開口度可調式液壓剪在鋁板帶生產(chǎn)線的設計與應用論述

文 / 北京瀚川鑫冶工程技術有限公司 張建國

開口度可調式液壓剪在鋁板帶生產(chǎn)線的設計與應用論述

文 / 北京瀚川鑫冶工程技術有限公司 張建國

本文簡單概述了鋁板帶熱軋生產(chǎn)線常規(guī)液壓剪發(fā)生的一些問題，針對問題提出了本設計的改進方式，對本開口度可調式液壓剪的設計結構、工作原理和功能特點進行了較為詳細的闡述；并通過實際案例表明其運行平穩(wěn)可靠、效果良好，可以大力推廣應用。

開口度 液壓剪 調整裝置 鎖緊機構

一、概述

直刃單斜式液壓重型剪切機一般用于鋁板帶熱軋生產(chǎn)線，位于粗軋機之后、精軋機之前，其剪切范圍大（30～120mm），對于軟態(tài)鋁最大剪切厚度可達150mm。主要用于剪切粗軋階段鋁板頭尾張嘴部分的板坯，如配置定尺標尺還可對板料進行定尺剪切，剪切后的板料做為中厚板成品下線。

由于重型液壓剪剪切厚度大，所以剪切力相對較大，為減小剪切力，剪刃一般都設計為斜刃剪切，一般為下刀刃平直設置，上刀刃單斜設置，傾斜角度一般為3～5°。

由于重型液壓剪是單斜式液壓剪，當剪切板料較寬時，剪切行程就較大，這樣被剪切板料隨著下刀架的抬升高度就大。由于下刀刃是平直刃、而上刀刃是斜直刃，所以在剪切過程中，板料除受到刀刃的剪切力之外，還會受到上下刀刃對板料的壓扭作用力的作用，再加上板料的自重，當剪切過程中，板料抬升過高且板料相對較薄、較寬時，就會在臨近剪切完畢板料提前撕裂而斷，造成切口不整齊，甚至有可能由于切口缺陷造成板料報廢。

本新型結構設計，設置有開口度調整裝置，可根據(jù)不同的待剪切板料進行開口度的二次調整，該調整裝置安裝于液壓剪上部連接橫梁處，通過開口度調整裝置的偏心軸和上刀架的升降連桿機構相連接，再通過升降連桿機構帶動上刀架進行開口度的調整。

二、本液壓剪的基本結構設計說明

本技術設計的特點是：開口度調整機構簡單、控制運行可靠，可根據(jù)不同的剪切板料進行開口度的二次調整，開口度的調整量由偏心軸的偏心距和旋轉角度決定，調整裝置還設置有偏心軸的鎖緊裝置，保證在剪切過程中上刀架的連桿機構的穩(wěn)固。設備設計結構簡圖如圖-1所示，其由機架裝配、上剪切裝置、下剪切裝置、剪刃開口度調整裝置、以及液壓介質、潤滑等管路及電氣檢測元件等組成。

1．本液壓剪的機架裝配主要由液壓剪機架立柱（15）、液壓剪底座（16）、液壓剪連接橫梁（03）組成。四個機架立柱通過螺栓和底座相連接，四個機架立柱和液壓剪連接橫梁通過鍵和螺栓相連接。板料壓緊裝置（06）安裝在上刀架上，剪切時壓緊板坯以利于順利剪切。其由壓緊液壓缸（17）、導向桿（21）、壓緊壓板（20）等組成。

2．上剪切裝置主要由上刀架升降缸（02）、上刀架升降連桿機構（04）、上刀架（05）、壓緊裝置（06）、上剪切刀（07）組成。上刀架升降缸（02）安裝于液壓剪連接橫梁（03）上，其通過銷軸和上刀架升降連桿機構（04）的擺桿一（22）相連接；上刀架升降連桿機構的擺桿一（22）和擺桿二（23）連接于開口度調整裝置的偏心軸（18）上，偏心軸固定于液壓剪連接橫梁（03）上，與液壓剪連接橫梁間隙配合，可旋轉；上刀架升降連桿機構的另一端和上刀架（05）通過銷軸相連接；而升降連桿機構和液壓剪連接橫梁、上刀架組成雙平行四邊形結構，通過上刀架升降缸的推出和縮回推動雙平行四邊形的擺動，從而帶動上刀架升降。

