液壓剪楔塊式剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ①

謝 磊

(中國重型機(jī)械研究院股份公司 陜西西安 710032)

1 前言

在冷軋機(jī)組的入口和出口側(cè)，為了將不規(guī)則的帶頭帶尾進(jìn)行切除，需要配置液壓剪[1]，液壓剪的上、下剪刃之間必須保持一定的側(cè)向間隙來實(shí)現(xiàn)對(duì)帶材的剪切，剪刃間隙過大會(huì)造成剪切質(zhì)量下降，而剪刃間隙過小會(huì)增大剪切力。合理的液壓剪剪刃間隙是液壓剪的重要性能指標(biāo)。液壓剪的剪刃間隙并不是固定不變的，在使用時(shí)由于如下原因需要調(diào)節(jié)剪刃的間隙：

1)被剪切的帶材規(guī)格發(fā)生變化；

2)液壓剪剪刃厚度方向產(chǎn)生磨損；

3)液壓剪更換剪刃。

傳統(tǒng)的冷軋機(jī)組液壓剪通常使用調(diào)節(jié)墊片或者是頂絲螺母來實(shí)現(xiàn)對(duì)剪刃間隙的調(diào)節(jié)[2]，這兩種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要單獨(dú)設(shè)置剪刃調(diào)節(jié)裝置，但其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)精度低，調(diào)節(jié)速度慢，調(diào)節(jié)過程只能人工進(jìn)行，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。為了解決上述問題，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)化的剪刃間隙調(diào)節(jié)，本文作者發(fā)明了一種楔塊式的液壓剪剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

2 設(shè)備組成及工作原理

如圖1和圖2所示，這種楔塊式的剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由下列零件組成，其中1上剪刃、2上刀座、3下剪刃和4下刀座是液壓剪的必要組成部分。以下對(duì)各零件簡(jiǎn)要介紹：1上剪刃固定在2上刀座上；2上刀座固定在液壓剪框架上；3下剪刃固定在4下刀座上；4下刀座不是固定的，除了可以在剪切油缸的作用下，上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)剪切動(dòng)作，還可以在6移動(dòng)楔塊的作用下左右運(yùn)動(dòng)；5固定楔塊固定在液壓剪框架上，它的一側(cè)是具有角度β的斜面；6移動(dòng)楔塊的一側(cè)也是具有角度β的斜面，楔塊可以沿斜面上下滑動(dòng)；7銅滑板固定在4下刀座的兩邊，起到減小摩擦力的作用；8升降機(jī)是蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的減速機(jī)，升降端與6移動(dòng)楔塊相連接；9定位銷分別插在12固定擋塊和13定位擋塊的銷孔中，使得13定位擋塊只能沿著銷的軸向運(yùn)動(dòng)；10預(yù)緊螺絲擰在12固定擋塊上，為11彈簧提供預(yù)緊力；11彈簧安裝在12固定擋塊的通孔中，處于預(yù)緊狀態(tài)，12固定擋塊和13定位擋塊之間受彈簧力的作用下存在間隙gapB；12固定擋塊固定在液壓剪框架上；13定位擋塊依靠9定位銷來定位；14連接軸通過15聯(lián)軸器[3]將兩個(gè)8升降機(jī)和16減速電機(jī)連接起來；16減速電機(jī)是帶減速器的交流變頻電機(jī)，內(nèi)置旋轉(zhuǎn)編碼器，電機(jī)固定在液壓剪框架上。

圖1 剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)剖面示意圖1-上剪刃;2-上刀座;3-下剪刃;4-下刀座;5-固定楔塊;6-移動(dòng)楔塊;7-銅滑板;8-升降機(jī);9-定位銷;10-預(yù)緊螺絲;11-彈簧;12-固定擋塊;13-定位擋塊

圖2 剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)正面示意圖14-連接軸;15-聯(lián)軸器;16-減速電機(jī)

如圖1所示，gapA是液壓剪上剪刃和下剪刃之間的剪刃間隙，當(dāng)需要增大gapA時(shí)，減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩側(cè)升降機(jī)的升降桿同步上升，與升降桿相連接的移動(dòng)楔塊沿著楔塊斜面隨之上升，此上升動(dòng)作存在一個(gè)水平向右的位移分量，這個(gè)位移分量將帶動(dòng)與移動(dòng)楔塊相接觸的下刀座向圖1所示右側(cè)移動(dòng)，剪刃間隙gapA隨之增大。當(dāng)需要減小gapA時(shí)，減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)兩側(cè)升降機(jī)的升降桿同步下降，與升降桿相連接的移動(dòng)楔塊沿著楔塊斜面隨之下降，此下降動(dòng)作存在一個(gè)水平向左的位移分量，下刀座在彈簧力的作用下被推向左側(cè)，剪刃間隙gapA隨之減小。

