連續(xù)鍍鋅線切斷剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

譚 剛

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 冶金裝備設(shè)計(jì)院,重慶401122)

在連續(xù)熱鍍鋅處理線中,常在機(jī)組的首尾配置剪切設(shè)備。入口切斷剪用來(lái)剪切帶鋼頭、尾厚度超差和損壞的部分,便于機(jī)組頭部焊接拼卷;出口切斷剪用來(lái)剪切焊縫、對(duì)帶鋼進(jìn)行取樣或者分卷剪切。為了便于帶鋼通過(guò),切斷剪常采用下切式液壓剪,即上刀架和上剪刃固定,下刀架和下剪刃運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作[1-3]。由于鍍鋅線為連續(xù)處理線,因此,一旦出現(xiàn)故障停機(jī),將會(huì)產(chǎn)生大量的廢品,造成較大經(jīng)濟(jì)損失;而合理的剪刃布局形式以及前后附屬設(shè)備設(shè)計(jì),將對(duì)后續(xù)帶鋼的連續(xù)通過(guò)性以及產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文針對(duì)某鍍鋅線的出口切斷剪結(jié)構(gòu),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題,探討切斷剪設(shè)計(jì)中需要注意的一些改進(jìn)優(yōu)化措施。

1 切斷剪結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)

下切式液壓剪上刀架和上剪刃固定,下刀架和下剪刃運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)剪切。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要由機(jī)架、上剪刃、下剪刃、上固定刀架、下移動(dòng)刀架、壓板裝置、剪切連桿機(jī)構(gòu)、入口夾送輥、出口擺動(dòng)導(dǎo)板等組成。該下切式液壓剪通過(guò)固定在機(jī)架傳動(dòng)側(cè)的液壓缸驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu),帶動(dòng)下移動(dòng)刀架和下剪刃上升、下降,與固定在上刀架的上剪刃重疊,完成剪切動(dòng)作。為了降低剪切力,該切斷剪剪刃設(shè)計(jì)為斜刃,上剪刃傾斜布置,傾斜度設(shè)計(jì)為1:40,下剪刃為水平布置,剪刃材質(zhì)選用Cr12Mo V,剪刃斷面設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu),剪刃的四個(gè)角都可以用于剪切,磨鈍后交替使用。壓板裝置用于在剪切時(shí)壓住入口側(cè)帶鋼,防止帶鋼在斜剪刃剪切作用下發(fā)生側(cè)向的移位;剪切時(shí),壓板彈簧被壓縮,彈簧夾緊力壓住帶鋼,剪切完成后,彈簧回復(fù),壓板機(jī)構(gòu)恢復(fù)自由狀態(tài),切斷剪傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)各設(shè)置有一組彈簧。入口夾送輥用于在剪切時(shí)壓住帶鋼,防止帶鋼在斜剪刃剪切作用下發(fā)生側(cè)向的移位;在剪切完成后對(duì)帶鋼進(jìn)行夾送,便于后續(xù)操作;夾送輥下輥固定,下輥?lái)敳枯伱婢嚯x帶鋼運(yùn)行線10 mm,上輥由氣缸驅(qū)動(dòng)打開(kāi)、壓下,同時(shí)由齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。出口擺動(dòng)導(dǎo)板用于在剪切取樣或者切除廢料時(shí),將取樣試板或者廢板移送到各自的接收裝置中。該切斷剪剪刃側(cè)間隙調(diào)整采用頂絲螺栓調(diào)節(jié)上固定刀架的形式實(shí)現(xiàn)。

切斷剪主要工藝參數(shù)如下,帶鋼厚度:0.23～2.0 mm,帶鋼寬度:700～1300 mm,抗拉強(qiáng)度:500 MPa,屈服強(qiáng)度380 MPa,剪切液壓缸參數(shù):缸徑180 mm,桿徑80 mm,夾送輥氣缸缸徑200 mm,桿徑50 mm,行程80 mm,夾送輥電機(jī)功率5.5 k W。

1-機(jī)架;2-剪刃;3-下剪刃;4-上固定刀架;5-下移動(dòng)刀架;6-夾送輥;7-壓板裝置;8-剪切連桿機(jī)構(gòu);9-出口擺動(dòng)導(dǎo)板

2 調(diào)試情況描述及原因分析

該切斷剪在機(jī)組調(diào)試過(guò)程中,出現(xiàn)了下述問(wèn)題:(1)當(dāng)帶鋼厚度超過(guò)1.0 mm時(shí),入口夾送輥下輥和運(yùn)行的帶鋼刮蹭,導(dǎo)致成品板面質(zhì)量缺陷;(2)剪切完成后,帶鋼頭部局部出現(xiàn)“叩頭”狀態(tài),如圖2中所示,導(dǎo)致后續(xù)穿帶困難,經(jīng)常在出口段出現(xiàn)卡帶,堆帶,需要人工輔助穿帶,導(dǎo)致工藝段停車(chē),出現(xiàn)次品、廢品,造成額外的經(jīng)濟(jì)損失;(3)壓板機(jī)構(gòu)在剪切動(dòng)作完成,彈簧回復(fù)過(guò)程中,傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)彈簧回復(fù)動(dòng)作不同步,造成導(dǎo)板回位動(dòng)作緩慢,增加帶鋼頭部出現(xiàn)“叩頭”的幾率。

