圓盤剪地設(shè)計(jì)與全參數(shù)選擇

1、word圓盤剪的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇【摘 要】本文結(jié)合實(shí)際工程，介紹了推拉式酸洗線上圓盤剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，刀具側(cè)向間隙與刀盤重合度調(diào)整的方法等。并 給出了剪切力、驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算公式和實(shí)際例子。本圓盤剪已在華美推拉式酸洗線上使用。【關(guān)鍵詞】圓盤剪設(shè)計(jì)參數(shù)目錄：參考文獻(xiàn)帶鋼在軋制過(guò)程中，有時(shí)邊部會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的裂縫等缺陷，如不與時(shí)切掉，極可能在后續(xù)加工過(guò)程中產(chǎn) 生斷帶事故。所以在酸洗機(jī)組中均設(shè)置圓盤剪，以便去掉邊緣損傷，并使成品帶鋼達(dá)到要求的寬度。另外 圓盤剪還廣泛用在冶金帶鋼生產(chǎn)線的其它機(jī)組中，如橫切機(jī)組、縱剪機(jī)組、重卷機(jī)組、拉矯機(jī)組、鍍錫機(jī)組與焊接機(jī)組等。圓盤剪按其用途和構(gòu)造可分為兩大類：帶兩對(duì)刀盤和多對(duì)刀

2、盤.兩對(duì)刀盤的圓盤剪只用來(lái)剪切帶材的邊部，故稱切邊圓盤剪或切邊剪 ；多對(duì)刀盤的圓盤剪在剪切帶材邊部的同時(shí)并將帶材縱切成多條較窄的帶 材，故稱分條圓盤剪或分條剪。圓盤剪按其傳動(dòng)方式又分為拉剪和動(dòng)力剪；所謂拉剪，即刀盤沒(méi)有傳動(dòng)裝置，直接由機(jī)后的 X力輻與卷取機(jī)等設(shè)備將帶鋼拉過(guò)圓盤剪進(jìn)展剪切.本文介紹的圓盤剪是用在推拉式酸洗線上。它的特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有超越離合器，當(dāng)機(jī)組速度低于 穿帶速度時(shí)，圓盤剪按動(dòng)力剪狀態(tài)工作；當(dāng)機(jī)組速度超過(guò)穿帶速度時(shí)，離合器將脫開傳動(dòng)系統(tǒng)，圓盤剪按 拉剪狀態(tài)工作。為了使切邊時(shí)不產(chǎn)生毛刺，并保持最小的寬度公差。必須用防跑偏裝置加以控制，以使帶鋼對(duì)中和無(wú) 沖擊地進(jìn)入圓盤剪。因此，

3、在圓盤剪的入口側(cè)布置了一套夾送輻糾偏裝置。700 1350mm(rb<610Mpa最大 120m/min最大 60m/min()350mm30mm1590mm630mm0+ 1mm帶鋼厚度：帶鋼寬度：帶鋼強(qiáng)度極限：機(jī)組速度：酸洗出口圓盤剪 穿帶速度： 剪刃直徑： 剪刃厚度：最大工作間距： 最小工作間距： 切邊精度：546 / 8word圓盤剪由左右機(jī)架、上下刀軸、機(jī)架調(diào)寬機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、刀盤重合度調(diào)整裝置、刀刃側(cè)向間隙調(diào)整 裝置、固定底座等組成。詳見(jiàn)圖1、2。圖1圓盤剪UU圖2 圓盤剪3.1機(jī)架n一 _工一二圖3圓盤剪左機(jī)架裝配1.刀盤2,機(jī)架3.芯套4.下刀軸5.疊簧6.超越離合器7.

4、刀盤驅(qū)動(dòng)齒輪箱8.上刀軸圓盤剪兩個(gè)機(jī)架左右對(duì)稱布置，上下刀軸、刀盤、刀盤重合度調(diào)整裝置、刀刃側(cè)向間隙調(diào)整裝置均裝 在機(jī)架上。機(jī)架為箱形焊接結(jié)構(gòu)，刀軸為懸臂式。547 / 8word上下刀軸為圓盤剪的主要部件，詳見(jiàn)圖3。其上安裝有刀盤、壓輻、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、芯套下刀軸、偏心套上刀軸、疊簧、液壓螺母等。由力的分析可以知道，在剪切時(shí)，上下刀盤有向上下方向傾翻的趨勢(shì)，這將使刀盤重合度減小與刀刃 側(cè)向間隙增大。直接的后果就是剪切質(zhì)量下降，毛邊產(chǎn)生，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致剪不斷，造成生產(chǎn)事故。為防 止上述現(xiàn)象發(fā)生，我們?cè)谏舷碌遁S上安裝單列圓錐滾子軸承成對(duì)安裝不允許刀軸竄動(dòng)。3.2 調(diào)寬裝置為剪切不同寬

