两个或两个以上的电机9相互依赖于对方的一个量度，通常由齿轮啮合传动的关联度等来体现。

在本实施例中，通过设置电机之间机械耦合，提升作业效率。

虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。