上刀架的兩端側面和機架立柱內側面的耐磨襯板間采取間隙配合，保證上刀架可自由上下滑動，且耐磨襯板和上刀架間的間隙可調整，保證耐磨襯板磨損后的間隙一定。

3．下剪切裝置主要由下剪切刀（09）、下刀架（10）、主剪切柱塞缸（11）、下刀架同步裝置（12）、主剪切活塞缸（14）組成。下刀架（10）由左右兩個主剪切柱塞缸（11）支撐于其兩端，主剪切柱塞缸安裝于液壓剪底座上；在下刀架中部還設置有主剪切活塞缸（14），其頭部鉸接于下刀架上，尾部通過耳軸安裝于液壓剪底座上，剪切厚板時，主要由主剪切柱塞缸和活塞缸共同驅動完成剪切，剪切后在主剪切活塞缸拉動下刀架回位；剪切薄板時，主要由主剪切柱塞缸驅動完成剪切，然后由活塞缸拉動下刀架完成下刀架的回位。

下刀架的兩端側面和機架立柱內側面的耐磨襯板間采取間隙配合，保證下刀架可自由上下滑動，且耐磨襯板和下刀架間的間隙可調整，保證耐磨襯板磨損后的間隙一定。

4．該液壓剪開口度調整裝置的設計結構簡圖如圖-2所示，其主要由調整裝置偏心軸（18）、減速電機（24）、偏心軸鎖緊滑塊（25）、鎖緊液壓缸（26）、鎖緊滑塊導軌（27）組成。

調整裝置偏心軸（18）與液壓剪升降連桿機構（04）的擺桿一（22）和擺桿二（23）連接，偏心軸與液壓剪連接橫梁（03）滑動配合連接安裝；偏心軸一端和減速電機（25）連接，另一端設計成外花鍵結構并與內花鍵結構設計的偏心軸鎖緊滑塊（26）相配合，從而實現(xiàn)偏心軸的鎖緊與分離；偏心軸鎖緊滑塊安裝于鎖緊滑塊導軌（27）上，導軌和滑塊的配合處設計為燕尾槽結構，保證鎖緊滑塊只能前后往復滑行，不能翻轉；鎖緊液壓缸（26）采用中間鉸接式液壓缸，其頭部連接于鎖緊滑塊上，液壓缸推出，推動鎖緊滑塊前移而鎖緊偏心軸，液壓缸縮回，拉動鎖緊滑塊后退而松開偏心軸。

圖-1 液壓剪基本結構簡圖

圖-2 調整裝置結構簡圖（圖-1中A-A剖）

三、本液壓剪的工作原理

1. 如圖-1、圖-2所示，液壓剪剪切時，上刀架（05）由升降液壓缸（02）通過升降連桿機構（4）帶動上刀架至第一行程剪切位置，然后根據(jù)板厚由開口度調整裝置的減速電機驅動偏心軸并帶動升降連桿機構及上刀架至合適的剪切位置。

2. 上刀架行程分為兩級，第一級行程主要由升降缸驅動升降連桿機構實現(xiàn)，第二級行程由開口度調整裝置的減速電機驅動偏心軸實現(xiàn)。當剪切板料厚度＞50mm時，板料進入到剪切位置后，上刀架才可進行第一級行程下降，這樣可避免板料的翹曲而撞擊到刀刃，剪切完畢再次提升刀架，等待第二塊板料的剪切；當剪切板料厚度≤50mm時，上刀架可先進行第一級行程下降，剪切完畢不用提升刀架，繼續(xù)等待剪切下一塊板料，這樣可提高剪切效率。

3. 當?shù)谝患壭谐滔陆档轿唬羟邪辶弦策M入到剪切位時，開口度調整裝置的偏心軸在減速電機驅動下，開始由偏心最高位向最低位旋轉，驅動升降連桿機構及上刀架繼續(xù)下降，從而使剪切開口度進一步減小。二級行程的下降量，也就是剪切開口度的調整量是由開口度調整裝置的偏心軸的偏心距e和偏轉角度決定，偏心距e的設計取值保證剪切最厚板和最薄板時，上刀口距板面的距離既不過大也不過小，基本在20～40mm的范圍；而偏心軸的旋轉角度也是根據(jù)剪切板料的厚度確定，其確定原則也是盡量保證上刀口距板面的距離既不過大也不過小，基本在20～40mm的范圍。

