一種型材生產(chǎn)線飛剪的研發(fā)與優(yōu)化

吳 偉

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 熱軋分公司,湖北 武漢 430223)

0 引 言

飛剪[1]是一種重要的冶金設(shè)備，通過剪刃的相對運動，橫向剪切連續(xù)運動著的軋件。通常安裝在鋼坯連軋機、鋼板連軋機、型鋼和棒線材連軋機等軋制線上，用來剪切軋件頭部、尾部、事故碎斷或?qū)④埣羟谐啥ǔ唛L度。

自主研發(fā)了一種曲柄連桿式飛剪并應(yīng)用于某中小型H型鋼生產(chǎn)線，實現(xiàn)了該類型飛剪的完全國產(chǎn)化。飛剪于2012年8 月正式投用，并于2013年10月使用了優(yōu)化后的剪刃更換裝置。生產(chǎn)實踐表明,該飛剪滿足生產(chǎn)線各品種規(guī)格型鋼的剪切要求,優(yōu)化后的剪刃更換裝置更加可靠、便捷，值得業(yè)內(nèi)推廣。

1 飛剪參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點

飛剪的基本參數(shù)見表1所列。

表1 飛剪基本參數(shù)

飛剪主要由主傳動裝置、飛剪本體、廢料收集裝置、換剪刃裝置、飛剪輸入輸出輥道裝置組成。

圖1 飛剪結(jié)構(gòu)示意圖1.主傳動裝置 2.飛剪本體 3.廢料收集裝置 4.換剪刃裝置 5.輸入輸出輥道

(1) 飛剪主傳動裝置

主傳動裝置主要由主電機，聯(lián)軸器，飛輪，減速機，制動器組成。采取對稱布置并聯(lián)輸入，主電機經(jīng)由聯(lián)軸器傳送至減速機高速軸以及掛在高速軸上的飛輪，經(jīng)減速機低速軸端將動力傳輸給飛剪本體(見圖2)。飛輪通過鍵連接和減速機高速軸端相連，主要用于儲存剪切能量。其中一臺聯(lián)軸器上帶有制動輪和電液制動器相配合作用，其作用是剪刃停止工作期間確保曲柄連桿機構(gòu)鎖死，防止傷人、誤操作。減速機高速軸連接聯(lián)軸器和飛輪，低速軸為內(nèi)花鍵軸，與飛剪本體一對齒輪軸以花鍵相連接。

圖2 飛剪的傳動示意圖[2]1.電動機 2.聯(lián)軸器 3.飛輪 4.減速機 5.本體小齒輪軸 6.本體下端大齒輪 7.下曲軸 8.本體上端大齒輪 9.上曲軸

(2) 飛剪本體

飛剪本體上包括包括機架、傳動裝置、剪切機構(gòu)、剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置、剪刃鎖緊拆卸裝置等。

① 機架 機架由若干鋼板及六個軸承座，側(cè)板等組成。軸承座全部焊接在機架上，進行焊后加工。曲軸的外端連接在側(cè)板上，另外一端通過軸承座安裝于機架內(nèi)。另外設(shè)有兩組軸承座用于安裝齒輪軸。六個軸承座分別設(shè)有稀油潤滑點。而側(cè)板安裝曲軸處設(shè)置有一個干油潤點。

② 傳動裝置 傳動裝置由一對小齒輪，一對大齒輪及上下曲軸組成。飛剪本體接受來自于主傳動傳輸裝置的動力后，由小齒輪傳遞至下端大齒輪，然后與上端大齒輪嚙合，最終將動力傳至剪切機構(gòu)實現(xiàn)剪切(見圖2)。大齒輪與曲軸通過錐面過盈配合連接，曲軸上開有打壓油孔，方便大齒輪及曲軸安裝。

