連續鍍鋅線切斷剪結構設計分析

譚 剛

(中冶賽迪工程技術股份有限公司 冶金裝備設計院,重慶401122)

在連續熱鍍鋅處理線中,常在機組的首尾配置剪切設備。入口切斷剪用來剪切帶鋼頭、尾厚度超差和損壞的部分,便于機組頭部焊接拼卷;出口切斷剪用來剪切焊縫、對帶鋼進行取樣或者分卷剪切。為了便于帶鋼通過,切斷剪常采用下切式液壓剪,即上刀架和上剪刃固定,下刀架和下剪刃運動而實現剪切動作[1-3]。由于鍍鋅線為連續處理線,因此,一旦出現故障停機,將會產生大量的廢品,造成較大經濟損失;而合理的剪刃布局形式以及前后附屬設備設計,將對后續帶鋼的連續通過性以及產品質量起著至關重要的作用。本文針對某鍍鋅線的出口切斷剪結構,結合現場調試、生產中出現的問題,探討切斷剪設計中需要注意的一些改進優化措施。

1 切斷剪結構和主要參數

下切式液壓剪上刀架和上剪刃固定,下刀架和下剪刃運動而實現剪切。其主要結構如圖1所示,它主要由機架、上剪刃、下剪刃、上固定刀架、下移動刀架、壓板裝置、剪切連桿機構、入口夾送輥、出口擺動導板等組成。該下切式液壓剪通過固定在機架傳動側的液壓缸驅動連桿機構,帶動下移動刀架和下剪刃上升、下降,與固定在上刀架的上剪刃重疊,完成剪切動作。為了降低剪切力,該切斷剪剪刃設計為斜刃,上剪刃傾斜布置,傾斜度設計為1:40,下剪刃為水平布置,剪刃材質選用Cr12Mo V,剪刃斷面設計為矩形結構,剪刃的四個角都可以用于剪切,磨鈍后交替使用。壓板裝置用于在剪切時壓住入口側帶鋼,防止帶鋼在斜剪刃剪切作用下發生側向的移位;剪切時,壓板彈簧被壓縮,彈簧夾緊力壓住帶鋼,剪切完成后,彈簧回復,壓板機構恢復自由狀態,切斷剪傳動側和操作側各設置有一組彈簧。入口夾送輥用于在剪切時壓住帶鋼,防止帶鋼在斜剪刃剪切作用下發生側向的移位;在剪切完成后對帶鋼進行夾送,便于后續操作;夾送輥下輥固定,下輥頂部輥面距離帶鋼運行線10 mm,上輥由氣缸驅動打開、壓下,同時由齒輪減速電機驅動。出口擺動導板用于在剪切取樣或者切除廢料時,將取樣試板或者廢板移送到各自的接收裝置中。該切斷剪剪刃側間隙調整采用頂絲螺栓調節上固定刀架的形式實現。

切斷剪主要工藝參數如下,帶鋼厚度:0.23～2.0 mm,帶鋼寬度:700～1300 mm,抗拉強度:500 MPa,屈服強度380 MPa,剪切液壓缸參數:缸徑180 mm,桿徑80 mm,夾送輥氣缸缸徑200 mm,桿徑50 mm,行程80 mm,夾送輥電機功率5.5 k W。

1-機架;2-剪刃;3-下剪刃;4-上固定刀架;5-下移動刀架;6-夾送輥;7-壓板裝置;8-剪切連桿機構;9-出口擺動導板

2 調試情況描述及原因分析

該切斷剪在機組調試過程中,出現了下述問題:(1)當帶鋼厚度超過1.0 mm時,入口夾送輥下輥和運行的帶鋼刮蹭,導致成品板面質量缺陷;(2)剪切完成后,帶鋼頭部局部出現“叩頭”狀態,如圖2中所示,導致后續穿帶困難,經常在出口段出現卡帶,堆帶,需要人工輔助穿帶,導致工藝段停車,出現次品、廢品,造成額外的經濟損失;(3)壓板機構在剪切動作完成,彈簧回復過程中,傳動側和操作側彈簧回復動作不同步,造成導板回位動作緩慢,增加帶鋼頭部出現“叩頭”的幾率。

