0062-280T擺式飛剪結構設計,擺式,結構設計 畢業(yè)設計（論文） 課題名稱：280T擺式飛剪  目 錄 緒論 ----------------------------------1 第1章 飛剪機的發(fā)展 1.1 國內(nèi)外飛剪機的發(fā)展狀況-----------2 1.2 飛剪機的用途及工藝要求-----------3 第2章 擺式飛剪的方案選擇 2.1 切割設備簡介---------------------5 2.2 280T電動擺式飛剪的結構與組成-----10 第3章 擺式飛剪的主要參數(shù)計算 3.1 鑄坯的剪切過程、單位剪切阻力及剪切力的計算---------------------------------13 3.2 主要參數(shù)計算---------------------15 第4章 傳動機構設計及校核 4.1 普通V帶的設計------------------------22 4.2 蝸輪蝸桿傳動設計-----------------------25 第5章 擺動疊加搖桿的機構分析和運動分析 5.1 機構分析-----------------------------32 5.2 軌跡的計算---------------------------34 第6章 電動機飛剪存在的問題與改進 6.1 槽型剪刃 ----------------------------35 6.2 水平運動機構的改進---------------------35 6.3 剪切能力低---------------------------35 6.4 小端面、短定尺鑄坯在剪切中發(fā)生的問題與解決方案---------------------------------35 參考資料-------------------------------36體會與感受-----------------------------37 第1章 飛剪機的發(fā)展 1.1 國內(nèi)外飛剪機的發(fā)展狀況 眾所周知，飛剪機是中小型軋鋼和連鑄生產(chǎn)線上不可缺少的關鍵設備之一，也是機電氣液一體化配套技術難度較高的設備。飛剪機的合理選型、運行速度、剪切精度、自動化程度、操作維護及設備壽命等均直接影響著軋材成品的產(chǎn)量大小，成材率和定尺率的高低，也就是說直接影響著軋鋼廠的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 1.1.1 國外飛剪機的發(fā)展情況 目前國外多采用兩種比較先進的飛剪機型，一是采用離合器制動器，我們稱作“連續(xù)—— 起停”制飛剪，另一種是電機直接起停制飛剪，兩種飛剪各有其優(yōu)點亦有其不足之處。隨著科學技術的不斷發(fā)展，電控元器件水平的提高。起停制飛剪將逐步代表著飛剪機的發(fā)展趨勢。 連續(xù)—— 起停制飛剪機，整機分為傳動裝置和剪切裝置兩大部分。傳動裝置部分是由直流電機帶動，配置有飛輪連續(xù)高速運轉(zhuǎn)；而剪切裝置一般情況下是靜止不轉(zhuǎn)的。兩部分之間由一對快速響應的離合器制動器相連接和控制。當需要剪切時，則制動器打開，離合器合上，傳動裝置通過離合器帶動剪切裝置運動并剪切；剪切完后離合器脫開制動器合上，將剪切裝置制動停止到某一確定的待切位置上。傳動裝置仍連續(xù)運轉(zhuǎn)。