銑刨機(jī)排刀螺旋線的設(shè)計探討

冷志剛，劉小娥，邸 欽

（江蘇華通動力重工有限公司產(chǎn)品研發(fā)部，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

銑刨機(jī)排刀螺旋線的設(shè)計探討

冷志剛，劉小娥，邸 欽

（江蘇華通動力重工有限公司產(chǎn)品研發(fā)部，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

銑刨機(jī)作為路面養(yǎng)護(hù)的專用設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，工作轉(zhuǎn)子是銑刨機(jī)的核心部件，其設(shè)計水平直接決定銑刨機(jī)的性能，工作轉(zhuǎn)子設(shè)計重點是設(shè)計排刀螺旋線。從排刀的原理、設(shè)計螺旋線的參數(shù)選定、影響螺旋升角的因素、螺旋頭數(shù)對螺旋線設(shè)計的影響等方面闡述排刀螺旋線的設(shè)計。

銑刨機(jī)；工作轉(zhuǎn)子；排刀螺旋線；螺旋升角；螺旋頭數(shù)

隨著中國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路總里程數(shù)不斷飛增，公路的養(yǎng)護(hù)工作也日益重要，各種養(yǎng)護(hù)工藝、養(yǎng)護(hù)模式、養(yǎng)護(hù)設(shè)備蓬勃興起。銑刨機(jī)作為一種高效的路面機(jī)械化養(yǎng)護(hù)設(shè)備，已成為養(yǎng)護(hù)工作的重要施工設(shè)備［1］。銑刨機(jī)的工作轉(zhuǎn)子是整機(jī)的核心部件，各公司都有獨到的設(shè)計和制造工藝，維特根機(jī)械有限公司、徐州工程機(jī)械股份有限公司、江蘇華通動力重工有限公司能夠自行設(shè)計制造工作轉(zhuǎn)子，凱南麥特有限公司為多家廠商代工。各公司的工作轉(zhuǎn)子設(shè)計雖各有不同，但設(shè)計的基礎(chǔ)理論大同小異，筆者結(jié)合江蘇華通動力重工有限公司的1.3 m銑刨機(jī)，對轉(zhuǎn)子排刀螺旋線進(jìn)行設(shè)計。

1 銑刨刀結(jié)構(gòu)分類

銑刨機(jī)的工作原理是通過工作轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，帶動安裝在其上的銑刨刀作圓周運(yùn)動，從而實現(xiàn)對路面的銑削［2］。而銑刨刀的排列直接影響銑刨機(jī)的工作能力、工作效率以及工作質(zhì)量。

工作轉(zhuǎn)子上的銑刨刀按位置分有三大類：工作主刀、邊刀、修邊刀。工作主刀負(fù)責(zé)自下而上地切削路面，完成路面的銑刨工作。邊刀主要負(fù)責(zé)側(cè)向切削路面，布置在軸向兩端邊緣處，在圓周上均布4～6把，切削負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作主刀。修邊刀負(fù)責(zé)路緣修整工作。路緣經(jīng)過邊刀的切削已經(jīng)成形，修邊刀的切削量很小，且為了邊緣的平整，同時布置多組修邊刀，因此修邊刀的負(fù)荷最小。

邊刀、修邊刀因負(fù)荷小且布置在軸向的兩端，在主刀排布結(jié)束后，再在軸向的兩端根據(jù)均勻的原則靈活排布。本文所研究銑刨刀的排列是指工作主刀的排布，邊刀、修邊刀在此不作論述。

進(jìn)行銑刨刀的排列有3個重要的原則：

1）要做到寬度方向均排［3］，就有了參數(shù)b，即相鄰銑刨刀的軸向間距。b的數(shù)值除了精銑刨鼓外，一般都取15 mm。

2）要在圓周徑向均勻排列［3］，就有了參數(shù)α，即銑刨刀的徑向夾角。α的值根據(jù)銑刨刀的數(shù)量來確定。這樣，銑刨刀就可以在參數(shù)b和α的作用下準(zhǔn)確地在銑刨鼓的圓周上進(jìn)行定位。