5、度的帶鋼， 圓盤剪的機(jī)架安裝有調(diào)寬裝置，用以調(diào)整兩對(duì)刀盤的開口度。調(diào)寬要求準(zhǔn)確,由一個(gè)安裝有編碼器的齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩根左右旋向的螺桿，帶動(dòng)固定在左右機(jī)架下方的螺母，實(shí)現(xiàn)左右機(jī) 架的同時(shí)開合。3.3 刀刃側(cè)向間隙調(diào)整裝置圖4刀刃側(cè)向間隙調(diào)整裝置刀刃側(cè)向間隙調(diào)整時(shí)，上刀盤不動(dòng)，由下刀盤軸向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，帶動(dòng)蝸輪。蝸輪與下刀盤上的芯套用螺紋聯(lián)接。通過(guò)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，保證蝸輪在芯套軸向上不能移動(dòng)。蝸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)經(jīng)芯套轉(zhuǎn)化為刀盤的軸向移動(dòng)。安裝在下刀盤芯套尾部的有預(yù)緊力的碟簧，使裝在下刀軸芯套上的蝸輪始終與裝在機(jī)架上的擋塊壓緊。將刀刃側(cè)向間隙調(diào)小時(shí)，如圖3所示，齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，帶動(dòng)蝸

6、輪，使芯套帶動(dòng)下刀軸向左移動(dòng)。反之如此可調(diào)大間隙。齒輪電機(jī)尾部安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，可以準(zhǔn)確控制刀刃側(cè)向間隙。3.4 刀盤重合度調(diào)整裝置圖5刀盤重合度調(diào)整裝置1.刀盤重合度調(diào)整齒輪電機(jī) 2.蝸桿3.蝸輪4.偏心套5.上刀軸刀盤重合度調(diào)整時(shí)，下刀軸固定不動(dòng)，用上刀軸繞偏心套旋轉(zhuǎn)來(lái)控制。通過(guò)齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，帶動(dòng)蝸輪。蝸輪與上刀軸上的偏心套用鍵聯(lián)接。由于上刀軸和偏心套有25mm的偏心量，偏心套的旋轉(zhuǎn)，將使548 / 8word上刀盤的垂直位置發(fā)生變化，從而調(diào)整上下刀盤的重合度。齒輪電機(jī)安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，可以對(duì)重合度準(zhǔn) 確調(diào)整。圓盤剪的根本參數(shù)是剪切力、重合量、側(cè)向間隙、刀盤厚度、刀盤直徑等。4.1 刀

7、盤直徑和厚度的選擇刀盤形狀是薄圓柱體，主要幾何尺寸是刀盤直徑D和厚度bo刀盤直徑 D主要取決于板帶的厚度 h,刀盤重合量S和最大咬入角 ” 1。參考類似的機(jī)組數(shù)據(jù)，我們選擇刀盤直徑為350mm選擇刀盤的厚度 b應(yīng)使刀盤具有足夠的剛度，一般選取b=(0.060.10)D ,本刀盤選取 b=30mm刀盤的材質(zhì)應(yīng)具備強(qiáng)度大、韌性好和硬度高的性能。剪刃性能與制造工藝密切相關(guān)，制造性能好的剪刃，必須選用優(yōu)質(zhì)材料，精心鍛造，合理熱處理。材料選用Cr12MoV外表淬火硬度 HRO m m,端面跳動(dòng)6014.2 刀盤重合度和側(cè)向間隙的選擇刀盤重合量s和側(cè)向間隙？與被剪切的帶鋼厚度有關(guān)，如圖6所示。圖6圓盤剪刀