這種機型傳動部分的轉(zhuǎn)動慣量很大，剪切部分的轉(zhuǎn)動慣量很小。因此可以通過離合器制動器控制實現(xiàn)在小慣量下起動、制動，而在大慣量下進行剪切?？梢猿浞掷脛恿?，提高速度，降低能耗。 起停制飛剪機，采用低慣量大扭矩直流電機，整機直接起動、剪切、制動，完成剪機的三個基本動作過程飛剪的傳動部分和剪切部分做成一體，整個傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量都很低，以便于實現(xiàn)整個傳動系統(tǒng)頻繁的起動制動。這種飛剪一般處于靜止狀態(tài)，剪切時， 電機直接拖動傳動裝置和剪切裝置迅速起動剪切，而后立即制動．而且有些要求電機可反向爬行轉(zhuǎn)動．將剪頭準確地復位于某一待切位置因此，這種飛剪結構簡單，維護保養(yǎng)方便，控制環(huán)節(jié)少，剪切精度較高。 連續(xù)—— 起停制飛剪與起停制飛剪相比較，前者適合高速頻繁起動，后者結構簡單，剪切精度高，并且在電控技術及元件過關的情況下，速度亦可達到或超過前者，因而更有發(fā)展前途。 1.1.2 國內(nèi)飛剪發(fā)展情況 從建國初期50年代至70年代， 國內(nèi)飛剪機大都受東歐、蘇聯(lián)等社會主義國家影響，飛剪機大致可分為連續(xù)制和起停制二大類，例如：鞍鋼一初軋100×100方連續(xù)制飛剪機，首鋼300小型50×50方起停制飛剪；25×25連續(xù)制飛剪機，濟鋼小型廠捷克產(chǎn)l1噸連續(xù)制飛剪機等等連續(xù)制飛剪機，大多采用空切機構和勻速機構，實現(xiàn)定尺剪切工作時電機拖動傳動系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，剪切機構做連續(xù)地空切動作．當需要剪切時，調(diào)整空切機構的位置，令剪切機構完成剪切動作，而后再恢復空切動作，因此這種飛剪設置了空切機構、倍尺機構等裝置。不可避免地帶來設備龐大、結構復雜等問題，而且定尺長度是確定的，不可任意調(diào)整，限制了定尺規(guī)格的變化范圍。由于剪切機構復雜龐大，轉(zhuǎn)動慣量也大，影響了剪切速度的提高。許多鋼廠在后來的設備改造中都將其簡化改成擺槽式的飛剪，如首鋼25×25連續(xù)制飛剪即是如此，但這樣改動后，剪切誤差很大．常常定尺誤差達l～2m，這是非常不利的。 80年代中期，我國在開放政策影響下．集中引進了一批國外先進技術和設備，包括一些國外70年代水平的二手設備。其中較具代表性的先進飛剪技術是安陽260小型廠從意大利Danieli公司引進的CV30飛剪機，它是采用離合器制動器控制的連續(xù)—— 起停制飛剪機。最大剪切速度達20m／s，剪切精度士80ram (v一1 7m／s)。在冶金部對引進技術消化吸收的精神指導下，我院自85年以來確立了部級飛剪機科研項目，在吸收國外先進技術的基礎上，針對國內(nèi)中小型軋鋼車間的生產(chǎn)現(xiàn)狀與實際需要，經(jīng)過幾年努力，現(xiàn)已研制出FL和FJ兩種機型的飛剪機這兩種機型均屬連續(xù)—— 起停工作制飛剪。初步形成系列(見表1)，在全國十幾家鋼廠推廣了20多臺套。已投產(chǎn)的有十三家，并已經(jīng)開始向東南亞出口，取得了卓有成效的工作業(yè)績(見表2) 另外大連重型機器廠、武漢鋼鐵學院、首鋼機械廠等單位，也都做過這方面的研制或消化工作，取得了可喜的進展。 