3）在實際的工作轉(zhuǎn)子設(shè)計中，還要考慮到銑刨下來的物料要向中間聚攏并拋出，銑刨刀在圓周上就不能跳躍排列，要按規(guī)律地圓滑過渡、漸進(jìn)排列，為此又有了按對稱螺旋線排列銑刨刀的原則［4］。

在上面3個原則的指導(dǎo)下，得出銑刨機(jī)螺旋線的排列方法，以工作轉(zhuǎn)子的中線對分，左右對稱分布，螺旋線上的每一把銑刨刀不僅要保證在軸向的均勻間距，也要做到在圓周上均勻分布，以保證工作轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時，同一時間里，只有1把銑刨刀對地面進(jìn)行切削，銑刨負(fù)荷最小且穩(wěn)定，使銑刨機(jī)的銑刨能力和銑刨效率達(dá)到最佳［5］。

在銑刨刀的排列過程中，還要考慮其他很多因素，如工作主刀的偏轉(zhuǎn)角的選擇、入地角的設(shè)計，邊刀側(cè)邊切削角的設(shè)計，修邊刀的切入角的設(shè)計等。這里主要探討螺旋線設(shè)計的問題。

2 排刀螺旋線的設(shè)計

筆者試?yán)挪家幌侣菪€，設(shè)定工作轉(zhuǎn)子基圓的直徑為d，寬度為L，相鄰兩銑刨刀齒跡距為b，螺旋線頭數(shù)為k，由此便可畫出工作轉(zhuǎn)子筒體簡圖來。為了研究方便，將工作轉(zhuǎn)子筒體沿軸線方向切開，得到展開圖，如圖1，圖2所示。圖1為螺旋頭數(shù)為單頭的螺線排布示例，圖2為螺旋頭數(shù)為雙頭的螺線排布示例。

圖1 k=1時螺線排布

圖2 k=2時螺線排布

首先，看一下螺旋線頭數(shù)k對螺旋的升角γ的影響。螺旋線上銑刨刀數(shù)量是固定的，銑刨寬度為L，相鄰銑刨刀的軸向間距為b，則銑刨刀的數(shù)量

同時，圓周上相鄰銑刨刀的徑向夾角就固定為

螺旋線左右對稱交錯，頭數(shù)為k，則同一條螺線上的相鄰銑刨刀的軸向間距

圓周夾角

螺旋升角

即

由此得出，螺旋升角γ只與相鄰銑刨刀軸向間距和圓周上相鄰銑刨刀夾角有關(guān)，螺旋頭數(shù)k與螺旋升角無關(guān)。

螺旋升角的最小值出現(xiàn)在銑刨寬度500 mm的工作轉(zhuǎn)子上，取d=370 mm，則

螺旋升角的最大值出現(xiàn)在銑刨寬度2 000 mm的工作轉(zhuǎn)子上，取d=650 mm，則

因為廢料與螺旋葉片的摩擦角在30°～40°之間，螺旋升角要求小于廢料與螺旋葉片的摩擦角［6］，所以排布螺旋線時一般不會考慮去做減小螺旋升角的調(diào)整，在有些情況下還會做增大的設(shè)計，以提高攏料的效率。

螺旋線設(shè)計一般取繞圓周1周，這樣的話，螺旋升角就是固定值，如果要增加螺旋升角，設(shè)計時可以根據(jù)需要的螺旋升角，減小螺旋線繞圓周的角度，余下位置以布置邊刀和修邊刀來達(dá)到刀具圓周方向均勻的要求。

3 實際排刀驗證

以對稱單頭螺旋線排刀時，同一螺旋線的相鄰兩把刀間距為b，圓周夾角為2α；多頭時，同一螺旋線的相鄰兩把刀間距為kb，圓周夾角為2kα。因為螺旋頭數(shù)多，必然會導(dǎo)致相鄰螺旋線間的距離縮短，對廢料的聚攏不利，也會加大廢料與工作轉(zhuǎn)子間的摩擦，增加負(fù)荷，攏料螺旋上的刀具數(shù)量減少，攏料螺旋的利用率低，所以一般沒有4頭以上的螺旋排布方案。

