管道火焰切割机结构设计及计算

气体的选择
1. 燃气
目前生产中所用的燃气品种及它们的主要性质见表 1，以前用量最 多的是乙炔，近年来，由于丙烷价格便宜，使用安全，气源充足，综合效果优于 乙炔及其他燃气，故用量大大增加。 2. 氧气 氧气在火焰切割中用量较大。我国绝大部分用的是瓶装气态氧，其 缺点是质量不稳定， 影响切割质量和效率且增加耗量，造成大量的钢瓶和运输时 间的浪费。使用液氧其优越性相当大。由于氧在液体对储量大、运输效率高、气 体质量好、辅助时间少的优点，用于火焰切割可大大提高工作效率和切割质量， 值得大力推广。 表 1 火焰切割用燃气主要性质
3.预热时间
(3.3)
T预 K D ( H 40) (min)
(3.4)
T预 =0.004×（50+40）=0.36min=21s
4．切割速度
V切 K c－H (mm/min)
(3.5)
V切 400－50=350mm/min≈5.8mm /s
5.切割时间
T切 =50/5.8=8.6s
bf1 = 0.95 × b1 = 8.93 mm bfn = ps − 1 pt + bf1 ba = 0.13p = 2.06 mm rx ≈ p = 15.88 mm ra = 0.004 × p = 0.64 mm
链轮齿总宽 齿侧倒角 齿侧半径
齿侧凸缘圆角半径
量柱测量距 量柱直径 dR = di ,上偏差＋0.01 mm,下偏差 0 mm MR = d × cos 0.5π z + dRmin = 116.38 mm 滚子链链轮的齿槽形状 齿侧圆弧半径 re = 39.26 mm 最小齿槽形状 最大齿槽形状 滚子定位圆弧半径 最小齿槽形状 remax = 0.12d1 z + 2 = 28.04 mm remin = 0.008d1 z 2 + 180 = 50.47 mm ri = 5.21 mm rimin = 0.505d1 = 5.13 mm rimax = 0.505d1 + 0.069 d1 = 5.28 mm
1.2065
63.438
59.477
3
481.5
425
2343
2.0416
117.6
108.4
1.75～ 8.98
5.75
403.2
408
2143
丙烷、 丙烯混 合气 (各占 50%) 乙炔、 丙烯混 合气 (80%： 20%) 乙炔、 丙烷混 合气 (80%： 20%) 1.2748 67.055 63.838 2.4～ 32.3 3 358 2527 1.2555 65.535 62.724 2.38～ 37.04 2.9 360 2541 1.9619 97.467 90.45 2.08～ 10.46 4.75 431.25 455 2190
二．火焰切割机的机构
火焰切割机通常由切割机构、传动系统、导向支撑系统、及氧、乙炔管路系统等 部分组成。切割机一般都做成小车型式，故也有称之为切割小车。前四部分通常 都布置在小车上，输送电、气和水的管道则是通过软管导入小车中。切割速度随 工件温度及厚度而调整。 1.切割机构 切割机构是火焰切割装置的关键部分， 它主要由切割枪及其传动机构组成。
3
最大齿槽形状
滚子定位角 最小齿槽形状 α
max
= 140° − 90° z = 0.754π = 120° − 90° z = 0.634π = 124.92° α = 0.694π
以下数据为查表得到 节距 滚子直径 销轴直径 套筒孔径 内链节内宽 内链节外宽 内链节外宽 销轴全宽 链条通道高度 内链板高度 外或中链板高度 分度圆直径 d=
p: 15.88 mm d1: 10.16 mm d2: 5.09 mm d3: 5.12 mm b1: 9.4 mm b2: 13.84 mm b3: 13.89 mm b4: 21.8 mm h1: 15.35 mm h2: 15.09 mm h3: 13.03 mm
一．火焰切割主要参数的确定
火焰切割的主要参数是指气体压力、气体消耗量、切割速度及最小切割长 度等，可参照下列计算结合实际作适当修正后选用。 管道厚度： H=5~50mm 定尺寸长度： 9.7m 拉矫速度 V拉 =4.0m/min =0.067m/s 管道壁厚： 坡口 0-45 度