3 剪刃間隙調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制

在經(jīng)常改變帶材規(guī)格或生產(chǎn)節(jié)奏比較快的冷軋生產(chǎn)中，需要根據(jù)帶材規(guī)格和剪刃磨損的情況經(jīng)常調(diào)節(jié)液壓剪剪刃間隙[4]。本文將依據(jù)帶材規(guī)格參數(shù)和剪刃間隙磨損參數(shù)建立剪刃間隙調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，并提出剪刃間隙調(diào)節(jié)的全自動(dòng)控制方法。

3.1剪刃間隙調(diào)節(jié)的數(shù)學(xué)模型

對(duì)于斜剪刃液壓剪的剪切力計(jì)算，使用諾沙里公式[5]，公式如下：

(1)

其中，P是剪切力；δ是帶材的延伸率；σb是帶材的強(qiáng)度極限；h是帶材厚度；α是斜剪刃的角度；Z代表具有固定值的系數(shù)；Y是上下剪刃間的相對(duì)側(cè)隙；X是壓板相對(duì)距離。

(2)

公式(1)、(2)聯(lián)立可得：

(3)

當(dāng)剪刃產(chǎn)生磨損時(shí)，液壓剪實(shí)際剪刃間隙為：

gap=Abr+gapA

(4)

其中，Abr為剪刃磨損量。Abr與剪刃剪切次數(shù)成正比，考慮到每卷帶材的剪切次數(shù)大致相同，可以近似認(rèn)為Abr與這段時(shí)間的生產(chǎn)產(chǎn)量T成正比。可列公式為：

Abr=k·T

(5)

其中，k是一個(gè)固定值，代表單位產(chǎn)量時(shí)剪刃的磨損量，k的值可以在冷軋生產(chǎn)中測(cè)得。由上述公式(3)、(4)、(5)聯(lián)立可得：

gap=K·T+h·

(6)

公式(6)代表了液壓剪的實(shí)際剪刃間隙同帶材規(guī)格和使用這副剪刃以來這段時(shí)間的生產(chǎn)產(chǎn)量之間的關(guān)系，當(dāng)所要生產(chǎn)的帶材規(guī)格和這段時(shí)間的生產(chǎn)產(chǎn)量確定之后，液壓剪實(shí)際需要的剪刃間隙也確定了。

為了實(shí)現(xiàn)剪刃間隙的全自動(dòng)調(diào)節(jié)，還應(yīng)當(dāng)知道電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n和剪刃間隙變化量ΔA之間的關(guān)系。分析如下：

(7)

其中，γ為升降機(jī)輸入端每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，升降桿升降的位移量；β是楔塊斜面的角度；i是減速電機(jī)的減速比。

3.2 剪刃間隙調(diào)節(jié)的全自動(dòng)控制方法

楔塊式液壓剪剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選用倍加福公司的ASM58N-F2AK1ROGN-1213型號(hào)絕對(duì)值編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速n進(jìn)行測(cè)量，它可以實(shí)現(xiàn)下列功能：

1)計(jì)數(shù)方向選擇，可以識(shí)別出剪刃間隙調(diào)整的方向；

2)零位設(shè)置功能，設(shè)置出剪刃間隙調(diào)整的初始位置。

剪刃間隙調(diào)節(jié)的全自動(dòng)控制方法如下：

(1)按照公式(6)和(7)所列數(shù)學(xué)模型建立剪刃間隙調(diào)節(jié)的全自動(dòng)控制模型；

(2)將新剪刃的剪刃間隙為0時(shí)的位置設(shè)置為絕對(duì)值編碼器測(cè)量的零位；

(3)將被剪切帶材的規(guī)格參數(shù)以及當(dāng)前剪刃所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)產(chǎn)量輸入全自動(dòng)控制模型，控制模型計(jì)算出所需要的剪刃間隙值，以及此剪刃間隙值所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)值編碼器脈沖數(shù)；

(4)自動(dòng)化程序啟動(dòng)減速電機(jī)，當(dāng)絕對(duì)值編碼器所檢測(cè)到的脈沖數(shù)到達(dá)目標(biāo)脈沖數(shù)時(shí)，自動(dòng)化程序停止減速電機(jī)工作。

此時(shí)液壓剪的剪刃間隙即為生產(chǎn)所需的剪刃間隙值。

4 結(jié)論

楔塊式液壓剪剪刃間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)精度高，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)快速調(diào)節(jié)剪刃，適用于快節(jié)奏，經(jīng)常變換產(chǎn)品規(guī)格的冷軋帶生產(chǎn)。目前本裝置已成功應(yīng)用在由中國重型機(jī)械研究院股份公司總成套的1250mm全連續(xù)冷軋機(jī)組的液壓剪上，設(shè)備自投產(chǎn)以來，運(yùn)行狀況良好，節(jié)省了剪刃間隙調(diào)整時(shí)間，提高了設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)奏，值得大力推廣。

本文所論述的發(fā)明已獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的發(fā)明專利，專利證號(hào)：ZL 2014 1 0025363.0。