曲柄式剪板機剪切機構(gòu)運動特性分析

張效杰

（山西太鋼哈斯科科技有限公司， 山西 太原 030100）

目前，我國型材生產(chǎn)線項目正在大批量上馬，尤其是大型棒線材生產(chǎn)線占的比重更大，剪切機是連續(xù)式軋制生產(chǎn)線上不可缺少、非常關(guān)鍵的設(shè)備。剪切機通常安裝在線材連軋機、型鋼、鋼板連軋機和鋼坯連軋機等軋制線上，用來剪切軋件頭部、尾部或?qū)④埣羟谐啥ǔ唛L度。在冷、熱帶鋼車間的橫剪機組重剪機組鍍鋅機組和鍍錫機組里，也配置有各種不同類型的剪切機，將帶鋼剪切成定尺長度或規(guī)定質(zhì)量的鋼卷。它主要的優(yōu)點是切口斷面比較平直，切口擠壓現(xiàn)象比滾筒式剪切機小，跟一般鍘刀剪類似。但是剪切過程中水平慣性力較大，因此比較適合中低速剪切，一般不超過8 m/s。曲柄式切頭剪切機剪切力比滾筒式剪切機稍高，而且刀片具有前傾斜角，實際最大剪切力還可以減小。但是其結(jié)構(gòu)尺寸比較大，在機組上更換刀片[1-2]。

1 剪切機構(gòu)

剪切機構(gòu)由上剪切機構(gòu)、下剪切機構(gòu)組成，剪切機構(gòu)示意圖如圖1所示。上剪切機構(gòu)由上擺桿、上剪轂、上曲柄軸裝配、上剪刃裝配等組成。上擺桿、上剪轂、上曲軸裝配三者組成了1個四連桿機構(gòu)。上擺桿一端通過一對滾動軸承鉸接在上橫梁上，另一端通過一對滾動軸承鉸接在上剪轂的一端。上剪轂做成開口式，在其內(nèi)壁上裝有一對滑動軸承。上剪轂一端通過一的通過一對滾動軸承與上擺桿連接，另一端將上曲柄軸放入，用上壓蓋壓緊，壓蓋與剪轂用螺栓把合。上曲柄軸裝配主要由上曲柄軸、滾動軸承、透蓋、端蓋等組成，上曲柄軸是一根具有偏心距的曲軸，其兩端通過2個滾動軸承安裝在機架上，傳動端與減速機輸出軸相連。上剪刃裝配由上刀架、上剪刃、墊片、上擋塊等組成，上剪刃采用人字形剪刃，這種剪刃形狀有利于帶材的自動對中，剪切力較小。下剪切機構(gòu)由下擺桿、下剪轂、下曲柄軸裝配、下剪刃裝配等組成。下擺桿、下剪轂、下曲軸裝配三者組成了1個四連桿機構(gòu)。下剪切機構(gòu)結(jié)構(gòu)與上剪切機構(gòu)基本相似，只是下擺桿的固定端與剪刃間隙調(diào)整裝置相連[3-4]。

圖1 剪切機構(gòu)示意圖

2 剪切結(jié)構(gòu)的運動特性

曲柄式剪切的剪切結(jié)構(gòu)為四連桿機構(gòu)，所以應(yīng)用解析法分析平面連桿機構(gòu)可求出該連桿機構(gòu)各點的位移變化。

如圖2所示，四桿機構(gòu)各邊矢量方向得：

圖2 四連桿機構(gòu)位移示意圖

分別在x軸和y軸上的投影：

消去φ2后得：

為了求解φ3，將φ3用三角函數(shù)表示，變換公式：

帶入上式得：

解出：

或者：

式中：N為符號系數(shù)。當(dāng)△BDC三頂點順序為逆時針方向，N=1；反之 N=-1當(dāng)求出 φ3后，再確定 φ2：

連桿2上剪刃與鋼板接觸點P的坐標(biāo)：

根據(jù)實際情況參數(shù)的取值如下：

下剪切機構(gòu)：l1＝270 mm、l2＝2 504.496 mm、l3＝850 mm、l4＝2 536.710 5 mm、xD＝2 500、yD＝-430、p＝1 034.7 mm、δ＝86.566°；上剪切機構(gòu)：l1＝270 mm、l2＝2 504.496 mm、l3＝850 mm、l4＝2 536.710 5 mm、xD＝2 500、yD＝-430、p＝990 mm、δ＝86.566°。

根據(jù)上式得出φ1-φ2關(guān)系如圖3，通過跟蹤一個

點的運動形式，輸出軌跡變化見圖4所示。

圖3 φ1-φ2關(guān)系圖

圖4 軌跡變化圖

根據(jù)以上公式和圖4可以看出，曲柄式切頭剪切的剪刃運動軌跡為一橢圓形結(jié)構(gòu)，在上下剪刃同時接觸鋼板時，上剪刃的水平速度要高于下剪刃的水平速度。

3 結(jié)語

通過把曲柄式切頭飛剪剪切機構(gòu)的桿件簡化成曲柄四連桿機構(gòu)，對桿件結(jié)構(gòu)在工作過程中的位移變化，得到曲柄式切頭飛剪的剪刃運動軌跡為一橢圓形結(jié)構(gòu)，這對提高曲柄式切頭飛剪機的效率具有重要的作用。

[1]賈海亮，劉邱祖，雙遠(yuǎn)華，等.一種圓盤剪剪切力測試的模擬實驗裝置研究[J].山西冶金，2010（1）：7-8；11.

[2]任志峰，孟繁霞，楚志兵.LS-DYNA在滾切剪剪切力計算中的應(yīng)用[J].山西冶金，2010（1）：7-9.

[3]景群平，賈海亮，雙遠(yuǎn)華，等.切邊圓盤剪剪切過程的數(shù)值模擬和實驗研究[J].塑性工程學(xué)報，2010（5）：32-36.

[4]傅田，趙柏森.兩圓盤間磁流變液剪切傳動特性分析[J].機械傳動，2014（4）：109-113；118.