定尺拉坯时间：T=（9.7/4）×60=145.5s 管道直径 6—72 英寸(152.4mm----1828.8mm) 1.气体压力（切割操作台前） 切割氧 0.6 ~ 1MPa； 乙 炔 49 ~ 98kPa； 2.气体消耗量（按一个切割枪） （1）切割氧的消耗量 Q切
专用链 滑片式无级变速链， 保护拖链， 锯链， 锅炉链， 自来水刮渣链， 印铁烘炉链， 管钳链，农用拨禾链，推力链 异型链条 此处因为切割机的链条要频繁的安装拆卸，所以选用易拆连中的拽引链，方便安 装。 在此我们规定：链轮的齿数 z=21，传动比为 i=3. （1）计算当量的但排链的计算功率 pca
注：固体成分，含量中百分数皆指质量分数，气体成分含量皆指体积分数。
三．传动机构
1.链条的分类 类别 链条按不同的用途和功能区分为传动链、 输送链、 曳引链和专用特种链四种。 传动链： 主要用于传递动力的链条。 输送链： 主要用于输送物料的链条。 曳引链: 主要用于拉曳和起重的链条。 专用特种链: 主要用于专用机械装置上的、具有特殊功能和结构的链条。 传动链 A 系列传动用短节距精密滚子链,B 系列传动用短节距精密滚子链,加重系列 传动用短节距精密滚子链,石油钻机传动滚子链,传动用短节距精密套筒链,传动 用双节距精密滚子链,重载传动用弯板滚子链,传动用齿形链,摩托车链,自行车 链。 输送链 短节距精密滚子输送链， 双节距滚子输送链， 长节距输送链， 输送用平顶链， 输送用短节距精密套筒链，轻型双铰接悬挂输送链 易拆链 埋乔板输送链，工程用钢制滚子输送链，工程用钢制套筒输送链，农用滚子 输送链，农机用夹持输送链 曳引链 板式链，起重用圆环链，矿用高强度圆环链，提升机圆环链，销轴链，冷拔 机链，块式重载位曳链，滚子曳引链，曳引用弯板链
87.667
4.5
439.6
460
2224
16.043
0.7174
39.842
35.906
2
510.8
540
2043
-
0.4～0.5
18.65
16.49
0.85
-
406 1931.41
氢气 2.0160
0.0898
12.745
10.786
0.5
-
400
2210
乙烯 28.054 液化石 油气 (丙、 丁 烷各占 50%) -
（2）预热乙炔消耗量 Q乙
Q乙＝K B 0.0075 H （m 3 / h） Q乙 =2＋0.0075×50=2.4 m 3 / h
（3）预热氧消耗量 Q预
(3.2)
Q预 =（2.4 ~ 3.2） Q乙 （m 3 / h） Q预 =（2.4 ~ 3.2）×2.4=（5.76 ~ 7.68） m 3 / h
预热氧 天然气
0.2 ~ 0.6MPa； 98 ~ 196kPa；
Q切 K A H 10 （m 3 / h）
式中 K A ——温度系数（见表 3.1）
切割温度系数 铸坯温度 (C ) 温度系数 <400 600 0.55 1.5 450 800 0.45 1.5 500
（3.1）
表 3.1
1000 0.35 1 580
KA
KB
0.7 2 400
KC
KD
0.004
0.0032
0.0025
0.0022
因为管道温度小于 400:，所以 K A =0.7,
K B =2， K C =400， K D =0.004
Q切 K A H 10 （m 3 / h） Q切 =0.7×50＋10=45 m 3 / h
pca =
ka ×ຫໍສະໝຸດ Baidukz ×P kp
pca = 1.68 式中： Ka 工况系数 kz 主动链轮齿数系数 kp 多排链系数 P 传递的功率，kw （2）确定链条的型号和节距 p 链条的型号根据当量的单排链的计算功率 pca 和主动链轮转速 n1，由图 9—11 得 到。（参见机械设计第八版 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 编著） 选用滚子链，链条型号为 10A， 查表得节距 p=15.88，滚子直径 d1=10.16，内链节内宽 b1=9.4， （3）计算链速： v= n× z× p 860 × 21 × 1.4 = = 0.42 60 × 1000 60 × 1000 m s