8、盤重合量s和側(cè)向間隙？與被剪鋼板厚度h的關(guān)系曲線由圖可見(jiàn)，隨著鋼板厚度的增加，刀盤重合量s減小。當(dāng)鋼板厚度5mnW,重合量為負(fù)值。剪切時(shí)，如重合量不夠，會(huì)引起機(jī)械超負(fù)荷和帶材局部彎曲；假如重合量太大，如此引起帶材“豎立現(xiàn)象。為了防止圓盤剪剪刃之間的磨損，在兩個(gè)剪刃側(cè)向之間，應(yīng)該有一定的間隙。確定該間隙時(shí)，要考慮被切帶鋼的厚度和強(qiáng)度。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，冷剪時(shí)，側(cè)向間隙？可取被切帶鋼厚度的 1417%。如果側(cè)向間隙設(shè)置得不合理，對(duì)剪切面和設(shè)備均有很大的影響。當(dāng)剪刃之間的間隙過(guò)大時(shí)，剪切面出現(xiàn)不整齊，因?yàn)?在剪切面附近會(huì)產(chǎn)生塑性變形，該斷口不是被剪斷的，而是以揉搓形式產(chǎn)生的撕裂現(xiàn)象。這種剪斷口，在 剪切

9、較厚而軟的低碳鋼板時(shí)較容易見(jiàn)到。當(dāng)剪刃之間的間隙過(guò)小時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致設(shè)備超載，而且易使上下移 動(dòng)的剪刃面擦傷而過(guò)早損壞，其結(jié)果將使帶鋼的剪切面產(chǎn)生毛刺而不整齊。左右機(jī)架上的剪刃重合量要一致，如果重合量不一致，如此兩機(jī)架上的剪刃受力不等，帶鋼兩邊受力 亦不等，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致帶鋼向側(cè)面串動(dòng)，發(fā)生跑偏現(xiàn)象。側(cè)向間隙小，剪切進(jìn)展得快些，反之如此慢一些。 所以，如果左右機(jī)架上的剪刃側(cè)向間隙不一致，帶鋼兩側(cè)一邊剪得快，一邊剪得慢，帶鋼兩邊受力不等， 必然產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。4.3 剪切力的計(jì)算剪切過(guò)程一般由兩個(gè)階段組成：壓入變形階段和滑移階段。剪切力是隨著切入深度 Z的變化而變化的, 當(dāng)剪刃剛接觸并逐漸壓入帶鋼時(shí)，剪切

10、力由零逐漸增大。在整個(gè)壓入階段，在剪切斷面上產(chǎn)生的剪切力小 于帶鋼本身的抗剪能力，帶鋼只產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，這時(shí)帶鋼將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。隨著剪刃的逐漸壓入，剪 切力繼續(xù)增加，當(dāng)剪切力產(chǎn)生的剪應(yīng)力等于帶鋼的抗剪能力時(shí)，帶鋼的的轉(zhuǎn)角不再增加。當(dāng)剪切力稍大于 此值時(shí)，在剪切斷面上的剪應(yīng)力就大于了帶鋼的抗剪能力，這時(shí)帶鋼便沿整個(gè)斷面產(chǎn)生了相對(duì)滑移。在滑 移階段，剪切斷面逐漸減小，剪切力也隨著不斷減小，直至剪斷帶鋼，剪切力為零。在圓盤剪上剪切金屬時(shí)，作用在單個(gè)圓盤剪剪刃上的總剪切力由兩局部組成：P=P1 十 P2式中Pl純剪切力；P2鋼板被剪掉局部的彎曲力，是由于剪切伴隨著鋼板的復(fù)雜彎曲而產(chǎn)生的，如圖7。54

11、9 / 8word圖7圓盤剪切機(jī)剪切板邊示意圖剪切力的計(jì)算方法較多，下面分別采用兩種公式來(lái)計(jì)算：方法一：由上述可知，作用在單個(gè)剪刃上的總剪切力由兩局部組成:P=P1 十 P2圖8在圓盤剪上剪切金屬時(shí)的壓力圖假定實(shí)際剪切面積只局限于弧AB與CD之間，因?yàn)樵贐D線之外剪切的相對(duì)切入深度大于£0,即剪切過(guò)程已徹底完成了。其次，將弧 AB和CD視為弦。作用于寬度為 dx的微小面積上的剪切力為dP1 = qxdx= h hdx式中qx 作用在接觸弧 AB水平投影單位長(zhǎng)度上的剪切力。qx= h h式中 剪切應(yīng)力 MPah板厚mm相對(duì)切入深度由下式計(jì)算：2xtan h 微分后得dx -h- d2

