中寬帶冷軋機(jī)飛剪的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析

陳育明

(二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川618000)

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中寬帶冷軋機(jī)飛剪的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析

陳育明

(二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川618000)

摘要：以某850 mm冷軋機(jī)飛剪設(shè)計(jì)為例，著重對(duì)主電機(jī)參數(shù)的選擇、飛剪結(jié)構(gòu)、剪刃側(cè)間隙調(diào)節(jié)等方面進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：中寬帶冷軋機(jī)；滾筒式飛剪；設(shè)計(jì)

以某850 mm中寬帶冷軋機(jī)滾筒式飛剪設(shè)計(jì)為例，著重對(duì)飛箭主電機(jī)參數(shù)的選擇、飛剪結(jié)構(gòu)、剪刃側(cè)間隙調(diào)節(jié)等方面進(jìn)行介紹。

該850 mm冷連軋機(jī)組飛剪剪切的帶鋼材質(zhì)為不銹鋼，帶鋼厚度為0.5 mm～2.0 mm，帶鋼寬度≤730 mm，剪切能力Rm≤1 100 MPa(厚度2 mm)，剪切速度≤100 m/min。

根據(jù)以上工藝參數(shù)和飛剪剪切條件，決定采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平行直刃滾筒式飛剪，剪刃旋轉(zhuǎn)直徑為521 mm。

1　主電機(jī)參數(shù)的選擇

1.1　剪切力矩的計(jì)算

式中，P為最大剪切力；D為剪刃旋轉(zhuǎn)直徑，D=0.521m；α為最大剪切力時(shí)的刀片位置角度。

對(duì)于平行直刃滾筒式飛剪，剪切力的計(jì)算公式是[1]，

式中，系數(shù)1.6考慮了系統(tǒng)的功率、刀鈍、摩擦的損失等因素的影響而附加了60%的增能量；b為剪切帶鋼寬度，b=730 mm；h為剪切帶鋼厚度，h=2 mm；τ為剪切強(qiáng)度，不銹鋼帶鋼τ=0.79Rm，Rm=1 100 MPa。

可得P=1 015 kN

最大剪切力發(fā)生在刀片相對(duì)切入深度ε=30%時(shí)，此時(shí)刀片角度位置為：

式中，R是刀片回轉(zhuǎn)半徑，R=521/2=260.5 mm?？傻?/p>

則由公式(1)可得

1.2　主電機(jī)參數(shù)的選擇

飛剪剪切時(shí)的電機(jī)功率：

式中，n為電機(jī)工作轉(zhuǎn)速；i為減速比，i=7.1；λ為電機(jī)過(guò)載倍數(shù)，λ=2。

當(dāng)帶鋼速度v=100 m/min時(shí)，下滾筒轉(zhuǎn)速為：

式中，剪切時(shí)要求剪切速度高于帶鋼速度，超前系數(shù)k限制在5%以內(nèi)。

電機(jī)工作轉(zhuǎn)速：n=i n2=457 r/min

則由公式(3)可得

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選擇一臺(tái)功率150 kW、額定轉(zhuǎn)速480 r/min、過(guò)載倍數(shù)為2的直流電機(jī)。

2　滾筒式飛剪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滾筒式飛剪由飛剪本體和主傳動(dòng)裝置組成。飛剪本體由機(jī)架、上下轉(zhuǎn)鼓、同步齒輪、剪刃側(cè)間隙調(diào)節(jié)裝置等組成，飛剪主傳動(dòng)裝置由主電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器和制動(dòng)器組成。飛剪結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1—主電機(jī)　2—減速機(jī)　3—同步齒輪　4—機(jī)架　5—上轉(zhuǎn)鼓

2.1　機(jī)架與轉(zhuǎn)鼓

機(jī)架分為傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，為焊接鋼結(jié)構(gòu)，分為上、中、下三部分。通過(guò)4個(gè)預(yù)應(yīng)力螺柱和螺母以及橫梁將傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的機(jī)架聯(lián)接在一起，并通過(guò)螺栓把合在底座上，形成一個(gè)剛性整體。

上、下轉(zhuǎn)鼓為偏心15 mm的扁圓柱形，通過(guò)支撐軸承安裝在機(jī)架內(nèi)。軸承選用雙列圓柱滾子軸承，其特點(diǎn)是外圈固定，內(nèi)圈能軸向移動(dòng)。

在上、下轉(zhuǎn)鼓上各裝有一個(gè)剪刃，剪刃采用的是平行直剪刃，通過(guò)螺釘壓緊楔形塊，利用楔形塊的工作斜面，將剪刃固定在轉(zhuǎn)鼓刀槽內(nèi)。如圖2所示。更換剪刃時(shí)是將上、下轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)至水平位置，取出壓緊螺釘，利用專(zhuān)用的換刀工具取出壓緊楔形塊，刀片更換后再依次通過(guò)螺釘壓緊相應(yīng)的楔形塊固定剪刀。