圖2 切斷后的帶鋼局部

原因分析:(1)下固定輥和帶鋼運(yùn)行線之間的距離設(shè)計(jì)為10 mm,其值太小,由于切斷剪前后支撐輥距離切斷剪有一定的距離,帶鋼在張力作用下不能完全繃直,會(huì)產(chǎn)生一定的垂度,同時(shí)由于板型原因,帶鋼會(huì)出現(xiàn)一定的翹曲,因此造成帶鋼和輥面刮蹭;(2)剪切時(shí),入口夾送輥上輥壓下,下剪刃向上運(yùn)動(dòng)完成帶鋼的切斷動(dòng)作,然后下剪刃再向下復(fù)位完成一個(gè)剪切周期,從圖3切斷剪的局部視圖可以看出,此結(jié)構(gòu)當(dāng)帶鋼切斷時(shí),從右側(cè)到左側(cè),剪切面逐漸被抬高,最高處的剪切面距離夾送輥結(jié)合面的距離為45 mm。剪切完成時(shí),帶鋼在切斷剪中的長(zhǎng)度為三角形ABC的斜邊AC的長(zhǎng)度,而下剪刃復(fù)位過(guò)程中,帶鋼的長(zhǎng)度空間為三角形的直角邊的長(zhǎng)度BC,由于AC的長(zhǎng)度大于BC的長(zhǎng)度,當(dāng)帶鋼厚度超過(guò)一定值的時(shí)候,帶鋼的鋼性會(huì)使得剪切后的帶鋼很難產(chǎn)生彎曲變形,帶鋼的頭部跟隨下剪刃向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)帶鋼頭部接觸到壓板后,此時(shí)下剪刃還會(huì)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),帶鋼頭部也繼續(xù)跟隨下剪刃向下運(yùn)動(dòng),而出現(xiàn)“叩頭”現(xiàn)象。而厚度較薄的帶鋼,為何不會(huì)出現(xiàn)“叩頭”現(xiàn)象,原因在于薄帶鋼自身鋼性弱,下剪刃向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,帶鋼在剪刃內(nèi)部BC段產(chǎn)生彈性彎曲變形,其長(zhǎng)度收縮變短,因此不會(huì)出現(xiàn)“叩頭”現(xiàn)象。(3)由于上剪刃設(shè)置為傾斜布置,從圖1可以看出,上剪刃剪切面從右側(cè)到左側(cè)逐漸升高,壓板在剪切時(shí)壓到上剪刃面上,因此壓板也呈傾斜狀態(tài),右側(cè)彈簧壓縮量大,左側(cè)彈簧壓縮量小,導(dǎo)致在回復(fù)過(guò)程中,兩側(cè)彈簧回復(fù)動(dòng)作不同步。

圖3 切斷剪局部放大圖

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

針對(duì)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及原因分析,此切斷剪在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在缺陷,會(huì)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量,對(duì)后續(xù)穿帶也帶來(lái)不利影響,需要改進(jìn)優(yōu)化。

(1)夾送輥結(jié)構(gòu)改進(jìn)。將夾送輥改進(jìn)為上輥固定,下輥氣缸驅(qū)動(dòng)升降,帶齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng);改進(jìn)后夾送輥下輥約有80 mm的打開(kāi)行程,可以避免下輥和帶鋼的刮蹭,同時(shí)上夾送輥的下輥面和上剪刃的剪切面平齊。

(2)剪刃布置形式改進(jìn)。上剪刃改進(jìn)為水平布置,下剪刃改進(jìn)為傾斜布置。此設(shè)計(jì)優(yōu)化可以使得壓板裝置在剪切中壓住帶鋼的時(shí)候?yàn)樗綘顟B(tài),避免出現(xiàn)傾斜;同時(shí)由于上夾送輥下輥面和上剪刃的剪切面平齊,因此,在帶鋼剪切時(shí),切斷剪中帶鋼的長(zhǎng)度為三角形ABC的直角邊BC的長(zhǎng)度,剪切完成后,下剪刃向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,帶鋼的空間為三角形的斜邊AC的長(zhǎng)度,斜邊長(zhǎng)度AC大于直角邊長(zhǎng)度BC,因此可以避免出現(xiàn)“叩頭”現(xiàn)象,改進(jìn)后的切斷剪局部示意如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后切斷剪局部放大圖

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的切斷剪運(yùn)行穩(wěn)定,夾送輥改進(jìn)為上輥固定,下輥升降,在運(yùn)行時(shí)下輥距離過(guò)鋼線有足夠的安全距離,避免了成品帶鋼表面和輥面的接觸以及刮蹭,產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證;同時(shí)上剪刃水平布置,下剪刃傾斜布置,上夾送輥的下輥面和上剪刃的剪切面平齊,避免了剪切后帶鋼頭部“叩頭”現(xiàn)象的出現(xiàn),使得機(jī)組出口段穿帶運(yùn)行順暢,保證了機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某連續(xù)鍍鋅線切斷剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,進(jìn)行了深入的分析,并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn),可以為后處理機(jī)組切斷剪設(shè)計(jì)提供依據(jù),避免出現(xiàn)類(lèi)似的設(shè)計(jì)缺陷,對(duì)提高機(jī)組產(chǎn)品質(zhì)量,保障機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有重要的參考意義。