單頭螺旋排布只在銑刨寬度小于500 mm的工作轉(zhuǎn)子排刀上有應(yīng)用，其他中型以上銑刨機(jī)工作轉(zhuǎn)子一般不采用。2頭螺旋排布設(shè)計簡單，同一螺旋線上銑刨刀的排列緊密，螺旋間距大，攏料效率高。3頭螺旋排布，同一螺旋線上銑刨刀的排列間距大，螺旋線間距小，攏料負(fù)載小。

2頭、3頭螺旋線排布各有優(yōu)點，都在工作轉(zhuǎn)子上有實際應(yīng)用，能滿足使用要求。在這兩種設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展出4頭螺旋線設(shè)計，如圖3，圖4所示。由圖3可知，銑刨刀在工作轉(zhuǎn)子上交錯排列成4條螺旋線，但與2頭、3頭不同的是，每條螺旋線不是繞整圓周，而是只繞半圓周，這樣就加大了螺旋升角，提高了攏料的性能，而且極大地增大了因螺旋線多而減小的螺旋間距，既有良好攏料效率，又有較小的攏料負(fù)載。這種方法排布的螺旋線，銑刨刀在工作轉(zhuǎn)子筒體上分布均勻，間距適中。

圖3 4頭螺旋線排刀圖

圖4 4頭螺旋線銑刨軌跡

工作時，能保證銑刨刀有規(guī)律地以對稱的方式交替切入地面，圖4就是4頭螺旋線銑刨軌跡模擬。從圖4中可以看出，各螺旋線上的刀頭依次切入地面，同時左、右螺旋線上的刀頭也是交替切入地面，這樣，銑刨機(jī)工作轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時，切入地面產(chǎn)生的軸向不平衡力就會得到平衡，保證工作轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，性能優(yōu)異。

4 結(jié)束語

本文是以江蘇華通動力重工有限公司的銑刨機(jī)為研究對象，并引用凱麥特公司工作轉(zhuǎn)子的設(shè)計方案作對比，從螺旋線的設(shè)計方面入手探討工作轉(zhuǎn)子的設(shè)計，重點闡述排刀螺旋線、螺旋升角、螺旋頭數(shù)的設(shè)計。按此方法設(shè)計的4頭螺旋線工作轉(zhuǎn)子，在江蘇華通動力重工有限公司的中型銑刨機(jī)上批量使用，取得了成功，證明這是行之有效的設(shè)計方法，有較好的市場使用價值。

［1］田晉躍，向華榮.路面銑刨機(jī)銑削阻力及其參數(shù)影響規(guī)律分析［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，25（5）：380-384.

［2］周里群，劉亞，張煥，等.路面銑刨機(jī)的銑削過程分析［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2008（5）：96-99.

［3］趙文光.路面銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，1995，12（54）：21-24.

［4］趙偉民，滕翼，徐六慶，等.路面銑削裝置的刀具排列形式與切削阻力矩計算［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2001，18（92）：4-5.

［5］顧海榮，焦生杰，肖翀宇，等.路面銑刨機(jī)銑削載荷特性分析與試驗［J］.中國公路學(xué)報，2012，25（3）：154-158.

［6］章水清，劉小娥，王林.銑刨機(jī)刀具布置探析［J］.筑路機(jī)械與施工自動化，2005（3）：33-36.

〔責(zé)任編輯：盧 蕊〕

Design ofm illing cutter rows of spiral line

LENG Zhi-gang，LIU Xiao-e，DIQin
（Product Research and Development Department，Jiangsu Huatong Kinetics Co.，Ltd，Zhenjiang 212003，China）

The road millingmachine as an professionalmachine of road maintenance equipment has beenmore and more widely used.The rotor is a core part ofmillingmachine，and its design level will directly determine the performance of themachine.The design key point of the rotor is the row of knives principle.This thesis states how to design the cutters screw from the layout principle，the factor of spiral lead angle，screw head number and the spiral design method.

millingmachine；rotor；row of cutter screw；spiral lead angle；screw head

TG5

A

1008-8148（2014）04-0064-03

2014-05-21

冷志剛（1974—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，主要從事路面工程機(jī)械設(shè)計研究；劉小娥（1978—），女，陜西渭南人，工程師，主要從事路面機(jī)械設(shè)計研究。