滚切式双边剪的开发设计探讨

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[摘 要]钢铁是经济发展的重要基础性产品，在经济发展中发挥着重要的作用.滚切式双边剪是一种在钢铁生产中应用较多的一种设备，做好对于滚切式双边剪的研究与设计是促进我国钢铁生产的重要举措.本文在分析滚切式双边剪结构的基础上对如何做好对于滚切式双边剪的设计进行分析阐述.

[关键词]滚切式双边剪 结构分析 设计

中图分类号：TG333.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0341-01

前言

滚切式双边剪是宽厚板生产加工的重要设备，是一种主要采用多轴多偏心运动原理制成的。其剪切厚度能够达到50mm，剪切的宽度能够达到3～5米，并能对剪切下的废边进行碎断和收集。滚切式双边剪具有剪切精度高、速度快、端面变形量小等优点。是现今在宽厚板轧制车间中较为关键的设备。

1.滚切式双边剪的工作原理

滚切式双边剪是一种在轧制车间应用较为广泛的使用裁剪设备，其工作原理是：首先对待裁剪板材进行切边处理，而后再进行碎边。待切边进行到一定的长度后，开始进行碎边剪切边。待到剪切结束后，切边剪与碎边剪松开板材，板材向前进给，进入下一个剪切周期。

滚切式双边剪的结构：滚切式双边剪的切边部分是固定在上刀架上的半径为14米的弧形上刀片，依靠相异相位角和偏心半径的曲轴和连杆来带动切边部分进行运动，并通过控制杆来对上刀片进行控制，确保上刀片沿着一个水平基面来进行运动，从而将钢板的两边裁剪。上刀片裁剪运动时所沿着的水平基面要较水平的固定下刀片的高度低约5mm左右，这一高度差则是滚切式双边剪中上下刀片之间的重叠部分，在滚切式双边剪工作的过程中，为确保这一重叠量保持固定，需要在工作时控制两曲轴的相位角来控制上下刀片之间的重叠量，从而对各种厚度的板材来进行剪切。而对于双边剪视其剪切断面质量，一般不予调整刀片的重叠量。

在滚切式双边剪工作时，通过主电机的连续运转来带动曲轴、连杆以及上刀架进行动作，并沿着基面来进行运动从而完成纵向切边和废边的横向剪切。当抬起切边刀片和碎边刀片时，通过夹送辊来将板材输送到待剪切位置，待到位后，使板材停止运动，并在三曲轴的带动下实现对于板材的切边和废边的剪切，为达到剪切的效果，上述过程会在剪切的过程中重复的进行，直至剪切完成。为更好的对滚切式双边剪进行设计，需要在设计的过程中借助计算机辅助系统对滚切式双边剪的结构进行模拟，通过建立起三轴三偏心滚切运动轨迹的数学模型，用以确保滚切式双边剪在工作的过程中上刀片和下刀片之间的重叠量能够保持在5mm，用以确保剪切效果，通过建立数学模型来模拟仿真滚切式双边剪在工作时尚刀刃的运动轨迹，确保其能够准确的按照合理的轨迹进行运动，同时还需要确保上剪刃的受力较为合理，在确保上剪刃碎边剪达到最大值的同时其剪切力与此时的切边剪的剪切力之和还需要小于切边剪的最大剪切力。

2.滚切式双边剪相对结构分析

滚切式双边剪主要是由固定剪和移动剪两个部分组成，其中这两部分共同安装在同一底座上，依靠主电机通过齿轮传动的效果以及三根平行的轴来带动钢板移动到待剪切的位置，而后对其进行剪裁。滚切式双边剪主要由以下几部分组成：机架、传动装置、刀架以及刀刃、剪刃的间隙调整机构、剪刃后退机构、拨料器及压板装置、夹送辊、左右剪同步机构、移动剪横移装置、辊梁及碎边溜槽、快速换刀装置、板厚测量装置、稀油系统、干油系统、液压管路系统等组成。

2.1 机架

机架是滚切式双边剪的主体结构部分，通过将机架固定在底部的底座上，并将移动剪安装在滚切式双边剪的底座和横移装置上，机架的下端靠近剪切线下方的位置与铸钢的下刀台进行固定，上部则使用安全销对其进行连接，当滚切式双边剪的压力过大时，压力将会破坏安全销实现卸压，减少过压对设备的损害。而在剪切线上方的位置则通过使用螺栓将机架与前面板进行相连，并将主减速机箱安装在机架的上方前部，通过使用液压予应力拉杆及螺栓将其形成一个统一的整体用以提高滚切式双边剪的整体刚性。

3.2 滚切式双边剪的传动装置

在滚切式双边剪中传动装置是重要的组成部分，其主要组成分为：主减速机箱、齿轮以及各种轴等。在高速轴部分通过对转速、承载力等方面的考虑选用滚动轴承作为支承方式，而在低速轴则选用的是滑动轴承作为轴的支承方式。

在滚切式双边剪安装有2台主电机来实现传动，其中主电机与减速机之间的联轴器选用的是带制动盘的齿型安全联轴器，并在联轴器的固定上使用安全销以避免滚切式双边剪过载而烧毁电机。当电机过载安全销断裂时，通过制动制动盘来停止滚切式双边剪，通过采用花键轴的形式来实现固定剪和移动剪的同步。

3.3 对于滚切式双边剪剪刃间隙的调整机构

滚切式双边剪能够适应50mm以内厚度的板材裁剪，在滚切式双边剪剪切的过程中为适应各种不同厚度的板材，需要在滚切式双边剪剪切之前到剪刃与板材之间的间隙进行一定的调整，调隙装置安装在滚切式双边剪的前面板与上刀架之间，通过采用4个调整楔来对间隙进行调整，调整楔采用的是安装在自板上，其中，上刀架与主减速机箱体之间镶有自滑板的4个调整楔以及连杆和蜗轮箱组成，每个调整楔都由各自的连杆及蜗轮箱带动，连杆与蜗轮箱之间的连接采用万向联轴器进行连接，对于电机与连之间的连接采用的是锥齿轮箱进行连接，电机采用的是电磁制动异步电动机。

4.滚切式双边剪的设计主要参数分析

在构建滚切式双边剪的受力模型分析的过程中，可以将上剪刃简化为大直径的圆盘剪，在不考虑其他因素的条件下可以讲其工作过程近似为带弧形半径的上剪刃沿水平的下剪刃所做的滚切运动，从而实现对于滚切式双边剪的裁剪.

在滚切式双边剪的设计过程中需要做好对于剪切力分析的基础上做好对于如咬入角、板厚、材料强度极限、剪刃半径、剪刃重叠量及刀钝影响系数等参数的设计与计算。

4.1咬入角的计算

α=arccos[（R-h-s）/R]

式中：α――咬入角

R――剪刃半径， mm；

h――钢板厚度，mm；

s――上、下剪刃重叠量，mm。

类比我们生产过的双边剪的咬入角，一般不大于6°。

4.2剪切力的计算

按柯洛辽夫公式则有：

P=（k1k2k3h？σb）/2tgα

式中：k1――剪应力与拉应力之间的的转换系数，

k2――应力应变系数，

k3 ――剪刃变钝系数，

h――被剪钢板厚度，mm；

σb――钢板材料的强度极限，MPa。

结语：

本文在分析滚切式双边剪结构原理的基础上对滚切式双边剪设计中的要点进行了分析阐述.

参考文献

[1] 刘义，宋协春，王东等. 滚切式双边剪的设计与结构分析.中国重型装备.2008，6.

[2] 张宝成，刘磊.基于ADAMS的滚切剪运动模型构建与分析.机械工程与自动化.2014，5.