6～50x4000mm滾切式定尺剪結構與參數制定分析

樸花淑

[摘 要]利用滾切剪計算機輔助設計系統(tǒng)，自主開發(fā)設計滾切剪機構，主要闡述了滾切剪的結構特征及剪切原理；根據曲柄半徑、相位差、曲柄中心距及上刀架偏移量等對滾切質量、力能參數的影響和主要結構件的國內外技術對比，對主要結構件進行了參數制定分析和剪切力的計算。

[關鍵詞]滾切式定尺剪 計算機輔助設計 結構特征及剪切原理 剪切力

中圖分類號：TH137.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）12-0396-01

1 前言

滾切式定尺剪以其剪切質量好、剪切效率高、剪刃的磨損量小、剪刃行程短、剪切力峰值低等眾多優(yōu)點，逐步成為中厚板生產的主要剪切設備。隨著用戶對產品質量的要求不斷提高，鋼鐵企業(yè)對滾切式定尺剪的剪切質量也有了越來越高的要求，相應地對滾切式定尺剪的設計與制造也提出了更高的要求。

本文主要介紹了我公司給湘潭鋼鐵公司生產的6～50x4000mm滾切式定尺剪，主要闡述滾切式定尺剪的結構特征和剪切原理，對主要結構件進行了參數制定分析和剪切力的計算。

2 剪切原理

滾切式定尺剪的上刀架裝配中裝有半徑為R=72m弧形上剪刃，它通過兩臺主電機各自驅動齒輪箱中的具有相同相位角和偏心半徑的兩個曲軸及上刀架中的兩個連桿帶動下，并在控制桿的約束中，上剪刃沿一個水平基面從初始位置開始先剪切右端逐步剪切左端，實現理想的滾動運動中完成一次鋼板剪切，剪切終止后回到初始位置，等待下一次剪切。

滾切式定尺剪的設計過程中最關鍵是通過計算機輔助設計系統(tǒng)正確地建立雙軸雙偏心滾切運動軌跡的數學模型，使上下剪刃的重疊量整個剪切過程保持不變，通過計算機技術優(yōu)化確定桿件尺寸即曲軸的中心距、偏心半徑和偏心相位角，上刀架偏移量等，使機構在剪切過程處于合理的受力狀態(tài)，通過計算機模擬仿真上剪刃的運動軌跡，使上剪刃最低點運動軌跡接近于純滾切，以達到設備最優(yōu)化的目的。

3.結構特征

滾切式定尺剪的主要部分包括機架裝配、前面板及壓板裝置、剪刃側隙調整、機架輥、導位裝置、上刀架裝配、下刀架裝配、主傳動裝置、齒輪箱組成。

3.1.機架

左右機架為焊接閉式結構，作為整個設備的主體。

3.2.主傳動

齒輪箱由可分的上、中、下箱體，齒輪，齒輪軸，曲軸等組成。

3.3.上刀架及連桿

上刀架采用鑄鋼結構，安裝在前面板和減速箱之間。上刀架由兩根連桿和兩根曲軸實現與減速箱相連結。

3.4.下刀架

下刀架結構為鑄焊結構，同樣下剪刃與下剪刃座用螺栓把合，并成為一體進行安裝更換。

3.5. 剪刃側隙調整裝置

剪刃側隙是剪切質量的最直接因素，不同材質性能及厚度的鋼板， 必需在剪切開始前調整上剪刃與下剪刃之間的側隙。

3.6 壓板裝置

為防止鋼板在被剪切時發(fā)生竄動。

4.主要結構件的參數制定分析及剪切力的計算

4.1.主要結構件的參數制定分析

（1） 技術參數

鋼板厚度：6～50mm鋼板寬度：1500～3800mm

鋼板強度極限：當板厚≤40mm時，σb =1200N/mm2

當板厚>40mm時，σb =750N/mm2

上下剪刃的重疊量s與剪切角α是根據剪切鋼板的厚度h，設定S為5mm，上剪刃圓弧的半徑R為72000mm，剪刃長度根據最大剪切板寬設定為4000mm。

由于弧形上剪刃配合固定平直的下剪刃進行滾動剪切，所以上剪刃相對剪切鋼板基本無滑動，且剪切造成的劃傷、磨損小，上下剪刃的剪刃重疊量在整個剪切整個過程中始終保持不變，確保了剪切鋼板的平直度、端面不會發(fā)生彎曲變形等眾多性能。上下剪刃之間的開口度在上參考點位置時為板厚的三倍以上（設定為～200mm），使鋼板順利地通過上下剪刃。雖然滾切式定尺剪開口度較大，但總剪切行程卻比斜刃剪的剪切行程減小了很多，大大的減輕了設備重量。

（2） 剪切角的計算

α= arccos﹛[（R-h-s）/R]﹜

α= arccos﹛[（72000-50-5）/72000]﹜

α=2.24°

（3）主要結構件的參數制定分析

通過滾切剪計算機輔助設計系統(tǒng)分析，可以得出相位差和曲軸中心距及曲軸半徑對剪切質量影響比較顯著，曲軸的半徑對板材剪切質量影響沒有前兩個因素影響的那么顯著；適當的增加曲軸半徑、相位角差及上刀架的偏移量都能夠降低剪切力最大值和傳動力矩，其中曲軸半徑、相位角差影響較明顯，刀架的偏移量的影響較小，增加曲軸中心距會使剪切力最大值和傳動力矩增大。因此制定曲軸半徑及中心距和相位角、上刀架偏移量等主要桿件的參數是根據綜合考慮剪切質量、剪切力能參數及左右連桿在剪切過程中所承受的力，再加上對主要結構件國內外技術的對比，最終設定成曲軸的相位角差為55°，曲軸中心距為2400mm，曲軸偏心半徑為115mm，上刀架偏移量為30mm。

4.2.剪切力計算

滾切式定尺剪實質就是將刀盤直徑很大的圓盤剪簡化為具有相同直徑的上剪刃，具有弧形半徑的上剪刃相對水平固定的下剪刃進行近似理想工況下的純滾動剪切運動。剪切過程的實質是金屬塑性變形過程，最大剪切力則用來設計、校核剪切機構的剛度及強度。

剪切力可按柯洛遼夫計算公式：

P=（k1 k2k3h？σb）/（2tgα）=﹙0.8×0.75×1.1×50 ？×750﹚/（2×tg2.24 ？）=15818（kN）

式中：k1——剪應力與拉應力之間的的轉換系數 k1=0.8

k2——應力應變系數，σb =750N/mm2時 k2=0.75

k3 ——剪刃變鈍系數 k3=1.1

h——被剪鋼板厚度 mm

σb——鋼板材料的強度極限 MPa。

則：最大剪切力定為16000kN。

5.結論

設計一臺滾切式定尺剪，要綜合考慮影響剪切質量及剪切力能參數的各種因數，還要考慮左右連桿在剪切過程中所承受的載荷最小而又均衡，使剪切機構達到最合理的受力狀態(tài)，以達到設備結構最優(yōu)化。

參考文獻

[1] 鄒家祥，施東城.《軋鋼機械理論與結構設計》[M].冶金工業(yè)出版社，1993

[2] 王海文.《軋鋼機械設計》[M].機械工業(yè)出版社，1983

[3] 孫復森，楊惠新，閆曉強，等.滾切式定尺剪機構參數優(yōu)化研究[J].冶金設備，2008，第4期（4）：18-21.