2.链轮的计算 短节距传动用精密滚子链轮(GB/T 1243-2006)-单侧轮毂设计计算报告 已知条件: 链条型号 链轮齿数 链轮排数 排距 结构参数
xh: 10A z: 21 ps: 1 pt: 18.11 mm
D1: D2: B: L: C1: C2: r1:
30 mm 60 mm 82 mm 100 mm 1.2 mm 2.1 mm 1.22 mm
15.88 π = sin 1.5 = 106.51 mm sin z
p
齿顶圆直径 damin = d + p 1 − 1.6 − d1 = 111.2 mm z
damax = d + 1.25p − d1 = 116.2 mm （三圆弧 直线齿） da = d + 1.25p − d1 = 113.9 mm 齿根圆直径 df = d − d1 = 96.35 mm 齿高 hamin = 0.5 p − d1 = 2.86 mm
hamax = 0.625p − 0.5d1 +
0.8p = 5.45 mm z
ha = 0.27 × p = 4.29 mm 最大轴凸缘直径 π dg = p cot − 1.04h2 − 0.76 = 88.87 mm z 最大齿根距离 齿宽 lx = d × cos z × 2 − d1 = 96.06 mm
切割嘴的三种形式 前两种切割枪的火焰内有短的白色火焰，只有充分接近铸坯时才能切割。外 混式切割枪其火焰的焰心为白色长线状，一般切割嘴距铸件 50mm 即可切割。这 种切割枪长时间使用割嘴不会过热；切缝小而且切割表面平整，金属损耗小；因 预热洋气和燃气喷出后在空气中混合燃烧， 不会产生回火、 灭火， 工作安全可靠， 并且长时间使用切割嘴不会产生过热。 本次设计采用的外混式。 外混式切割枪，它形成的火焰焰心为白色长线状，切割嘴可距工件 50～100mm 内切割；外混式切割枪具有铸坯热清理效率高，切缝小，切割枪寿命长等优点。 切割枪是用铜合金制造，并通水冷却。
为切割不同厚度的铸坯， 需调整切割枪的切割嘴与铸坯表面的垂直距离，故切割 枪应能做垂直方向的运动，还要切坡口，故应该做旋转运动。 （1） 切割枪 切割枪切割时先把铸坯预热到熔点，再用高速氧气流把熔化的金 属吹去，形成切缝。切割枪是火焰切割装置的主体部件，它直接影响切缝质量、 切割速度和操作的稳定与可靠性。切割枪由枪体和切割嘴两部分组成，且关键是 切割嘴。 切割嘴依预热氧及预热燃气混合位置的不同， 大致可分为以下三种型式： 1）枪内混合式：预热氧气和燃气在切割枪内混合，喷出后燃烧。 2）内混式：预热氧气和燃气在切割枪端的切割嘴内混合，喷出后燃烧。 3）外混式：预热氧气和燃气分别经单独孔道喷出切割嘴后在大气中混合燃烧。
/(kg/m )(标 /(kg/m )(标 /(kg/m )(标 态下) 态下) 态下)
乙炔 26.036
1.091
58.502
56.488
2.5
丙烷 44.097
2.0102
101.266
93.240
5
422.9
450
2155
丙烯 42.081 天然气 (甲烷) 焦炉煤 气
①
1.9136
93.667
氧气 燃气种 相对分 类 子质量 密度
3
最 低 气化潜热 沸点温度) 着 燃烧热 温 度 /℃ 335 2620 度/℃ /(kJ/kg)(101325Pa, 火 量计温
高热值
3
低热值
3
/燃 爆炸极 气 限(%) (体 积 比) 2.2～ 81 2.1～ 9.5 2.0～ 11.7 5.0～ 15 6.3～ 38 4.0～ 75.9 2.7～ 34
火焰切割机结构设计及计算
火焰切割机是用氧气和各种燃气的燃烧火焰来切割工件。 火焰切割的主要特点是： 投资少，切割设备的外形尺寸较小，切缝比较平整，并不受工件温度和断面大小 的限制。但切割时间长、切缝宽，切口处的金属损耗严重，污染严重。切割时产 生的烟雾和熔渣污染环境，需要繁重的清渣工作。当切割断定尺寸时，需要增加 二次切割，消耗大量的氧气和燃气。