③ 剪切機構(gòu) 剪切機構(gòu)為曲柄連桿式四桿機構(gòu)，由剪刃鎖緊裝置，剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置，連桿，擺桿，曲柄等組成，鎖緊裝置主要由連桿，刀座，楔塊，壓桿，蝶形彈簧，活塞桿等組成。曲柄通過襯套和曲軸相連，將曲軸傳遞過來的動力傳至四桿機構(gòu)實現(xiàn)剪切。

(3) 廢料收集裝置

由溜槽，溜槽擋板，廢料筐，廢料筐橫移裝置組成。正常工作時，廢料筐在工作位，溜槽擋板打開，廢料框接收廢料。廢料框滿，需要輸出廢料時，收縮氣缸活塞桿，關(guān)閉溜槽擋板，由廢料橫移電機驅(qū)動卷筒，通過鋼絲繩拖動廢料框至離線位天窗口下，等待吊離。被吊離的廢料框清理完廢料后，由廢料橫移電機將廢料框拖回初始工作位，然后活塞桿上頂，溜槽擋板打開，廢料重新溜回廢料框。

(4) 換剪刃裝置

換剪刃裝置由底座、換刀旋轉(zhuǎn)架等組成，可在軌道上來回移動，共四個液壓缸，可放置兩對上下剪刃(新舊剪刃)，兩對剪刃可通過選擇換刀旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)180°交換位置進行更換。

(5) 飛剪輸入輸出輥道

飛剪輸入輥道承接粗軋機后飛剪運輸輥道，將粗軋之后的軋件導(dǎo)入飛剪本體進行剪切，軋件剪切完后再由飛剪輸出輥道導(dǎo)出到精軋機組進行軋制。輥道可以正、反向旋轉(zhuǎn)，可以單獨控制。

2 剪刃的安裝拆卸及側(cè)隙調(diào)整

(1) 剪刃的安裝和拆卸

剪刃的安裝和拆卸靠剪刃鎖緊裝置的鎖緊與松開實現(xiàn)，鎖緊裝置(見圖3)主要由鎖緊楔塊，碟簧，刀座，活塞桿，壓桿,刀座蓋板組成。剪刃的拆卸采取刀座加剪刃整體式更換方式，鎖緊時，壓桿壓緊碟簧，碟簧被壓縮,產(chǎn)生一定預(yù)緊力使楔塊牢牢的將刀座固定在連桿頭中，壓緊后，用螺栓將壓桿固定與連桿頭上。松開刀座時，液壓油經(jīng)過打壓油口打入活塞桿腔，推動活塞桿反向壓縮碟簧，使得碟簧進一步被壓縮，楔塊與刀座分離，使得刀座可以被剪刃更換裝置拖出進行更換。

圖3 鎖緊裝置1.刀座 2.楔塊 3.壓桿裝置 4.剪刃 5.連桿裝置

(2) 剪刃側(cè)隙調(diào)整

在改變軋制規(guī)格、剪刃嚴(yán)重磨損或損壞需更換、剪刃少量磨損需調(diào)整等情況時，需要對剪刃的相對位置進行調(diào)整。剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置主要由擺桿，偏心軸，固定螺釘?shù)冉M成。如圖4所示。

當(dāng)剪刃在剪切時不垂直與軋件，或剪刃的側(cè)隙達不到要求時，可將剪刃轉(zhuǎn)到垂直位置，然后卸下固定螺釘，旋轉(zhuǎn)偏心軸，偏心軸外端置有24個沉頭孔，與固定螺釘配合，可將偏心軸固定與機架上，實現(xiàn)±5 mm偏心。通過改變四桿機構(gòu)擺桿固定點的位置，剪刃的位置發(fā)生改變，將剪刃調(diào)到正確位置后，再旋緊固定螺釘，固定偏心軸，達到調(diào)整剪刃側(cè)隙的目的。

剪刃的間隙和重疊量的設(shè)定和調(diào)整是否正確．直接影響飛剪的剪切質(zhì)量。剪刃的間隙過大會使剪切質(zhì)量下降，斷口形狀不好：問隙太小，會加快剪刃的磨損，間隙為負值時，嚴(yán)重時會造成剪刃損傷或刀架損壞等事故。H型鋼的剪刃的間隙一般控制在0.2～0.4 mm，上下剪刃的重疊量為l～2 mm[3]。