圖2 切斷后的帶鋼局部

原因分析:(1)下固定輥和帶鋼運行線之間的距離設計為10 mm,其值太小,由于切斷剪前后支撐輥距離切斷剪有一定的距離,帶鋼在張力作用下不能完全繃直,會產生一定的垂度,同時由于板型原因,帶鋼會出現一定的翹曲,因此造成帶鋼和輥面刮蹭;(2)剪切時,入口夾送輥上輥壓下,下剪刃向上運動完成帶鋼的切斷動作,然后下剪刃再向下復位完成一個剪切周期,從圖3切斷剪的局部視圖可以看出,此結構當帶鋼切斷時,從右側到左側,剪切面逐漸被抬高,最高處的剪切面距離夾送輥結合面的距離為45 mm。剪切完成時,帶鋼在切斷剪中的長度為三角形ABC的斜邊AC的長度,而下剪刃復位過程中,帶鋼的長度空間為三角形的直角邊的長度BC,由于AC的長度大于BC的長度,當帶鋼厚度超過一定值的時候,帶鋼的鋼性會使得剪切后的帶鋼很難產生彎曲變形,帶鋼的頭部跟隨下剪刃向下運動,當帶鋼頭部接觸到壓板后,此時下剪刃還會繼續向下運動,帶鋼頭部也繼續跟隨下剪刃向下運動,而出現“叩頭”現象。而厚度較薄的帶鋼,為何不會出現“叩頭”現象,原因在于薄帶鋼自身鋼性弱,下剪刃向下運動的過程中,帶鋼在剪刃內部BC段產生彈性彎曲變形,其長度收縮變短,因此不會出現“叩頭”現象。(3)由于上剪刃設置為傾斜布置,從圖1可以看出,上剪刃剪切面從右側到左側逐漸升高,壓板在剪切時壓到上剪刃面上,因此壓板也呈傾斜狀態,右側彈簧壓縮量大,左側彈簧壓縮量小,導致在回復過程中,兩側彈簧回復動作不同步。

圖3 切斷剪局部放大圖

3 設計改進措施

針對調試過程中出現的問題以及原因分析,此切斷剪在結構設計上存在缺陷,會影響最終產品質量,對后續穿帶也帶來不利影響,需要改進優化。

(1)夾送輥結構改進。將夾送輥改進為上輥固定,下輥氣缸驅動升降,帶齒輪減速電機驅動;改進后夾送輥下輥約有80 mm的打開行程,可以避免下輥和帶鋼的刮蹭,同時上夾送輥的下輥面和上剪刃的剪切面平齊。

(2)剪刃布置形式改進。上剪刃改進為水平布置,下剪刃改進為傾斜布置。此設計優化可以使得壓板裝置在剪切中壓住帶鋼的時候為水平狀態,避免出現傾斜;同時由于上夾送輥下輥面和上剪刃的剪切面平齊,因此,在帶鋼剪切時,切斷剪中帶鋼的長度為三角形ABC的直角邊BC的長度,剪切完成后,下剪刃向下運動過程中,帶鋼的空間為三角形的斜邊AC的長度,斜邊長度AC大于直角邊長度BC,因此可以避免出現“叩頭”現象,改進后的切斷剪局部示意如圖4所示。

圖4 改進后切斷剪局部放大圖

經過改進后的切斷剪運行穩定,夾送輥改進為上輥固定,下輥升降,在運行時下輥距離過鋼線有足夠的安全距離,避免了成品帶鋼表面和輥面的接觸以及刮蹭,產品質量得到了保證;同時上剪刃水平布置,下剪刃傾斜布置,上夾送輥的下輥面和上剪刃的剪切面平齊,避免了剪切后帶鋼頭部“叩頭”現象的出現,使得機組出口段穿帶運行順暢,保證了機組的連續穩定運行,提高了產品質量的穩定性。

4 結語

本文結合某連續鍍鋅線切斷剪結構設計以及調試過程中出現的問題,進行了深入的分析,并進行了結構優化改進,可以為后處理機組切斷剪設計提供依據,避免出現類似的設計缺陷,對提高機組產品質量,保障機組連續穩定運行有重要的參考意義。