1 研制目的
研制一种专门用于工程施工中条形钢板批量切割的门型半自动多头切割机以提高工作效率及减少切割变形、提高切口外观质量。
2 方案选择及设计
在设计之前，我们进行了多方考察论证，发现市场上很多的多头切割机存在较多的设计不合理之处，比如：传动部分离合器的控制较为复杂、供气系统及切割总成操作非常繁琐等。针对以上弊病，我们经过反复研究计算，对门型多头切割机进行了较多的改良，整体结构、传动系统及供气系统都进行了重新设计。
2.1 机械传动部分
多头切割机的机械传动部分由主调速电机、涡轮减速机、链轮传动机构、齿轮齿条传动机构等组成，主要实现门型切割机架平稳、匀速地行走并针对切割板厚实现0.053～0.526m/min的可调切割速度。
1.离合器；2.蜗杆减速机；3.大链轮；4.齿轮；5.轴座连杆；6.小链轮；7.主轴；8.齿条
图1
机械传动部分中的主调速电机选用电磁调速电机（型号YCT112-4B），功率为0.75kW，额定转矩为4.9Nm，调速范围为125～1230r/min；其使用优点为调速范围广，速度调节平稳，启动力矩大，启动平稳，结构简单、可靠，使用维护方便，控制功率小。涡轮减速机（型号WPWEKO50-80）传动比为300∶1，输出轴转矩为500Nm；其使用优点为传动比大，工作较平稳，噪音低，结构紧凑，可以实现自锁。链轮传动机构由主动轴、小链轮、大链轮、齿轮及传动连杆等组成（如图1所示），链轮传动比约为1.5∶1。
链轮传动的设计计算：
已知小链轮轴功率P=1.8kW，小链轮转速n1=4.1r/min，传动比i=2.5，工作载荷平稳，小链轮悬臂装于轴上，轴直径为30mm，两轮中心连线与水平面夹角近于0°。
2.1.1 链轮齿数。
小链轮齿数：
z1=17
大链轮齿数：
z2=1.5×17=25.5，取25
2.1.2 实际传动比i。
2.1.3 链轮转速。
小链轮转速：
大链轮转速：
2.1.4 设计功率Pd。
式中，KA=1，根据参考文献[1]中表33.2-4；Kz=1.34，根据参考文献[1]中表33.2-5；Km=1，根据参考文献[1]中表33.2-6。
2.1.5 链条节距p由设计功率Pd=1.34kW和小链轮转速n1=4.1r/min组成。
2.1.6 根据参考文献[1]中表33.2-7，dKmax=88>50。
2.1.7 aop≈15p。
2.1.8 Lp。
，取51节
2.1.9 链条节数Lp。
2.1.10 理论中心距a。
式中，KP=0.24907，根据参考文献[1]中表32.2-8插值法。
2.1.11 实际中心距a'。
2.1.12 链速v。
2.1.13 有效圆周力F。
2.1.14 作用轴上的拉力QF。
齿轮齿条传动的设计计算：
已知齿轮轴功率P=1.8kW，齿轮转速n1=2.79r/min，工作载荷平稳，齿轮悬臂装于轴上，轴直径为30mm，齿轮齿条中心连线与水平面的夹角近于0°。
齿轮的的疲劳极限应力：
根据参考文献[1]中表35.2-41及表35.2-42，选择齿轮的材质为：
45#钢，正火，硬度169～217HBS。
根据参考文献[1]中图35.2-16及图35.2-27按MQ几质量要求取值，查得σH1im=640N/mm2，σFE1=500N/mm2。
齿轮传递的转距T1：
分度圆上的圆周力F：
齿根弯曲疲劳强度：
根据参考文献[1]中表35.2-22：
式中，弯曲强度计算的载荷分布系数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
弯曲强度计算的载荷分布系数KHβ：
KHα=KHβ=1，根据参考文献[1]中表35.2-30，KHα=1
复合齿形系数YN：按Zv=30，根据参考文献[1]中图35.2-22，得YF=3.75。
复合齿形计算的复合度与螺旋角系数Yεβ：按εv=1.47，β=9.22°，根据参考文献[1]中图35.2-26，得Yεβ=0.63。
将以上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得：
安全系数SF：
式中：
寿命系数YN：对正火纲，根据参考文献[1]中图35.2-27按N1=0.1745×10-9，查得N1=0.9。
相对直根圆角敏感系数YσrelT：根据参考文献[1]中图35.2-22知qs>1.5。根据参考文献[1]中表35.2-33，YσrelT=1。相对直根表面状况系数YRrelT：根据参考文献[1]中图35.2-22知as>1.7。根据参考文献[1]中表35.2-33，YRrelT=1。
尺寸系数YX：根据参考文献[1]中图35.2-29，Y1=1。
将以上数代入安全系数SF的公式得：
2.2 导向滚轮机构
导向滚轮机构主要实现门型切割机架的直线平行移动，保证切割板块的平直、准确。导向机构由四个导向轮组成，四个导向轮分成两组夹紧导轨，使门型切割机架始终保持平稳的直线平行运动（如图2所示）。
1.夹轮机构；2.齿条轨道；3.滚轮机构；4.机架
图2
2.3 切割机构及供气系统
切割机构是由大齿条、切割总成、割嘴组成，由于半自动切割机的切割机构有操作简易、使用方便、容易掌握其操作原理的优点，因此在设计中采用了半自动切割机的切割机构作为门型切割机多头切割的单头切割机构。
1.高压供气阀门；2.气体减压器；3.高压软管；4.高压供气管路；5.供气站框架；6.低压供气管路；7.气瓶
图3
供气系统的设计考虑在施工中既要能够提供其他半自动切割机的供气要求，又要满足门型多头切割机集中供气的设计思路，所以这里我们将供气系统设计为一个集中供气站（如图3所示）。
2.4 电气控制系统
电气系统通过电磁调速电机自带控制电路来实现切割速度的调节，通过两组交流接触器实现切割机的正反向
行走。
3 结语
多头切割机试制成功后，在我公司各个施工项目的施工中试用，效果良好，该设备的研制成功，解决了我公司在工程施工中条形钢板的批量切割的难题，提高了工作效率和切割质量。
