滾輪滑座式熱鋸機(jī)結(jié)構(gòu)分析

李春生，李曉娜

對(duì)各種復(fù)雜斷面高溫鋼材來說，如果用剪切機(jī)剪切定尺，切口處會(huì)被壓扁和彎曲；如果在冷狀態(tài)下用成型刀片剪切，除了不能保證剪切斷面質(zhì)量穩(wěn)定以外，還必須隨著軋制品種的改變經(jīng)常更換刀片。因此，斷面復(fù)雜的高溫鋼材通常采用熱鋸機(jī)切斷。目前型鋼生產(chǎn)線上的熱鋸機(jī)多以滑座式和四連桿式為主，滑座式熱鋸機(jī)又分為滑板式和滾輪式。電滑板式滑座鋸因滑板磨損快，需要經(jīng)常更換，而且滑板磨損后間隙增大又會(huì)使鋸片震動(dòng)加劇；而滾輪式滑座鋸進(jìn)鋸平穩(wěn)，行程大，效率高，鋸切質(zhì)量好。因此本文以某滾輪式滑座熱鋸機(jī)為例對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1 熱鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)形式

滾輪滑座式熱鋸機(jī)主要由鋸切機(jī)構(gòu)，送進(jìn)機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)三部分組成。

1.1 鋸切機(jī)構(gòu)

圖1 滑座式熱鋸機(jī)

電機(jī)通過萬向接軸連接渦輪蝸桿減速機(jī)，蝸桿連接鋸頭夾盤，鋸片通過內(nèi)外夾盤裝于軸的懸臂端 (見圖1)。其中，夾盤的作用是使鋸片對(duì)準(zhǔn)中心，保證鋸片平直，消除軸向振動(dòng)。鋸片通常用65Mn制成，鋸片熱處理后的表面硬度HRC31～35，齒面淬火硬度HRC＞45,使齒面強(qiáng)度極限達(dá)到120～140 kgf/mm2，鋸片使用壽命長(zhǎng)。鋸片用液壓螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鎖緊可靠，成本低；減速機(jī)與電機(jī)之間通過萬向接軸連接，降低了電機(jī)和減速機(jī)之間的振動(dòng)；鋸片保護(hù)罩由翻轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)。

1.2 送進(jìn)機(jī)構(gòu)

送進(jìn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將鋸盤以一定的送進(jìn)速度通過軋件并將其切斷。該機(jī)構(gòu)由液壓缸帶動(dòng)上滑座在下滑座滑輪上向前送進(jìn)。其中一側(cè)滑輪為V型導(dǎo)向輪，而另一側(cè)為平滑輪。上滑座與滑輪接觸部位裝有滑板。由于采用液壓缸作為動(dòng)力源，送進(jìn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重量輕，操作維護(hù)方便、使用可靠。

1.3 橫移機(jī)構(gòu)

橫移機(jī)構(gòu)是改變各鋸切機(jī)之間距離的調(diào)整機(jī)構(gòu)，由液壓馬達(dá)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)車輪在軌道上行走，以實(shí)現(xiàn)熱鋸機(jī)橫移（見圖2）。為行走平穩(wěn)，防止進(jìn)鋸時(shí)鋸機(jī)在軌道上晃動(dòng)并能夠前后串動(dòng)，在液壓馬達(dá)側(cè)兩個(gè)行走輪上設(shè)有輪緣。為了防止鋸切機(jī)在鋸切過程中發(fā)生移動(dòng)，在鋸切機(jī)與軌道之間設(shè)有鎖緊裝置——彈簧液壓夾軌器。正常工作時(shí)，夾軌器的兩個(gè)夾爪夾緊鋼軌頭部的兩側(cè)；鋸切機(jī)橫移時(shí)，將壓力油通入與夾軌器相連的液壓缸，壓縮夾緊彈簧，使夾爪張開。

2 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

2.1 鋸片直徑D

做為熱鋸機(jī)最主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通常以鋸片直徑D做為熱鋸機(jī)的主要系列標(biāo)稱，如?1 500 mm熱鋸機(jī)等（見圖3）。鋸片直徑應(yīng)根據(jù)所鋸切軋件最大斷面尺寸來確定，所以鋸片直徑是表示鋸切機(jī)能力大小的主要參數(shù)。

圖3 鋸切機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

初選鋸片直徑D時(shí)可用以下經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算

式中，A—方鋼邊長(zhǎng) (mm)；d—圓鋼直徑 (mm)；B—角鋼對(duì)角線長(zhǎng)度 (mm)；C—鋼材寬度(mm)。

為了使鋸片重磨后能繼續(xù)使用，通常新鋸片的公稱直徑D比重磨后的最小直徑Dmin大5%～10%，即

2.2 夾盤直徑d

鋸片被夾盤和螺栓夾裝在鋸軸上。當(dāng)鋸片直徑一定時(shí)，若夾盤直徑d過大，則鋸片能鋸切的軋件最大高度將減小，而若d過小，則鋸切時(shí)鋸片將發(fā)生變形且軸向振動(dòng)加大，鋸片壽命降低。建議夾盤下緣距離最高軋件上表面應(yīng)留有Δ1=20～50 mm間隙，或者按以下經(jīng)驗(yàn)公式選取