我們相信，隨著國內(nèi)各項技術的不斷發(fā)展，經(jīng)過我國專家和科技人員的不懈努力，小型飛剪技術和裝備一定能夠達到國外先進技術水平，實現(xiàn)替代進口滿足國內(nèi)需要之目的。 1.2飛剪機的用途及工藝要求 飛剪機(flying shears)是在軋件運動過程中，剪刃產(chǎn)生相對運動而將軋件或鑄坯剪斷的設備。飛剪機裝設在軋制或連鑄作業(yè)線上，用來橫向剪切軋件或連鑄坯的頭、尾或?qū)⑵浼羟谐梢欢ǖ亩ǔ唛L度。由于近年來連鑄機的不斷發(fā)展，連鑄的拉坯速度不斷提高，拉坯速度已經(jīng)達到5m/min以上，為了適應鑄坯速度的增長，要求剪切機的剪切速度也必須相應地提高。同時，出于剪切品種、規(guī)格和定尺長度范圍的擴大，因而飛剪機的型式和結構使得到相應地發(fā)展。 為了保證一臺飛剪機能正常工作，它必須能充分滿足生產(chǎn)的需要，這就要求飛剪機 的設計必須保證下述生產(chǎn)工藝要求： 1.飛剪機的生產(chǎn)率必須與連鑄機的生產(chǎn)率相協(xié)調(diào)，并能保證連鑄機生產(chǎn)率的充分發(fā)揮； 2．剪切時，剪刃在鑄坯運動方向的外速度Vx 應與鑄坯運動速度VU保持一定關系，對尺剪切要求VxVU ,以保證在剪切過程中鑄件不被彎曲和被拉斷； 3. 由于鋼坯品種不同，要求產(chǎn)品尺寸長度也不相同，而對一種成品厚度有時也要求幾種不同的長度規(guī)格。因此，一臺飛剪機必須能夠調(diào)節(jié)被剪鋼坯的長度在生產(chǎn)品種要求的范圍之內(nèi)，并且要求最佳剪切； 4．盡可能的避免金屬材料的消耗； 5．必須保證能夠剪切不同的材質(zhì)、端面、厚度等要求； 6．剪切的鑄坯應符合質(zhì)量標準。 1.3飛剪的基本運動方程式 鋼坯剪切的長度L是鋼坯在兩次順序剪切時間間隔t內(nèi)所走過的距離S0的函數(shù)： L＝f（S0） (1-1) 或者，是送料輥兩次順序送料時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動的角度的函數(shù)： （1-2） 在使用上此方程具有非常簡單的形式： ，m （1-3） 式中――送料輥的直徑 這個方程式是飛剪的基本運動方程的一般形式。以后當把飛剪在不同具體工作情況下的數(shù)值代入后，將會變得稍微復雜一些。 如果送料輥以嚴格不變的轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)，則在相應的值代入后得到： ，m （1-4） 即鋼坯在飛剪上剪切的長度等于送料輥的周長乘以送料輥在兩次順序剪切的時間間隔t內(nèi)所轉(zhuǎn)過的距離。 將鋼坯的進給速度代入式1-4中得到： L＝t，m （1-5） 如果兩次順序剪切的時間間隔t以刀片每分鐘的轉(zhuǎn)速n和刀片在兩次順序剪切所完成的整周轉(zhuǎn)數(shù)K值來表示，則方程1-5可得到如下形式： ， m （1-6） 在把送料輥的轉(zhuǎn)速n0代入就得到： ，m （1-7） 而當用速比為i的減速器來達到此速度時，要滿足同步要求，則： ，m （1-8） 由以上的方程可以得到：當鋼坯的進給速度不變時，鋼坯在飛剪上的剪切長度L僅與兩次順序剪切的時間間隔t有關。