縱橫剪機組圓盤剪剪切力的計算

王張華

（太重煤機有限公司，山西 太原030032）

圓盤剪是板材縱橫剪生產線的主要設備之一，廣泛用于剪切厚度小于20~35 mm的鋼板及薄帶鋼。圓盤剪是利用其旋轉的圓盤刀片連續、縱向剪切運動著的板材，將板材剪成符合規格的帶材，或者將板材的邊緣剪齊。當圓盤剪用來齊邊時，通常在圓盤剪后還設置碎邊機，將板邊剪成段送到專門的溜槽中去，以便于回收。

1 圓盤剪的分類及結構

1.1 圓盤剪的分類

1.1.1 按用途分類

1）用于剪切板材側邊的切邊圓盤剪。切邊圓盤剪可用于板材橫切機組及縱切機組。

2）用于寬板材分條的縱向圓盤剪。根據規格的需要，決定其結構是兩對刀盤還是多對刀盤。

1.1.2 按剪刃傳動方式分類

按照剪刃傳動方式分類，可將剪刃分為主動剪和被動剪。主動剪是指剪刃有驅動裝置，剪刃的驅動裝置是由電機、減速機、萬向軸等組成；被動剪則是指剪刃本身并無驅動裝置，其剪切時的拉力靠后面的夾送輥或其他設備提供。

1.2 圓盤剪的結構

圖1 為具有兩對刀片的主動式圓盤剪的結構示意圖。

圖1 圓盤剪結構示意圖

圓盤刀片7安裝在機架5上，它是由電動機1通過齒輪減速箱2和萬向聯軸器3傳動的；為了剪切不同寬度的鋼板，左右兩對刀片的間距通過刀盤移動裝置4實現調整；刀片的重疊量是由手輪通過蝸輪傳動機構6，使得裝由上刀片軸的偏心套轉動，從而實現調整。

2 圓盤剪的基本參數及剪切力的計算

圓盤剪的基本參數包括刀片直徑D、刀片厚度δ、剪切力P、重疊量Δ、側向間隙c和刀片楔角等，其中刀片直徑D、刀片厚度δ和剪切力P是其主要參數。

2.1 圓盤剪刀片直徑D的計算

圓盤剪刀片直徑D可按下式計算：

式中：h為被剪切帶鋼厚度，mm；α0為允許咬入角（弧度），rad；Δ為刀片重疊量，mm。

如果允許咬入角的范圍是8°~12°，即α0=0.14~0.19 rad時，圓盤刀片直徑一般可采用D=（50~100）h。

2.2 刀片厚度δ的計算

刀片厚度δ可近似地采用δ=（0.006~0.100）D計算，其中D為圓盤剪刀片直徑。圓盤刀片應具有良好的剛性，因此，其厚度δ不得低于15 mm，在實際使用中，若圓盤刀片的厚度雖低于15 mm，但還有研磨價值時，這時可把兩個圓盤刀片串聯起來，增加厚度，從而提高刀片的剛度，一把起支承作用，另一把起剪切作用。

2.3 剪切力的計算

剪切力計算的公式較多，目前設計中常采用下列幾種公式：

2.3.1 柯洛遼夫公式

式中：K1為刀刃側向間隙的影響系數，通常取K1=1.2~1.4；τ為被剪切帶鋼的剪切抗力，可由試驗取得該數值，也可近似地取τ=（0.70~0.75）σb，σb為被剪帶鋼的強度極限，MPa（N/mm2）；S為被剪帶鋼的剪切面積，mm2。

圖2 圓盤剪刀片剪切示意圖

則式（2）可寫成

圓盤剪的剪切過程如圖2所示。刀片切入帶鋼一定深度以后，金屬開始滑移，最后進行剪切。由圖2可知，被剪帶鋼的實際剪切面積為梯形ABDE。

相對切入率為：

式中：z為刀片切入被剪帶鋼的深度，z=h-DE。

剪切面積ABDE為（參考圖2）：

將上式S值代入（3），可得：

式中：α為剪刃的斜度；ε為相對切入率，ε=（1.2~1.6）δ5；H為帶鋼厚度，mm；σb為被剪帶鋼的強度極限，N/mm2；δ5為相對伸長率。

考慮到刀刃磨鈍的影響，還需將計算所得的剪切力增加15%~20%。

由式（6）可知：剪切力P由相對切入率ε、被剪切帶鋼的強度極限σb及被剪切帶鋼厚度h決定。

2.3.2 諾沙里公式

圓盤剪的剪切力，還可按諾沙里公式進行計算。諾沙里公式為：

對于圓盤剪建議取ε=1.25δ5，系數取z1=1.4，則上式簡化為：

諾沙里公式較為復雜，但其計算結果相對準確，被國內許多設計單位采用。柯洛遼夫公式可用于快捷、粗略核算剪切力，不推薦作為設計計算公式。

圓盤剪的刀片所受的側向推力約為剪切力的5%左右。

3 結語

通過對圓盤剪參數的確定以及剪切力的計算，可有效避免設計的盲目性，為圓盤剪的結構及性能參數的設計提供理論依據。