浮動(dòng)式液壓剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及參數(shù)計(jì)算

胡佳楠

(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng)471039)

在鋁加工車(chē)間軋制線(xiàn)及其輔助作業(yè)線(xiàn)上，經(jīng)常采用液壓剪對(duì)板帶材進(jìn)行頭、尾部剪切或分切。浮動(dòng)液壓剪具有開(kāi)口度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、安裝維護(hù)方便、重量輕、成本低等特點(diǎn)，因此浮動(dòng)式液壓剪在鋁帶熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上得到了廣泛應(yīng)用。

下面以我院為某鋁加工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的熱軋機(jī)組中的浮動(dòng)式重型液壓剪為例，淺析浮動(dòng)液壓剪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

1 浮動(dòng)液壓剪的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

該浮動(dòng)液壓剪(如圖1)主要由上刀架、下刀架、剪刃、下橫梁、張力柱、滑套、同步機(jī)構(gòu)、側(cè)支座、板帶壓緊裝置、液壓缸等組成。上、下剪刃分別安裝于上、下刀架上;下刀架和下橫梁由液壓缸連接;通過(guò)張力柱、鎖緊螺母等將上刀架和下橫梁連接一體，構(gòu)成封閉的框架結(jié)構(gòu)，張力柱可在滑套中上下滑動(dòng)。

浮動(dòng)液壓剪動(dòng)作過(guò)程:液壓剪共有四個(gè)動(dòng)作。液壓缸活塞桿縮回，整個(gè)液壓剪的重量由下緩沖器9支撐;剪切時(shí)進(jìn)油，活塞桿伸出，下橫梁—上刀架隨活塞缸缸體向下滑動(dòng)，遇到上緩沖器5停止，上剪刃位置固定于此;活塞缸繼續(xù)進(jìn)油，上刀刃停止動(dòng)作，活塞桿推動(dòng)下刀架向上滑動(dòng)，直至活塞桿全部伸出，完成剪切;剪切結(jié)束后，活塞缸控制進(jìn)油，上刀架隨活塞缸缸體向上滑動(dòng)，直至活塞缸的活塞桿全部縮回。至此，完成一次剪切過(guò)程。

該浮動(dòng)液壓剪有以下特點(diǎn):

(1)上、下刀架都浮動(dòng)

上、下刀架都移動(dòng)是本液壓剪最大特點(diǎn)，剪切時(shí)，上刀架向下移動(dòng)后固定，下刀架再向上移動(dòng)完成剪切。因此開(kāi)口度比較大，能使帶材翹頭嚴(yán)重也不影響帶材通過(guò)，而且可以配置在機(jī)組中間，在正常軋制時(shí)，不會(huì)影響軋件通過(guò)。

(2)斜剪刃設(shè)計(jì)

為了消除被切斷面的撕裂現(xiàn)象和減少剪切負(fù)荷，通常上剪刃或下剪刃有一定的傾斜角度α。傾角不能太小或太大，傾角較小時(shí)，在被剪帶材斷面容易出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，影響剪切效果;傾角較大時(shí)，受板材與剪刃間摩擦條件的限制，帶材從刀口滑出，不能進(jìn)行剪切; α通常用1°30'～6°，該項(xiàng)目中下剪刃水平布置，上剪刃與水平面成4°夾角。

(3)高承載力的齒輪—齒條同步機(jī)構(gòu)

同步機(jī)構(gòu)是使兩個(gè)液壓缸動(dòng)作能同步移動(dòng)。雖然兩個(gè)油缸的結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣，但密封件的摩擦力和漏損、支持件的摩擦力、以及管路閥件的總合阻力等都不同，以致兩油缸出、入口的壓力不同，使活塞的移動(dòng)速度亦有差異，因此同步裝置必不可少。機(jī)械同步裝置多采用齒輪—齒條機(jī)構(gòu)或連桿同步機(jī)構(gòu)。兩種同步機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn):①連桿同步機(jī)構(gòu)同步精度高，抗偏載能力好，但是占用空間大;②該液壓剪最大剪切厚度達(dá)到100mm，因此本設(shè)計(jì)采用齒輪—齒條式結(jié)構(gòu);齒輪軸安裝于下刀架上，張力柱上加工有齒條;③齒輪—齒條式能承載較大負(fù)荷，并且占用空間較小，但是對(duì)齒輪、齒條加工精度要求較高。對(duì)剪切力要求較大的剪子通常配備此種同步結(jié)構(gòu)。