鋸片重磨后的最小尺寸應(yīng)取上限值，即

為了切透軋件，新鋸片下緣應(yīng)比輥道面標(biāo)高低Δ=100～150 mm，舊鋸片下緣應(yīng)低于輥道面Δmin=40～80 mm。

由此可得，鋸片中心至輥道面的距離H

磨損后鋸片最小直徑

新鋸片的公稱直徑

2.3 鋸片厚度δ

鋸片厚度δ過大，將增加鋸切功率損耗；δ過小，將會(huì)降低鋸片強(qiáng)度，并增加鋸切時(shí)鋸片的變形。一般按以下經(jīng)驗(yàn)公式選擇

2.4 鋸片最大行程L

最大行程的確定原則為鋸片在原始位置時(shí)軋件能夠沿輥道自由通過及便于檢修鋸前輥道，其最大進(jìn)給行程應(yīng)當(dāng)確保鋸斷最寬軋件，包括成組鋸切軋件的總寬度。

3 力能參數(shù)計(jì)算

下面以某軌梁廠950線4#熱鋸機(jī)為例計(jì)算鋸切?350 mm圓鋼時(shí)所需要的鋸機(jī)參數(shù)。

3.1 鋸片的給進(jìn)速度u

式中，F(xiàn)—鋸機(jī)生產(chǎn)率，即每秒鐘內(nèi)所切去的斷面面積（mm2/s）；h—被鋸切軋件的高（mm）；B—軋件寬度（mm）；t—鋸切要求時(shí)間（s）。

影響鋸切機(jī)生產(chǎn)率的因素有很多，如鋸片旋轉(zhuǎn)速度和給進(jìn)速度，鋸切溫度和軋件運(yùn)行速度等。而最高生產(chǎn)率取決于鋸片允許的圓周力、鋸齒的許用壓力及鋸片電機(jī)許用功率。為提高熱鋸機(jī)的生產(chǎn)率，進(jìn)鋸速度應(yīng)隨鋸片電機(jī)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)整，在尚未接觸軋件時(shí)快速進(jìn)鋸，一旦鋸片開始接觸軋件，則自動(dòng)調(diào)節(jié)到適當(dāng)速度，劇切完成后以最快速度返回。

?350 mm圓鋼的軋制節(jié)奏為80 s，鋸切時(shí)間為25 s，則進(jìn)鋸速度

3.2 鋸切力

在鋸切過程中，被鋸切的軋件作用在鋸片上的力有正壓力R和圓周力T。

（1） 圓周力T

式中，S—鋸口寬度，相當(dāng)于鋸片厚度（mm）；u—進(jìn)給速度（mm/s）；h—被鋸切軋件的高度（mm）；v—鋸片線速度 （m/s）；p—鋸切軋件時(shí)的單位鋸切力（N/mm2）。

單位鋸切力p受很多因素的影響，例如被鋸切軋件的機(jī)械性能、鋸切溫度、鋸齒形狀、鋸切速度、鋸片厚度、被鋸軋件高度及磨擦損耗等。因此按現(xiàn)有計(jì)算公式計(jì)算出來的理論數(shù)值偏大，還必須經(jīng)過試驗(yàn)最終確定，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定：當(dāng)鋸切溫度為700～750℃時(shí)

式中，σb—鋸切溫度下軋件的抗拉強(qiáng)度，在700℃時(shí)，45#鋼的抗拉強(qiáng)度為220N/mm2。

4#熱鋸機(jī)的鋸片厚度為12 mm，鋸片線速度為130 m/s，將各數(shù)值代入可得鋸切?350 mm的45#鋼時(shí)圓周力T=929.4 N。

（2） 正壓力R

對(duì)于熱鋸

（3） 進(jìn)鋸阻力Sx

（4） 上抬力Sy

（5）作用在鋸片上的合力S

3.3 鋸片傳動(dòng)功率

鋸片的傳動(dòng)功率由三部分組成：

式中，N1—消耗于使軋件產(chǎn)生塑性變形和形成鋸屑的功率（kW）；N2—由鋸切過程中鋸片振擺使其兩側(cè)面與被鋸軋件接觸產(chǎn)生摩擦阻力所消耗的功率（kW）；N3—其他因素消耗的功率，如鋸屑甩出所消耗的功率及空氣阻力等（kW）。

式中，u1—軋件與鋸片側(cè)面的摩擦系數(shù)，一般取u1=0.6；Q—軋件對(duì)鋸片側(cè)面的垂直壓力（N）。

式中，f—鋸片振擺值（mm），由鋸片直徑和生產(chǎn)率而定，取3.2；c—鋸片柔度（mm/N），確定為0.001 8。

計(jì)算時(shí)取K=0.1～0.3，本次計(jì)算取最大值0.3。

將各參數(shù)代入，可計(jì)算出?350 mm圓鋼在700℃，進(jìn)鋸速度14 mm/s的條件下，其鋸切功率N=337.335 kW，最終電機(jī)功率確定為355 kW。

4 結(jié)語

滑座式熱鋸機(jī)應(yīng)用已非常普遍，為進(jìn)一步提高鋸切機(jī)能力，應(yīng)采取以下措施

（1）進(jìn)一步提高鋸切機(jī)的速度，如給進(jìn)速度為200～300 mm/s，返回速度為 600 mm/s。

（2）倍尺鋸切，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)30 m的倍尺鋸斷。

（3） 增加新鋸機(jī)。

（4）鋸切機(jī)布置成二列式。

（5）采用長(zhǎng)尺軋制——長(zhǎng)尺冷卻——長(zhǎng)尺矯直的生產(chǎn)方式，將熱鋸切改為冷鋸切。

（6）從軋制長(zhǎng)度的自動(dòng)測(cè)定到定尺給定，成品配尺均用電子計(jì)算機(jī)控制。