2.2　同步齒輪

同步齒輪為斜齒圓柱齒輪，通過(guò)花鍵聯(lián)接安裝在上、下轉(zhuǎn)鼓的傳動(dòng)側(cè)。為保證傳動(dòng)精度，上轉(zhuǎn)鼓齒輪采用主副齒輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)上轉(zhuǎn)鼓內(nèi)置的彈性轉(zhuǎn)軸使副齒輪相對(duì)主齒輪方向反向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，利用彈性轉(zhuǎn)軸的回彈力來(lái)消除上、下齒輪副間隙，見(jiàn)圖3所示。主齒輪用于剪切傳動(dòng)，副齒輪用于轉(zhuǎn)鼓反向空載轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就形成無(wú)齒側(cè)間隙嚙合[2]。由于采用了斜齒輪，為平衡剪切過(guò)程產(chǎn)生的軸向力，在上、下轉(zhuǎn)鼓的操作側(cè)還各設(shè)置了一套推力軸承。

2.3　剪刃側(cè)間隙調(diào)節(jié)裝置

剪刃側(cè)間隙調(diào)節(jié)裝置由齒輪馬達(dá)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)套、彈簧以及同步齒輪機(jī)構(gòu)等組成。飛剪的上、下轉(zhuǎn)鼓通過(guò)斜齒輪( 螺旋角β=7.5°) 來(lái)傳動(dòng)。當(dāng)一個(gè)齒輪作軸向移動(dòng)時(shí)，與之相嚙合的

1—上轉(zhuǎn)鼓　2—聚氨酯板　3—剪刃

1—主動(dòng)齒輪　2—從動(dòng)主齒輪　3—從動(dòng)副齒輪

另一個(gè)斜齒輪就會(huì)發(fā)生微量的角位移，從而相對(duì)于另一個(gè)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度，這就改變了剪刃間隙。當(dāng)需要調(diào)節(jié)剪刃側(cè)間隙時(shí)，由齒輪馬達(dá)通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)套小幅旋轉(zhuǎn)，由于調(diào)節(jié)套固定在上轉(zhuǎn)鼓軸上，帶動(dòng)上轉(zhuǎn)鼓作軸向移動(dòng)，這就達(dá)到了上、下刀片側(cè)間隙調(diào)節(jié)的目的，并使用一套彈簧來(lái)平衡軸向力以鎖定剪刃的側(cè)間隙。

設(shè)計(jì)該套蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的速比為1/52，調(diào)節(jié)套螺旋導(dǎo)程為6 mm/r，齒輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)蝸桿每轉(zhuǎn)動(dòng)1圈的剪刃側(cè)間隙調(diào)整量S計(jì)算結(jié)果為：

這樣，既可以通過(guò)在齒輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的蝸桿另一端安裝編碼器來(lái)計(jì)算剪刃側(cè)間隙，也可以通過(guò)表針刻度盤(pán)顯示當(dāng)前剪刃側(cè)間隙。

2.4　主傳動(dòng)裝置

電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器、減速機(jī)驅(qū)動(dòng)飛剪下轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)同步齒輪實(shí)現(xiàn)上、下剪刃同步剪切。減速機(jī)選用公稱速比為7.1的標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速機(jī)。在主電機(jī)輸出軸的聯(lián)軸器處設(shè)有兩個(gè)鉗盤(pán)式氣動(dòng)制動(dòng)器，作用是安全平穩(wěn)地啟動(dòng)和制動(dòng)飛剪。

2.5　潤(rùn)滑

飛剪減速機(jī)以及同步齒輪、軸承、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)均采用集中稀油循環(huán)潤(rùn)滑。

3　使用效果

該滾筒式飛剪在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了在不停機(jī)張力狀態(tài)下對(duì)帶鋼進(jìn)行分卷剪切，剪切的效果比較好。由于對(duì)飛剪主電機(jī)、上下轉(zhuǎn)鼓、同步齒輪、機(jī)架等重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，使飛剪重量大幅減輕，比同類(lèi)滾筒式飛剪造價(jià)低，滿足了冷軋生產(chǎn)線和用戶對(duì)飛剪的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]俞洪杰，馬立峰，等.滾筒式飛剪機(jī)的剪切性能理論分析及有限元模擬[J]．重型機(jī)械，2012(4)：46-50．

[2]鄒家祥．軋鋼機(jī)械(修訂版)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1989．

編輯杜敏

Design and Structural Analysis of Drum Shears for Medium

and Wide Strip Cold Rolling Mill

Chen Yuming

Abstract：Taking shears design of a certain 850 mm cold rolling mill as example, parameter selection of main motor and configuration for shears as well as shear blade clearance adjustment device have been described.

Key words：cold rolling mill of medium and wide strip; drum shears; design

收稿日期：2014—09—30

中圖分類(lèi)號(hào)：：TG333.2+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B