12、tan式中弦AB與CD間夾角的一半。所以純剪切力為P hdx上d2 tanh2 a 2 tan式中a 單位男切功，a在圓盤剪上冷剪時(shí)，a值可按下式求得550 / 8wordb、P2一Pi乙tana K1 bK2 5 b 5式中Ki、K2換算系數(shù)，取 Ki K2= 1被剪切鋼板的強(qiáng)度極限 (MPa)和延伸率。 鋼板被剪掉局部的彎曲力，由下式計(jì)算：總剪切力計(jì)算公式為P pi p2 P(1 乙 tan-)系數(shù)Z決定于被剪掉的板邊寬度與板厚的比值d/h,參見(jiàn)圖9。圖9被剪切鋼板的相對(duì)寬度d/h與系數(shù)Zi的關(guān)系由圖中可知，當(dāng)d/h>i5時(shí)，Zi的數(shù)值趨近于漸近線 Zi = i.4。假設(shè)合力P的作用

13、點(diǎn)在弦AB和CD中間，如此可按下式求得EF Dcos D s或cos式中s刀片重疊量。又EF (i -) h 2s(i赳cos i 2D2，一， 以板厚h=4mm b=60kg/mm為例：根據(jù)表i，取£%省斤/有米。A倍療/亳米勢(shì)M 1*的。衣OAL*50.UGJ80.31Q翔noOja0 J&如kSfik設(shè)1WJQ.il必uS5九取3LioG.uQCL 110r220.S7120OfcBTTSa.itO.Si130。優(yōu)CL伸80oar0.31表(i)相對(duì)延伸率5和相對(duì)剪切率的對(duì)應(yīng)值55i / 8cos0.31 0.9896(10.33"T)350word由表1，取

14、56108.2710.26,如此 3、0.26 158.6 Nimm/mM所以純剪切力為P12 tan總剪切力h2a42158 .6 8729 N2 tan 8.271tan8.271_ _ tan _一0.26P P(1 Z1) 8729 (1 1.415561N方法二:圓盤剪的剪切力，一般還可按諾沙里公式進(jìn)展計(jì)算。即tan 、Z1)5對(duì)于圓盤剪可建議取1.255,系數(shù)取Z1=1.4 ,如此上式簡(jiǎn)化為:p h2 b(,。.4。.7)圖10圓盤剪刀盤上的作用力簡(jiǎn)圖由圖10可知，GF= 2R-S=2Rcos” +GF 其中 azhh h h(122為剪切角。其值為一)。假如剪切機(jī)重疊量為2S如此

15、兩刀片的中心距 Ah(1 ;)Scos 1 22R取 S=0.3 mm由表1，取4 (1 026) 0.3如此cos 1 2 0.9896350 所以 a ?552 / 8wordtan a0 26男切力 P 42 610( 0 60.4 0,7) 13815N0.1454結(jié)論：兩種方法計(jì)算結(jié)果根本一致，考慮到刃口磨鈍的影響，一般將計(jì)算的剪切力增大15%20%,所以剪切力 P=1.2x15561=18700 N 4.4剪切力矩計(jì)算M=n(M+M),Nm式中 M 作用于刀軸上的扭矩，Nm;n 工作刀盤對(duì)數(shù)；M 1對(duì)刀盤剪切所需的扭矩 ； M=PDsin a , Nm;?=941 NmM2刀盤軸支承中的摩擦扭矩；M =Pdf, Nm;=56 Nmd軸承內(nèi)徑，m;f 軸承摩擦系數(shù)；剪切力矩M =941+56=997 Nm4.5剪切電機(jī)功率校核參考類似機(jī)組的數(shù)據(jù)，初步選定刀盤傳動(dòng)變頻調(diào)速電機(jī)功率為15k皿 轉(zhuǎn)速1500rpm,齒輪箱數(shù)比i =31.5。傳動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩：M=9550X 15 X 31.5/1500 = 3008.25 Nm 剪切力矩 997 Nm傳動(dòng)裝置的選擇是可靠的。此圓盤剪是推拉式酸洗線上的核心設(shè)備，其最突出的特點(diǎn)就是通過(guò)速度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力剪和拉剪工作 狀