無論是刀片剪刃的速度v，還是送料輥滾筒的半徑r，都對鋼坯的長度沒有影響。 式1-6表明：當在鋼坯的進給速度與單位時間內(nèi)的剪切次數(shù)之間保持一定比例時，在連續(xù)運轉(zhuǎn)的飛剪機上剪切時，可以得到精確的定尺長度。為了能夠保持這個比例，通常飛剪以一定的速度將鑄坯送入飛剪的專用輥。按照式1-7，如果刀片轉(zhuǎn)數(shù)n與送料輥的轉(zhuǎn)數(shù)n0以一定的比例同步，則可以達到所要求的鑄坯定長精確度。 在很大程度上，送料輥的結構與傳動取決與飛剪的工作條件。在大多數(shù)情況下，飛剪上裝有裝用的送料輥，以保證一定的鑄坯進給速度。這些輥通常有飛剪的主傳動來帶動，并且在大多數(shù)情況下是用減速器來實現(xiàn)同步的。減速器和飛剪聯(lián)系起來并能在很大范圍內(nèi)調(diào)整速比。 在此情況下，鑄坯的定尺長度L，按照式1-8，由送料輥到飛剪的速比值i決定，此傳動比等于送料輥轉(zhuǎn)數(shù)n0與刀片轉(zhuǎn)數(shù)n之比： 式中 Z和Z0――飛剪與送料輥的齒數(shù)。 可以利用連鑄機的出坯輥道的一部分作為送料輥。 第2章 擺式飛剪的方案選擇 2.1 切割設備簡介 連鑄機的切割設備是在拉坯的過程中將鑄坯切割成定尺長度或倍尺長度。鑄坯的切割設備一般分為兩類：火焰切割設備和機械剪切設備。 2.1.1 火焰切割設備 火焰切割機是用氧氣和燃燒氣體產(chǎn)生的火焰把切縫處的金屬熔化，然后以高壓切割氧把熔化的金屬吹掉，從而把鑄坯切斷。來切割鑄坯的。可燃氣體有乙炔、丙烷、天然氣和焦爐煤氣等。 在實際生產(chǎn)中多用乙炔作可燃氣體，故火焰切割也可叫氣-乙炔切割。當切割不銹鋼或某些高合金鑄坯時，由于這些鋼種含有易氧化的合金元素，如Cr、Ni、Mo等，因此還需在火焰中噴射鋁粉、鐵粉和鎂粉等以助燃燒。氧—乙炔切割裝置通常由切割機、同步機構、 返回機構、供電、供水、供乙炔的管道系統(tǒng)及閘門等組成。 2.1.1.1 切割小車及其行走機構 火焰切割裝置為了實現(xiàn)與鑄坯同步運動，一般都制成門式小車結構(圖2-1)。小車橫路鑄坯期小車橫跨鑄坯輸送輥道．并在兩側(cè)的軌道上走行。當切割較大斷面的鑄坯時，小車車體要通水冷卻。切割時小車與鑄坯作同步運動，切割完畢后就迅速返回。為此小車由同步機構和返回機構兩部分組成。 圖2-1 門式小車結構 1-割炬；2-同步夾持器； 3-側(cè)邊定位器；4-軟管道；5-鑄坯； 6-定尺機構；7-升降輥；8-軌道；9-切割小車；l0-切頭收集車 （1）同步機構 夾鉗式同步機構見圖2-2。它是一種比較簡單可靠的同步方式，應用最多。是用一套氣動夾鉗機構來實現(xiàn)的。壓縮空氣的壓力為0.294～0.686 MPa。但要注意密封部件的選擇，用活塞環(huán)較好。夾鉗的鉗口要鑲上耐熱鑄鐵或高鋁鑄鐵襯板。 在一機多流或鑄坯斷面變化較頻繁時，可以采用鉤式同步機構(見圖2-3)。它是一個由電磁鐵控制升降的鉤式擋板，切坯時擋板落下，借助于鑄坯端部頂著鉤式擋板把小車帶動一起同步前進。切割完畢，抬起擋板，小車快速返回原處。調(diào)整擋板的長度可以改變切坯的定尺長度L。 圖2-2 1-氣缸；2-車體；3-夾鉗；4-鑄坯；5-鉗口 可調(diào)的夾鉗同步機構見圖2-4。