滾筒式飛剪剪切能力的校核

【摘 要】本文通過對滾筒式切頭飛剪的剪切能力的校核，確保電機(jī)的合理選型，使其滿足生產(chǎn)要求，避免因設(shè)計(jì)選型的不合理而影響將來的正常生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】飛剪；剪切能力；飛輪力矩

切頭飛剪機(jī)是熱帶鋼連軋機(jī)組主要設(shè)備之一，用來剪切進(jìn)入連軋機(jī)的熱帶鋼頭部，其形式主要又滾筒式和曲柄連桿式兩種。在設(shè)計(jì)切頭飛剪時，根據(jù)啟動工作制的要求，校核飛剪機(jī)的剪切能力是一個需要進(jìn)一步研究的問題，下面就這個問題進(jìn)行探討。

啟停式飛剪的刀刃從起始位置經(jīng)加速后，回轉(zhuǎn)件質(zhì)量儲備了一定能量，剪切開始，回轉(zhuǎn)件釋放的能量和電機(jī)繼續(xù)釋放的能量提供剪切軋件所需的剪切功，這是與連續(xù)式飛剪不同之處。因此，需校核切頭時飛剪回轉(zhuǎn)件和電機(jī)釋放的總能量必須大于或等于切頭所需的剪切功。即：E≥W

式中：E：飛剪在剪切過程中可釋放出的總能量（N.m）；

W：軋件切頭所需剪切功（N.m）。

剪切過程中剪切系統(tǒng)克服剪切阻力功由系統(tǒng)的功能和電動機(jī)提供的能量。因此，在剪切過程中，剪切速度下降。

1 關(guān)于切頭飛剪的一些參數(shù)

對計(jì)算所需要必須首先明確飛剪的主要運(yùn)動參數(shù)。這些參數(shù)包括飛剪的基本轉(zhuǎn)速n、刀刃圓周速度v、刀刃剪切時的回轉(zhuǎn)半徑R、刀刃重疊量s、刀刃回轉(zhuǎn)中心距a等。

在飛剪進(jìn)行軋件頭部剪切過程中，為了避免軋件出現(xiàn)堵鋼或軋件被拉變形等事故。在設(shè)置飛剪的轉(zhuǎn)速時，要盡可能做到飛剪刀刃的水平分速度v1，與軋件速度v0一致。但在實(shí)際使用過程中要實(shí)現(xiàn)v1=v0是困難的。

因此，在設(shè)置飛剪切頭轉(zhuǎn)速時，采用了飛剪水平速度超前于軋件速度的控制方式。即：v=■

式中：k：剪刃的超前系數(shù)，作為選擇電機(jī)功率計(jì)算值。k=1.05～1.15。

刀刃的轉(zhuǎn)速為：n=■，并式得到切頭時剪刃的轉(zhuǎn)速公式：

n=■

式中：v■：預(yù)精軋機(jī)組出口軋件的速度。（m/s）

n：切頭時刀刃的基本轉(zhuǎn)速。（r / min）

R： 架的回轉(zhuǎn)半徑。（m）

？覫■：刀刃剪切初始角。（°）

滾筒式切頭飛剪機(jī)的刀刃剪切初始角可由下式確定：

cos？覫■=1-■

刀刃剪切終了角由下式確定：cos？覫■=1-■

其中h：軋件厚度；

ε0：斷裂時的相對切入深度。

2 飛剪在剪切過程中可釋放的總能量

從啟停式回轉(zhuǎn)飛剪剪切過程的運(yùn)動特點(diǎn)可以看出，刀刃剪切的能量由兩部分組成：一部分是傳動系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)件在啟動加速過程中所儲備的能量，在剪切過程中被釋放出來；另一部分是剪切過程中電機(jī)繼續(xù)釋放出的能量。

因此，剪切時飛剪可釋放的總能量為：

E=E1+E2

式中：E剪切過程中飛剪所釋放出的總能量（Nm）；

E1回轉(zhuǎn)件在剪切過程中釋放出的能量（Nm）；

E2：電機(jī)在剪切過程中釋放出的能量（Nm）。

2.1 回轉(zhuǎn)件在剪切過程中釋放出的能量。

這部分能量，實(shí)際上是回轉(zhuǎn)件啟動加速過程中所儲備的動能。因此，可以把飛剪回轉(zhuǎn)件看成一個儲能的飛輪，即飛輪在剪切過程中所釋放出的能量，與連續(xù)式飛剪的飛輪所釋放出的能量計(jì)算公式相同。

回轉(zhuǎn)件在速度變化時所釋放出的能量為：E■=■（ω■■-ω■■）

J為回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動慣量，J=GD2/4g

ω■■，ω■為回轉(zhuǎn)件的角速度。

因此，回轉(zhuǎn)件所釋放出的能量為：

E■=■（n■■-n■■）

n■■一開始剪切時電機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min，n■■剪切終了時電機(jī)的轉(zhuǎn)速r/min

GD2為折算到電機(jī)軸上的總飛輪矩GD2，計(jì)算方法：

GD■=∑GD■■×■■

式中：GD■■：各級回轉(zhuǎn)件的飛輪矩N.m2

n■：各級回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速r/min；

n■：預(yù)選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速r/min。

在飛剪傳動系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)件，一般包括電機(jī)、聯(lián)軸器、中間減速機(jī)及飛剪本體等。

2.2 電機(jī)在剪切過程中可釋放出的能量

剪切過程中，電機(jī)在轉(zhuǎn)動一定角度的過程中，電機(jī)力矩所做的功 E2，為：

E■=■M■dθ

式中：Me：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（N.m）；

θ1，θ2：剪切過程中電機(jī)的起始角和終了角（rad）

為了計(jì)算方便，取θ1=0，則中θ2就表示剪切過程電機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度。因此：

E■=θ■M■，

θ■=π？覫i/180

式中？覫：刀刃剪切過程中的剪切角。

而M■=9550kN■/n■

式中：N■，n■為電機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)速，k為過載系數(shù)。因此E■ =9550k？覫i■

3 飛剪在剪切過程中需要的能量

啟停式飛剪對軋件剪切所做的功與連續(xù)式飛剪相同，計(jì)算總剪切功的方法也相同。按照平行刃剪的剪切功計(jì)算：

W=Aha

式中A：被剪軋件的原始斷面面積（mm3）

h：被剪軋件的高度（mm）

a：單位剪切功（N. mm/mm3）

需校核切頭時飛剪回轉(zhuǎn)件和電機(jī)釋放的總能量必須大于或等于切頭所需的剪切功。即：E≥W，能夠完成剪切。

4 結(jié)束語

校核滾筒式飛剪剪切能力，是飛剪理論計(jì)算中的重要一項(xiàng)工作，可以確保電機(jī)的合理選型，使其滿足生產(chǎn)要求，避免因設(shè)計(jì)選型的不合理而影響將來的正常生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃華清，主編.軋鋼機(jī)械[M].冶金工業(yè)出版社，1979.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]