1 研制目的
研制一種專門用于工程施工中條形鋼板批量切割的門型半自動(dòng)多頭切割機(jī)以提高工作效率及減少切割變形、提高切口外觀質(zhì)量。
2 方案選擇及設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)之前，我們進(jìn)行了多方考察論證，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上很多的多頭切割機(jī)存在較多的設(shè)計(jì)不合理之處，比如：傳動(dòng)部分離合器的控制較為復(fù)雜、供氣系統(tǒng)及切割總成操作非常繁瑣等。針對(duì)以上弊病，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)研究計(jì)算，對(duì)門型多頭切割機(jī)進(jìn)行了較多的改良，整體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)都進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
2.1 機(jī)械傳動(dòng)部分
多頭切割機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)部分由主調(diào)速電機(jī)、渦輪減速機(jī)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，主要實(shí)現(xiàn)門型切割機(jī)架平穩(wěn)、勻速地行走并針對(duì)切割板厚實(shí)現(xiàn)0.053～0.526m/min的可調(diào)切割速度。
1.離合器；2.蝸桿減速機(jī)；3.大鏈輪；4.齒輪；5.軸座連桿；6.小鏈輪；7.主軸；8.齒條
圖1
機(jī)械傳動(dòng)部分中的主調(diào)速電機(jī)選用電磁調(diào)速電機(jī)（型號(hào)YCT112-4B），功率為0.75kW，額定轉(zhuǎn)矩為4.9Nm，調(diào)速范圍為125～1230r/min；其使用優(yōu)點(diǎn)為調(diào)速范圍廣，速度調(diào)節(jié)平穩(wěn)，啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，使用維護(hù)方便，控制功率小。渦輪減速機(jī)（型號(hào)WPWEKO50-80）傳動(dòng)比為300∶1，輸出軸轉(zhuǎn)矩為500Nm；其使用優(yōu)點(diǎn)為傳動(dòng)比大，工作較平穩(wěn)，噪音低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)自鎖。鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由主動(dòng)軸、小鏈輪、大鏈輪、齒輪及傳動(dòng)連桿等組成（如圖1所示），鏈輪傳動(dòng)比約為1.5∶1。
鏈輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：
已知小鏈輪軸功率P=1.8kW，小鏈輪轉(zhuǎn)速n1=4.1r/min，傳動(dòng)比i=2.5，工作載荷平穩(wěn)，小鏈輪懸臂裝于軸上，軸直徑為30mm，兩輪中心連線與水平面夾角近于0°。
2.1.1 鏈輪齒數(shù)。
小鏈輪齒數(shù)：
z1=17
大鏈輪齒數(shù)：
z2=1.5×17=25.5，取25
2.1.2 實(shí)際傳動(dòng)比i。
2.1.3 鏈輪轉(zhuǎn)速。
小鏈輪轉(zhuǎn)速：
大鏈輪轉(zhuǎn)速：
2.1.4 設(shè)計(jì)功率Pd。
式中，KA=1，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表33.2-4；Kz=1.34，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表33.2-5；Km=1，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表33.2-6。
2.1.5 鏈條節(jié)距p由設(shè)計(jì)功率Pd=1.34kW和小鏈輪轉(zhuǎn)速n1=4.1r/min組成。
2.1.6 根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表33.2-7，dKmax=88>50。
2.1.7 aop≈15p。
2.1.8 Lp。
，取51節(jié)
2.1.9 鏈條節(jié)數(shù)Lp。
2.1.10 理論中心距a。
式中，KP=0.24907，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表32.2-8插值法。
2.1.11 實(shí)際中心距a'。
2.1.12 鏈速v。
2.1.13 有效圓周力F。
2.1.14 作用軸上的拉力QF。
齒輪齒條傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：
已知齒輪軸功率P=1.8kW，齒輪轉(zhuǎn)速n1=2.79r/min，工作載荷平穩(wěn)，齒輪懸臂裝于軸上，軸直徑為30mm，齒輪齒條中心連線與水平面的夾角近于0°。
齒輪的的疲勞極限應(yīng)力：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表35.2-41及表35.2-42，選擇齒輪的材質(zhì)為：