它適用于板坯連鑄機。其夾鉗的兩股距離，可以用螺絲桿調(diào)節(jié)以適應寬度不同的板坯。開動夾緊氣缸，使夾頭夾住鑄坯作同步運動，并開始切坯，切斷鑄坯后，松開夾緊氣虹，使切割小車迅速回到原始位置。 騎坐式同步機構見圖2-5。這種同步機構的特點是在切坯時使切割小車直接騎坐在連鑄坯上，實現(xiàn)二者的同步。 （2） 返回機構 常見的返回機構有兩種：電動式返回機構和重錘式返回機構。 2.1.1.2 割炬及其傳動機構 割炬的工作原理是先把鑄坯預熱到熔點，再用高速氧氣流把熔化的金屬吹去，形成切縫。根據(jù)預熱氧氣及預熱燃氣混合位置的不問，可以分為以下幾種型式(圖2-6)。 a 體內(nèi)混合式 預熱氧氣和燃氣在割炬體內(nèi)混合(圖2-6a)。 b 嘴內(nèi)混合式(圖2-6b)。 c 外混式 預熱氧氣和燃氣在噴嘴外混合（圖2-6c)。 圖2-5 1-提升架；2-活動橫梁；3-切割小車；4-卷揚機；5-小車驅(qū)動系統(tǒng)；6-鑄坯 前兩種割炬的火焰內(nèi)有短的白色焰心，只有接近鑄坯時(10mm以內(nèi))才能進行切割。外混式割炬的白色焰心為長線狀，在噴嘴距鑄坯50～100mm時即可進行切割。此外，外混式割炬還有如下特點： 1)因預熱氧和燃氣是在空氣中混合，不會回火、滅火，比較安全可靠，長時間工作不會過熱。 2)噴嘴到鑄坯表面的允許距離范圍較大，切割時割炬可以平行運動，也可以擺動。 3)切縫較小，金屬損耗少。 由于有以上優(yōu)點，外混式割炬應用較多。外混式矩形割炬的外形及噴嘴切面見圖2-7。 為了實現(xiàn)割槍的平移運動，可以采用齒條運動，也可以采用絲杠傳動或鏈傳動等。有的工廠也采用液壓傳動，其運動平穩(wěn)，操作方便，但管路較多。由于切割速度要隨鑄坯的溫度和厚度而變化，所以應采用直流調(diào)速電機驅(qū)動。割槍的升降運動一般是氣動的，也可以是電動的。 2.1.1.3 自動定尺裝置 為把鑄坯切割成規(guī)定的定尺長度，在切割系統(tǒng)中設有定尺裝置。在新的連鑄機上，定尺機構是由過程控制計算機控制的。 2.1.1.4 切割區(qū)的輸送輥道 為了防止切坯時把輥道燒壞，在火焰切割區(qū)內(nèi)的輸送輥道必須采用相應的保護措施。常用的措施是在切割區(qū)內(nèi)采用能升降的輥道，如圖2-8 所示。在切割區(qū)的每個輥子都用液壓缸推動，能夠上下移動。 圖2-8 a-往復運動情況；b-往復運動輥道 往復移動的輥道見圖2-8。它能使割炬永遠是在兩個輥子之間進行切坯。當割炬運行到一個輥子附近時，則臨時停止切割，利用液壓缸把輥道迅速拉回，使輥子避開割炬，再重新開始切割。這種輸送輥道設備比較簡單，維修費用也較低。 火焰切割裝置的優(yōu)點是設備輕，加工制造容易；切縫質(zhì)量好。且不受鑄坯溫度和斷面大小的限制；設備的外形尺寸較小。對多流連鑄機尤為適合。目前，鑄坯厚度在200mm以上的幾乎都采用火焰切割。缺點是金屬損失大。約為鑄坯質(zhì)量的1％～1.5％；切割速度較慢；在切割時產(chǎn)生氧化鐵、廢氣和熱量的傳遞需要必要的運渣設備和通風裝置；當切割短定尺時需要增加二次切割；消耗大量的氧和燃氣。 2.1.2 機械剪切設備 鑄坯的機械剪切方式由機械剪來完成。機械剪按其動力來源分為電動機和液壓機兩大類型。按剪切機與鑄坯同步運動的方式來劃分，則有擺動式和平行移動式兩種類型。