曲柄式剪板機(jī)剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析

張效杰

（山西太鋼哈斯科科技有限公司， 山西 太原 030100）

目前，我國(guó)型材生產(chǎn)線項(xiàng)目正在大批量上馬，尤其是大型棒線材生產(chǎn)線占的比重更大，剪切機(jī)是連續(xù)式軋制生產(chǎn)線上不可缺少、非常關(guān)鍵的設(shè)備。剪切機(jī)通常安裝在線材連軋機(jī)、型鋼、鋼板連軋機(jī)和鋼坯連軋機(jī)等軋制線上，用來(lái)剪切軋件頭部、尾部或?qū)④埣羟谐啥ǔ唛L(zhǎng)度。在冷、熱帶鋼車間的橫剪機(jī)組重剪機(jī)組鍍鋅機(jī)組和鍍錫機(jī)組里，也配置有各種不同類型的剪切機(jī)，將帶鋼剪切成定尺長(zhǎng)度或規(guī)定質(zhì)量的鋼卷。它主要的優(yōu)點(diǎn)是切口斷面比較平直，切口擠壓現(xiàn)象比滾筒式剪切機(jī)小，跟一般鍘刀剪類似。但是剪切過(guò)程中水平慣性力較大，因此比較適合中低速剪切，一般不超過(guò)8 m/s。曲柄式切頭剪切機(jī)剪切力比滾筒式剪切機(jī)稍高，而且刀片具有前傾斜角，實(shí)際最大剪切力還可以減小。但是其結(jié)構(gòu)尺寸比較大，在機(jī)組上更換刀片[1-2]。

1 剪切機(jī)構(gòu)

剪切機(jī)構(gòu)由上剪切機(jī)構(gòu)、下剪切機(jī)構(gòu)組成，剪切機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。上剪切機(jī)構(gòu)由上擺桿、上剪轂、上曲柄軸裝配、上剪刃裝配等組成。上擺桿、上剪轂、上曲軸裝配三者組成了1個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。上擺桿一端通過(guò)一對(duì)滾動(dòng)軸承鉸接在上橫梁上，另一端通過(guò)一對(duì)滾動(dòng)軸承鉸接在上剪轂的一端。上剪轂做成開口式，在其內(nèi)壁上裝有一對(duì)滑動(dòng)軸承。上剪轂一端通過(guò)一的通過(guò)一對(duì)滾動(dòng)軸承與上擺桿連接，另一端將上曲柄軸放入，用上壓蓋壓緊，壓蓋與剪轂用螺栓把合。上曲柄軸裝配主要由上曲柄軸、滾動(dòng)軸承、透蓋、端蓋等組成，上曲柄軸是一根具有偏心距的曲軸，其兩端通過(guò)2個(gè)滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)架上，傳動(dòng)端與減速機(jī)輸出軸相連。上剪刃裝配由上刀架、上剪刃、墊片、上擋塊等組成，上剪刃采用人字形剪刃，這種剪刃形狀有利于帶材的自動(dòng)對(duì)中，剪切力較小。下剪切機(jī)構(gòu)由下擺桿、下剪轂、下曲柄軸裝配、下剪刃裝配等組成。下擺桿、下剪轂、下曲軸裝配三者組成了1個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。下剪切機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與上剪切機(jī)構(gòu)基本相似，只是下擺桿的固定端與剪刃間隙調(diào)整裝置相連[3-4]。

圖1 剪切機(jī)構(gòu)示意圖

2 剪切結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性

曲柄式剪切的剪切結(jié)構(gòu)為四連桿機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)用解析法分析平面連桿機(jī)構(gòu)可求出該連桿機(jī)構(gòu)各點(diǎn)的位移變化。

如圖2所示，四桿機(jī)構(gòu)各邊矢量方向得：

圖2 四連桿機(jī)構(gòu)位移示意圖

分別在x軸和y軸上的投影：

消去φ2后得：

為了求解φ3，將φ3用三角函數(shù)表示，變換公式：

帶入上式得：

解出：

或者：

式中：N為符號(hào)系數(shù)。當(dāng)△BDC三頂點(diǎn)順序?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，N=1；反之 N=-1當(dāng)求出 φ3后，再確定 φ2：

連桿2上剪刃與鋼板接觸點(diǎn)P的坐標(biāo)：

根據(jù)實(shí)際情況參數(shù)的取值如下：

下剪切機(jī)構(gòu)：l1＝270 mm、l2＝2 504.496 mm、l3＝850 mm、l4＝2 536.710 5 mm、xD＝2 500、yD＝-430、p＝1 034.7 mm、δ＝86.566°；上剪切機(jī)構(gòu)：l1＝270 mm、l2＝2 504.496 mm、l3＝850 mm、l4＝2 536.710 5 mm、xD＝2 500、yD＝-430、p＝990 mm、δ＝86.566°。

根據(jù)上式得出φ1-φ2關(guān)系如圖3，通過(guò)跟蹤一個(gè)

點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式，輸出軌跡變化見(jiàn)圖4所示。

圖3 φ1-φ2關(guān)系圖

圖4 軌跡變化圖

根據(jù)以上公式和圖4可以看出，曲柄式切頭剪切的剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓形結(jié)構(gòu)，在上下剪刃同時(shí)接觸鋼板時(shí)，上剪刃的水平速度要高于下剪刃的水平速度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)把曲柄式切頭飛剪剪切機(jī)構(gòu)的桿件簡(jiǎn)化成曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，對(duì)桿件結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中的位移變化，得到曲柄式切頭飛剪的剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓形結(jié)構(gòu)，這對(duì)提高曲柄式切頭飛剪機(jī)的效率具有重要的作用。

[1]賈海亮，劉邱祖，雙遠(yuǎn)華，等.一種圓盤剪剪切力測(cè)試的模擬實(shí)驗(yàn)裝置研究[J].山西冶金，2010（1）：7-8；11.

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