3 剪刃更換裝置的優(yōu)化

剪刃更換裝置原設(shè)計為由底座、換刀旋轉(zhuǎn)架組成，共四個液壓缸，更換剪刃時，先將新剪刃在離線位安裝好后，手推小車至飛剪換剪刃位，驅(qū)動小車上的液壓缸將裝有舊剪刃的上、下刀座整體拉出分別置于上下托盤上，旋轉(zhuǎn)換刀旋轉(zhuǎn)架，將離線剪刃(新剪刃)更換至在線位，液壓缸將新刀座推送至飛剪本體，完成剪刃更換。設(shè)計換刀旋轉(zhuǎn)體的初衷為減少停機時間，但實際投入生產(chǎn)后，很難在拆除舊剪刃后通過旋轉(zhuǎn)換刀旋轉(zhuǎn)架180°后定位上下刀座，不能立即更換已離線安裝好的新剪刃，所需時間及更換剪刃難度反而增加。優(yōu)化后的剪刃更換裝置如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后的剪刃更換裝置1.液壓缸 2.配重 3.本體 4.調(diào)整墊片 5.旋轉(zhuǎn)架 6.下刀座 7.下托盤 8.平輪 9.V輪 10.U型鎖塊 11.上托盤 12.上刀座

改進后，軌道采用一根平軌，一根V型軌，可在軌道上來回移動，手推至工作位時，用定位螺母使得換剪刃小車U型鎖塊和飛剪本體相對固定，驅(qū)動小車上的液壓缸將上、下刀座整體拉出分別置于上下托盤上，先用吊車吊走上刀座后，打開旋轉(zhuǎn)架，將下刀座吊走(見圖6)。舊剪刃更換完畢后，先將新的下刀座用吊車吊入安裝于下托盤上，將旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)至工作位，裝入上刀座；新液壓缸將新刀座推送至飛剪本體，剪刃鎖緊后，松開本體鎖緊螺母，小車退回至離線位，完成剪刃更換。

圖6 剪刃更換

優(yōu)化后的換剪刃裝置具有以下特點：

(1) 車輪分別采用V型輪及V型輪軌道，平輪及平輪軌道，使得換剪刃小車車體與飛剪本體具有較好的對中度。

(2) 車輪采用2 mm偏心設(shè)計，軌道下端采用墊片組設(shè)計，用于高度方向的微調(diào)。

(3) 上托盤設(shè)置有調(diào)整螺母，用于調(diào)整托盤側(cè)邊與刀座的間隙(見圖6)。

(4) 小車車體，及本體上用U型定位塊+固定螺母鎖緊，保證小車與本體無相對運動，穩(wěn)定可靠。

(5) 車體附有配重，防止工作時小車傾翻。

4 結(jié) 語

闡述了一種曲柄連桿式飛剪的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點、以及剪刃更換小車的優(yōu)化設(shè)計。該連桿飛剪的成功研發(fā)使用,使得該廠具有了生產(chǎn)中小型型鋼的能力,填補了該地區(qū)H型鋼市場的空白。本飛剪的完全國產(chǎn)化設(shè)計和制造,有效降低了設(shè)計和制造成本,推進了型材飛剪在國產(chǎn)化進程上的持續(xù)發(fā)展,為國內(nèi)其他類似的項目提供借鑒和經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 黃慶學(xué).軋鋼機械設(shè)計[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[2] 許 燚.熱軋型材啟停式曲柄飛剪關(guān)鍵性能參數(shù)的計算與分析[J].冶金設(shè)備,2016(3):18-20.

[3] 殷 強，蔣 濤.飛剪在型鋼軋機生產(chǎn)線的應(yīng)用[J].冶金信息導(dǎo)刊,2010(3):63-64.