磁吸附式双轮减振切割机设计

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OO1：10.39698.issn.1671-3699.2012.12.012传统切割机-般采用电机驱动、手持作业，转速最高可达到上万转每分钟。电机在高速旋转运动状态下必将产生-定的振动量，采用手持作业经常性地会出现切割定位跑偏问题，有时会对操作者造成人身伤害1。所设计的磁吸附式双轮减振切割机采用磁性底座(S-N极磁铁)，将机身牢牢的吸附于切割体表面 .解决金属材料切割过程中振动引起 的跑偏问题，提高定位精确，提升工作效率，此外对于非金属材料切割体，采用双轮对称结构 f同向或反向1[2-3]，消除切割机在工作状态下的动态不平衡力，实现动平衡 下切割机减振功能。在动力方面 ，选用汽油机作为动力源，扩大了切割机的应用范围，摆脱了传统有绳切割机受电力源约束的局限性[41。

1 整机的主要结构及性能要求磁吸附式双轮减振切割机主要由汽油机 6、支架 4、磁性底座 18以及底盘 10四部分组成。汽油机连接于支架左上部位 ，通过联轴器连接于支架上的主动轴 5.经带轮传动系统传递旋转切割运动，手动纵向切割进给运动通过手摇柄的齿轮齿条运动手动实现。切割机整机结构如图 1所示 。

切割机的工作原理：转动手柄 3，支架 4上移，导杆 20脱离出导槽 22，将底盘 l0沿磁座导轨方向移动，再将磁座底部 l8置于切割体表面，磁座面接1.磁座开关 2.转柄轴 3.转柄 4.支架 5.主动轴 6.汽油机7.主动带轮 8.V型带 9.切割片 lO.底盘 11.滑槽齿条 12.滑槽l6.张紧轮轴 18.磁座底部 l9.磁盘20.导杆 22.导槽图 1 整机结构示意图触切割体.转动磁盘开关 1使磁盘 l9吸附于切割体表面，当切割机完成固定后，开启汽油机 6，使其动力传递至切割片 9上。动力传递过程如下：汽油机动力通过主动轴 5传递至主动皮带轮 7中，然后通过 V型带 8将运动传递至从动皮带轮 14上 ，最终通过从动轴 15传递至切割片上。逆时针旋转转柄 3，转柄轴 2转动，带动其上的滑槽齿轮 l3转动，通过与滑槽 12上的滑槽齿条 ll之间的啮合关系使支架进行上、下移动 ，以此控制切割深度。当需逆时针改变切割刀片的旋转方 向时 ，将 张紧轮轴 16沿左侧的槽下移并进入圆槽内，V型带与带轮的状收稿 日期：2012-07-11基金项目：浙江势技厅自然科学基金子项 目(LQ12E05011)；2011金华市科技局重点支助项目振动切割研制”(2011-1-049)作者简介：陆勇(1979-)，男，浙江金华人，金华职业技术学院机电工程学院讲师，研究方向为振动控制、结构动态设计。

41金华 职业技术学院学报5.主动轴 7.主动带轮8.V型带 14.从 动轮 15.从动 轴图 2 正转带轮传动机构4.支架 5.主动轴 8.V型带16.张紧轮轴 17.张紧轮图 3 反转带轮传动机构态内切或外切，切割片实现正转或反转(见图2、图3)切割工作完毕后，顺时针旋转转把，支架上升，切割片完成退刀，关闭汽油机开关，将底盘推回原位与左侧导杆连接.切割机调整至非工作状态即初始状态。

根据切割机功能设计要求，提出以下性能参数指标 ：净重 ： 20 kg尺寸规格 ： 600 ram400 ram350 mm汽油机规格 ： 30 CC最大输出转速 ：10000 r/min切割深度 ： 0～120 mm定位误差 ： -3 11/1最大吸附负载：100 kg2 主要部件的设计基于切割机的性能参数要求，整机设计分别从动力源选择、支架设计、传动方案选用、支架进给功能实现、磁座位置优化、底盘结构设计、切割片选用几方面进行，整机各项性能要求符合所提出参数指标2.1动力源选择传统的切割机动力源多选用交流电机，其特点是动力强劲 ，使用方便 ；不足之处是噪声大 ，工作时颤振引起的定位跑偏问题严重 ，另外也受电力源的位置约束。此外还有选择柴油机、液压/气动以及汽油机作为动力源的5J，各动力源特点比较见表 1通过表 1各驱动方式的特点对比，综合各方面因素，选择汽油机作为切割机的动力源 ，规格型号30 cc42表 1 各动力源对 比表驱动方式 特点需配备液压泵，动力较强，切割效率 掖j盘较低 .成本高气动 噪声 小 ，定位精 度好 ，切削力较小柴油机蹇 嘉汽油机 器 杂环境下使用，重量2.2支架设计及进给功能实现支架是切割机 的重要部件 。它的主要作用是支撑机身、传动系统以及定位切割刀片。由于机身采用两轮结构，支架结构左右对称，输入端为系统的动力源 ，输出端为切割片旋转运动。图 4为支架结构图。

