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多頭切割機以提高工作效率及減少切割變形、提高切口外觀質量。
2 方案選擇及設計
在設計之前，我們進行了多方考察論證，發現市場上很多的多頭切割機存在較多的設計不合理之處，比如：傳動部分離合器的控制較為復雜、供氣系統及切割總成操作非常繁瑣等。針對以上弊病，我們經過反復研究計算，對門型多頭切割機進行了較多的改良，整體結構、傳動系統及供氣系統都進行了重新設計。
2.1 機械傳動部分
多頭切割機的機械傳動部分由主調速電機、渦輪減速機、鏈輪傳動機構、齒輪齒條傳動機構等組成，主要實現門型切割機架平穩、勻速地行走并針對切割板厚實現0.053～0.526m/min的可調切割速度。
1.離合器；2.蝸桿減速機；3.大鏈輪；4.齒輪；5.軸座連桿；6.小鏈輪；7.主軸；8.齒條
圖1
機械傳動部分中的主調速電機選用電磁調速電機（型號YCT112-4B），功率為0.75kW，額定轉矩為4.9Nm，調速范圍為125～1230r/min；其使用優點為調速范圍廣，速度調節平穩，啟動力矩大，啟動平穩，結構簡單、可靠，使用維護方便，控制功率小。渦輪減速機（型號WPWEKO50-80）傳動比為300∶1，輸出軸轉矩為500Nm；其使用優點為傳動比大，工作較平穩，噪音低，結構緊湊，可以實現自鎖。鏈輪傳動機構由主動軸、小鏈輪、大鏈輪、齒輪及傳動連桿等組成（如圖1所示），鏈輪傳動比約為1.5∶1。
鏈輪傳動的設計計算：
已知小鏈輪軸功率P=1.8kW，小鏈輪轉速n1=4.1r/min，傳動比i=2.5，工作載荷平穩，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。
小鏈輪齒數：
z1=17
大鏈輪齒數：
z2=1.5×17=25.5，取25
2.1.2 實際傳動比i。
2.1.3 鏈輪轉速。
小鏈輪轉速：
大鏈輪轉速：
2.1.4 設計功率Pd。
式中，KA=1，根據參考文獻[1]中表33.2-4；Kz=1.34，根據參考文獻[1]中表33.2-5；Km=1，根據參考文獻[1]中表33.2-6。
2.1.5 鏈條節距p由設計功率Pd=1.34kW和小鏈輪轉速n1=4.1r/min組成。
2.1.6 根據參考文獻[1]中表33.2-7，dKmax=88>50。
2.1.7 aop≈15p。
2.1.8 Lp。
，取51節
2.1.9 鏈條節數Lp。
2.1.10 理論中心距a。
式中，KP=0.24907，根據參考文獻[1]中表32.2-8插值法。
2.1.11 實際中心距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。
齒輪齒條傳動的設計計算：
已知齒輪軸功率P=1.8kW，齒輪轉速n1=2.79r/min，工作載荷平穩，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力：
根據參考文獻[1]中表35.2-41及表35.2-42，選擇齒輪的材質為：
45#鋼，正火，硬度169～217HBS。
根據參考文獻[1]中圖35.2-16及圖35.2-27按MQ幾質量要求取值，查得σH1im=640N/mm2，σFE1=500N/mm2。
齒輪傳遞的轉距T1：
分度圓上的圓周力F：
齒根彎曲疲勞強度：
根據參考文獻[1]中表35.2-22：
式中，彎曲強度計算的載荷分布系數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
彎曲強度計算的載荷分布系數KHβ：
KHα=KHβ=1，根據參考文獻[1]中表35.2-30，KHα=1
復合齒形系數YN：按Zv=30，根據參考文獻[1]中圖35.2-22，得YF=3.75。
復合齒形計算的復合度與螺旋角系數Yεβ：按εv=1.47，β=9.22°，根據參考文獻[1]中圖35.2-26，得Yεβ=0.63。
將以上各數值代入齒根彎曲應力計算公式得：
安全系數SF：
式中：
壽命系數YN：對正火綱，根據參考文獻[1]中圖35.2-27按N1=0.1745×10-9，查得N1=0.9。
相對直根圓角敏感系數YσrelT：根據參考文獻[1]中圖35.2-22知qs>1.5。根據參考文獻[1]中表35.2-33，YσrelT=1。相對直根表面狀況系數YRrelT：根據參考文獻[1]中圖35.2-22知as>1.7。根據參考文獻[1]中表35.2-33，YRrelT=1。
尺寸系數YX：根據參考文獻[1]中圖35.2-29，Y1=1。
將以上數代入安全系數SF的公式得：
2.2 導向滾輪機構
導向滾輪機構主要實現門型切割機架的直線平行移動，保證切割板塊的平直、準確。導向機構由四個導向輪組成，四個導向輪分成兩組夾緊導軌，使門型切割機架始終保持平穩的直線平行運動（如圖2所示）。
1.夾輪機構；2.齒條軌道；3.滾輪機構；4.機架
圖2
2.3 切割機構及供氣系統
切割機構是由大齒條、切割總成、割嘴組成，由于半自動切割機的切割機構有操作簡易、使用方便、容易掌握其操作原理的優點，因此在設計中采用了半自動切割機的切割機構作為門型切割機多頭切割的單頭切割機構。
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
供氣系統的設計考慮在施工中既要能夠提供其他半自動切割機的供氣要求，又要滿足門型多頭切割機集中供氣的設計思路，所以這里我們將供氣系統設計為一個集中供氣站（如圖3所示）。
2.4 電氣控制系統
電氣系統通過電磁調速電機自帶控制電路來實現切割速度的調節，通過兩組交流接觸器實現切割機的正反向
行走。
3 結語
多頭切割機試制成功后，在我公司各個施工項目的施工中試用，效果良好，該設備的研制成功，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量。