⑷空氣彈簧壓板裝置

在液壓剪工作時(shí)，板帶材會(huì)被下剪刃抬離輥道一段距離，設(shè)置壓板裝置可防止帶材翹頭，使剪切順利進(jìn)行。

圖1 浮動(dòng)液壓剪結(jié)構(gòu)圖

⑸高強(qiáng)度張力柱。高強(qiáng)度的導(dǎo)向張力柱由上實(shí)心圓柱頭、下實(shí)心圓柱頭、空心圓柱套管3部分組成，通過(guò)空心圓柱套管的兩端分別將上、下實(shí)心圓柱頭連接成一體(如圖2)。

圖2 張力柱簡(jiǎn)圖

根據(jù)材料力學(xué)抗彎強(qiáng)度理論，等截面的空心圓柱桿件抗彎截面模量高于同等截面的實(shí)心圓柱桿件，這說(shuō)明要達(dá)到同等抗彎截面模量的要求，空心圓柱桿件的重量要低于實(shí)心圓柱桿件。

⑹碟璜緩沖裝置

碟形彈簧有剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以較小變形承受較大載荷的特點(diǎn)。該浮動(dòng)液壓剪在側(cè)支座上頂部和底部均布置緩沖器，在上、下刀架下降遇到擋塊時(shí)緩沖器起到緩沖左右，減少對(duì)設(shè)備沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

2 主要參數(shù)的確定

(1)剪刃尺寸

剪刃尺寸包括剪刃長(zhǎng)度l，剪刃斷面高度h'及寬度b'。這些尺寸可以根據(jù)被剪板帶最大斷面尺寸來(lái)選取。

剪刃長(zhǎng)度可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定:

式中l(wèi)——剪刃長(zhǎng)度，mm;

bmax——被 剪 帶 材 橫 斷 面 最 大 寬 度，bmax=1500mm;

計(jì)算所得l=1500+300=1800mm。

剪刃斷面高度及寬度可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定:

式中h'——剪刃斷面高度，mm;

h——被剪切件最大斷面高度，h=100mm;

b'——剪刃斷面寬度，mm。

計(jì)算所得h'=1.5×100=150mm;

式中F——剪切力N;

K——考慮到剪刃磨鈍、剪刃側(cè)隙等所取系數(shù)1.2～1.3，取F=1.3;

h——被剪切件最大斷面高度，h=100mm;

ɑ——剪刃傾斜角，ɑ=4°;

σb——被剪切帶材的強(qiáng)度極限MPa，本案復(fù)合鋁在300℃下的σb=29MPa;

δ——被剪切帶材的延伸率，本案復(fù)合鋁在300℃下的δ=70%;

計(jì)算所得F=2265000N取F=2300000N

(3)液壓缸

剪切寬幅帶材的液壓剪一般布置兩個(gè)液壓缸，無(wú)桿腔的直徑可由下式計(jì)算:

(2)剪切力

斜剪刃的剪切力可由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

式中d——液壓缸無(wú)桿腔直徑，mm;

F——剪切力，F(xiàn)=2300000N;

G——下刀架、橫梁等的重量，G=45500;

ρ——液壓系統(tǒng)壓力，ρ=19MPa;

η——考慮液壓傳動(dòng)損失系數(shù)，取η=0.85。計(jì)算所得d=304.068mm，取d=320mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

該浮動(dòng)液壓剪結(jié)構(gòu)合理、開(kāi)口度大、剪切能力大，制造成本低，自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行平穩(wěn)性好，維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］鄒家祥.軋鋼機(jī)械［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2000

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第四版.第三卷.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002

［3］肖亞慶.鋁加工技術(shù)使用手冊(cè).第一版.上冊(cè).北京:冶金工業(yè)出版社，2005