在剪切最厚板料時，偏心軸的偏心位在最高點，剪切最薄料時，偏心軸的偏心位旋轉到最低點，也即偏心軸旋轉180°。

4．剪切50mm以上厚板坯時，活塞缸和柱塞缸共同作用驅動下刀座向上運動，實現(xiàn)剪切；剪切50mm以下薄板坯時，柱塞缸單獨驅動下刀座向上運動，實現(xiàn)剪切，左右柱塞缸采用機械連桿同步裝置。

5．當待剪切板料進入液壓剪剪切位后，上刀架升降缸開始快速拉動，帶動升降連桿機構（04）及其上刀架（05）快速下降，下降到位后，開口度調整裝置的減速電機開始工作，驅動偏心軸由最高位向低位進行旋轉，從而帶動升降連桿機構（04）及其上刀架（05）繼續(xù)下降，剪切開口度進一步減小。偏心軸的旋轉角度根據(jù)待剪切板料的厚度由控制系統(tǒng)自動確定，偏心軸旋轉到確定位后，開口度調整裝置的鎖緊液壓缸推動鎖緊滑塊向前，滑塊內花鍵嵌入偏心軸端的外花鍵，從而鎖死偏心軸，避免在剪切過程中偏心軸的轉動影響剪切的平穩(wěn)性。

6．在調整裝置的偏心軸旋轉的同時，設置于上刀架上的壓緊裝置（06）的壓緊液壓缸（17）也開始向下推出，帶動壓緊裝置的壓緊壓板（20）向下壓向待剪切板料，在偏心軸旋轉到位后，壓緊板緊隨其后也壓緊到位。此時下剪切裝置的下刀架（10）帶動下剪切刀（09）在主剪切柱塞缸（11）和主剪切活塞缸（14）的共同作用下，向上運動，和上剪切刀對板料形成斜向剪切，實現(xiàn)剪切。

7．剪切完畢，下刀架在活塞缸的拉動下，向下運動，同時柱塞缸泄壓，實現(xiàn)下刀架的回位；同時上刀架升降缸推出，通過連桿機構帶動上刀架上升回位，同時偏心軸旋轉回位，壓緊液壓缸縮回帶動壓緊壓板提升回位，完成一次剪切。

8．當待剪切板料小于50mm時，完成一次剪切后，上刀架無需要提起回位，只進行偏心軸旋轉回位，壓緊液壓缸縮回帶動壓緊壓板提升回位，等待下一塊板料入位剪切即可。

四、本液壓剪的技術特點及應用

本液壓剪開口度調整裝置偏心距e的確定原則是：根據(jù)剪切板料的厚度范圍確定，保證剪切任何厚度的板料，上剪刃刀口的最低點距板料上表面的距離基本一致，約20～40mm。

圖-3 本液壓剪在實際應用現(xiàn)場

本技術設計液壓剪具有以下特點：開口度調整機構簡單、控制運行可靠、故障率低、成本低廉；可實現(xiàn)根據(jù)不同的剪切板料自動進行開口度的調整；開口度可調整裝置設置有偏心軸的鎖緊裝置，保證上刀架的連桿機構不發(fā)生擺動，保證剪切平穩(wěn)。

本液壓剪在鎮(zhèn)江某鋁板廠的熱軋線設備改造中得到實際應用，其運行平穩(wěn)可靠、效果良好，得到用戶的首肯，可以大力推廣應用。隨著鋁加工業(yè)向特大、特寬、特厚方向的發(fā)展，中厚板鋁熱軋生產(chǎn)線改擴建項目的增多，這種新型的剪切范圍寬廣的可調整開口度液壓剪的需求相應也會同步增長。

［1］ 劉家輝等. 熱軋機組鋼卷檢查線液壓剪切機 ［J］.一重技術，2011，（4）∶43～45

［2］ 張景進. 寬厚板生產(chǎn) ［M］.北京∶業(yè)績工業(yè)出版社 2005

［3］ 東國元等. 引進的鋁熱連軋生產(chǎn)線的特點 ［J］.輕合金加工技術，2010，（1）∶37～40

Discourse of the opening adjustable hydraulic shears' design and application in aluminum strip production line