1'图 4 支架结构2.摇柄轴 3.转柄 1 1.齿条12.燕尾滑槽 13.齿轮图 5 纵 向进给运动机构图 5为支架进给运动机构图 ，其纵向进给运动是通过齿轮 l3、齿条 11配合实现的 ，驱动方式为手动进给。

2.3传动方案选用根据所选用的动力源，参照带传动在吸振减振功能方面所具有 的独有特性 ，考虑体积 、成本等 因素，选用v型带作为系统传动件，采用 v型带与带轮配合的传动方案，左右对称各-套。右侧传动系统的主动轮 7与从动轮 14之间采用正常的固定式连接，切割片输出保持持续正转，左侧传动系统主动轮和与从动轮之间采用移动式连接，-方面切割片 9可纵向在-定 的范围内移动 ，另-方面切割片输出运动可进行正反转调节 (V型带 8与带轮间内切或外切)。传动系统平面示意图如图6所示，正转第 6期 陆勇星 等：磁 吸附式双轮减振切割机设计带轮传动机构见图2，反转带轮传动机构见图3。

根据汽油机额定输出转速为 10000 r/min，输出轴上主动轮带动从动轮工作 ，设计尺寸：主动轮直径dl48 mm，从 动轮 d280 mm，两轴 中心距 195 mm，切割片额定工作转速为6500 r/min，在实际设计过程中要求实际输出转速低于额定转速，计算过程为rb2/-/，1d1(1-13)/d2 (1)其中： 1为电机额定输出转速，n110000 r/min； 2切割片输出转速：为滑动系数 ，s0.01～0.02。

由于带传动的滑动系数数值很小，在-般传动计算中可不予考虑，故ndl 10000×U 6o00 r/min (2)n 6凡2≤6500 r/min，机器传动比为n2/n1O.6 (3)5.主动轴 6.汽油机 8.V型带 14.从动轮 23.联轴器 17.张紧轮图 6 传动 系统平面示意图2.4磁座位置优化磁座主要由磁盘材料 即永磁铁构成 ，安装于磁座内部 。吸附于金属材料表面，以增加切割工作过程中的平稳性。永磁吸盘是以高性能的稀土材料钕铁硼 (N>40)为内核 ，通过扳动磁座开关 1的合 、开，改变吸盘内部钕铁硼的磁力系统。达到吸盘吸附或释放 的目的。永磁吸盘磁路有 2个磁系，磁 系又分181.磁座开关 18.磁座底部 19.磁盘图 7 磁座结构为活动和固定两部分，改变活动磁系状态，工作极面分别处于磁场叠加或抵消两种不同的状态。磁座在空 间位置上上接支架 4，下连底座 10.磁座利用上端的燕尾滑槽 l2与支架相连 ，下部依附于底座。

通过磁座开关改变其中-块磁铁的磁极方向(磁铁旋转 180度)，控制磁铁磁性。

2.5切割片选用由于切割机的主要作用是对-些材料或障碍物进行快速切割 ，所选用 的切割刀片 9主要分为两大类：- 、砂轮片(主要用以切割钢筋混凝土材质)与金属硬质合金刀片(用以切割木材材质)。磁吸附式双轮减振切割机右侧切割片位置相对固定，左侧可纵向在-定范围内移动 .目的是为了实现某些特殊材质的切割 。如采用单-切割刀片(也可双刀片同时工作)。-侧采用砂轮片，另-侧采用金属硬质合金刀片等。砂轮规格 230 mm2.5 mm32 mm。

2.6底盘结构设计底盘 l0位于支架下端 ，主要作用为支撑机身与磁座。底盘支撑杆与支架固定连接，燕尾导槽下端设置有压簧，目的是为了降低手动操作时的工作强度。当切割机工作时，机身上端沿底座导轨移动至适当位置，转柄 3手动调节纵向高度 ，进行切割工作♂构如图 8所示。

10.底盘 18.磁座底部 20.导杆 21.支撑杆 22.导槽图 8 底盘结构3 测试结果所设计 的磁 吸附式双轮减振切割机经 过多次试验论证 ，当磁座 18吸附于金属切割体表面时 ，吸附力最高可达 1000 N，切割定位精度可达到，这在- 定程度上可大大提高切割机的定位精度。此外切割刀片可更换 ，即可以选用切 割钢材 、铁棒材料的砂 轮刀片 ，也可选用切割混凝土 、石材的金属刀片，43金华职业技术学 院学报切削过程最好采用冷却液进行冷却，否则当砂轮切割片切削深度达到5毫米以上时，砂轮片易磨损、破碎.金属切割易变形、失效。左侧切割刀片在竖直方向可纵向调节，调节范围、切削材料形状不限。切割机的实际工作转速最好低于额定转速，否则电机过载 。易损坏 。所研制样机实际工作参数如下 ：净重 ：22.5 kg，尺寸规格 ：580 mmx410 mmx360 mm，切割片最大输 出转速 ：5800 r/min，切割深度 ：0～80mm，定位误差：3.5 mm，最大磁吸附力：860 N，与设计参数基本相符。