45#鋼，正火，硬度169～217HBS。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-16及圖35.2-27按MQ幾質(zhì)量要求取值，查得σH1im=640N/mm2，σFE1=500N/mm2。
齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距T1：
分度圓上的圓周力F：
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表35.2-22：
式中，彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分布系數(shù)KFβ：
KFβ=KHβ=1.12+0.18（b/d1）2+0.23×10-3b
=1.12+0.18（86.5/101.33）2+0.23×10-3b
=1.14
彎曲強(qiáng)度計(jì)算的載荷分布系數(shù)KHβ：
KHα=KHβ=1，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表35.2-30，KHα=1
復(fù)合齒形系數(shù)YN：按Zv=30，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-22，得YF=3.75。
復(fù)合齒形計(jì)算的復(fù)合度與螺旋角系數(shù)Yεβ：按εv=1.47，β=9.22°，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-26，得Yεβ=0.63。
將以上各數(shù)值代入齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式得：
安全系數(shù)SF：
式中：
壽命系數(shù)YN：對(duì)正火綱，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-27按N1=0.1745×10-9，查得N1=0.9。
相對(duì)直根圓角敏感系數(shù)YσrelT：根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-22知qs>1.5。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表35.2-33，YσrelT=1。相對(duì)直根表面狀況系數(shù)YRrelT：根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-22知as>1.7。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中表35.2-33，YRrelT=1。
尺寸系數(shù)YX：根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中圖35.2-29，Y1=1。
將以上數(shù)代入安全系數(shù)SF的公式得：
2.2 導(dǎo)向滾輪機(jī)構(gòu)
導(dǎo)向滾輪機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)門型切割機(jī)架的直線平行移動(dòng)，保證切割板塊的平直、準(zhǔn)確。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由四個(gè)導(dǎo)向輪組成，四個(gè)導(dǎo)向輪分成兩組夾緊導(dǎo)軌，使門型切割機(jī)架始終保持平穩(wěn)的直線平行運(yùn)動(dòng)（如圖2所示）。
1.夾輪機(jī)構(gòu)；2.齒條軌道；3.滾輪機(jī)構(gòu)；4.機(jī)架
圖2
2.3 切割機(jī)構(gòu)及供氣系統(tǒng)
切割機(jī)構(gòu)是由大齒條、切割總成、割嘴組成，由于半自動(dòng)切割機(jī)的切割機(jī)構(gòu)有操作簡(jiǎn)易、使用方便、容易掌握其操作原理的優(yōu)點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)中采用了半自動(dòng)切割機(jī)的切割機(jī)構(gòu)作為門型切割機(jī)多頭切割的單頭切割機(jī)構(gòu)。
1.高壓供氣閥門；2.氣體減壓器；3.高壓軟管；4.高壓供氣管路；5.供氣站框架；6.低壓供氣管路；7.氣瓶
圖3
供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮在施工中既要能夠提供其他半自動(dòng)切割機(jī)的供氣要求，又要滿足門型多頭切割機(jī)集中供氣的設(shè)計(jì)思路，所以這里我們將供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)集中供氣站（如圖3所示）。
2.4 電氣控制系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)通過(guò)電磁調(diào)速電機(jī)自帶控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)切割速度的調(diào)節(jié)，通過(guò)兩組交流接觸器實(shí)現(xiàn)切割機(jī)的正反向
行走。
3 結(jié)語(yǔ)
多頭切割機(jī)試制成功后，在我公司各個(gè)施工項(xiàng)目的施工中試用，效果良好，該設(shè)備的研制成功，解決了我公司在工程施工中條形鋼板的批量切割的難題，提高了工作效率和切割質(zhì)量。