按其剪刀片運動的方向來劃分，有上切式與下切式兩種方式。按所切鑄坯的運動方向來劃分，則有臥式與立式兩種類型。用直角刀片作對角剪切時，有時把剪切機做成45°傾斜式。 擺動式剪切機是驅(qū)動端支架在固定支架的軸承上，剪切端能繞支承軸線擺動。由于擺動半徑遠大于擺動弧線，其擺動弧線接近于一小段直線。這是應用較多的型式。 液壓剪的主體設備比較簡單．但液壓站及其控制系統(tǒng)比較復雜。電動剪切設備較重，但操縱和維護比較簡便，運行可靠，故應用較多。平行移動的剪切機是把剪切機裝在小車上，切割時實現(xiàn)與鑄坯同步運動。其優(yōu)點是剪切機的高度較低。 上切式剪切機的下刀片是不動的，由上刀片向下運動實現(xiàn)剪切。其主軸上只有一個曲軸或偏心軸銷，結構較簡單。但切坯時對輸送輥道產(chǎn)生很大的壓力。所以須在其后裝一段可以升降的輥道。 下切式剪切機的主軸上有兩對曲柄或偏心軸銷，剪切時先使上刀片壓在鑄坯上。同時使下刀片向上提升，完成剪切運動。這是廣泛應用的一種形式。 2.1.2.1 立式電動擺動剪切機 傳統(tǒng)典型結構的立式電動擺動剪切機(見圖2-10)。其公稱能力為1.568×106N(160t)。一般可用它來剪切l(wèi)00×150mm的連鑄坯。其飛輪裝在高速軸上，在剪切連鑄坯時，為使剪切機剪刃跟蹤鑄坯，在擺式剪切機上采用了擺動及復位機構。 圖2-10 1-下刀臺；2-上刀臺；3-拉桿；4-連桿；5-機架； 6-牙嵌式離合器；7-飛輪；8-電動機及傳動系統(tǒng) 適合多流小方坯連鑄機用的立式電動擺動剪切機（見圖2-11），它是采用蝸輪傳動，為下切式剪切機。其驅(qū)動系統(tǒng)安裝在跨越出坯輥道以上的支架上，它由傳動機構、剪切機構、同步機構、復位機構和氣體制動離合器所組成。用交流電機驅(qū)動，通過皮帶輪帶動飛輪，工作時靠離合器帶動雙偏心軸轉(zhuǎn)動。上刀片沿下刀桿的滑槽移動而實現(xiàn)剪切。為了實現(xiàn)剪切過程中剪刃能隨鑄坯作水平同步運動，采用了一套可調(diào)斜塊裝置，剪切完成后由重錘式復位機構帶動刀臺恢復初切位置。 圖2-11 1-交流電動機；2-飛輪；3-氣動制動離合器； 4-蝸輪；5-剪刃；6一水平運動機構；7-平衡錘 2.1.2.4 平行移動式液壓剪切機(下切式) 如圖2-13所示，這種型式的剪切機最大剪切力為2.45x106N(250t)，最大剪切斷面為140×140mm方坯。剪切溫度高于750℃ ，鋼種為中碳鋼。剪切機裝在移動小車上，剪切時用液壓缸推動．隨鑄坯一起移動，移動最大距離為1500mm。被剪切的鑄坯定尺長度用光電管控制，可在1.5～3m范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 2.2 280t電動擺式飛剪的結構與組成 電動擺式飛剪主要用于多流小方坯弧形連鑄機上，如圖2-1-11所示。這種機械飛剪成為我國小方坯連鑄生產(chǎn)的主要剪切機型式，其特點是驅(qū)動系統(tǒng)安裝在跨越出鑄坯輥道以上的支架上，剪切機下部能繞主軸中心線回轉(zhuǎn)擺動，主傳動機構采用蝸桿傳動，剪切機構采用的是雙自由度疊加搖桿機構作為擺體機構。 2.2.1傳動機構 機械剪的驅(qū)動裝置采用交流卷線型電動機通過三角皮帶、飛輪、氣動制動離臺器，傳動一對中心距為752mm的蝸桿付，使上、下剪刃運動。因為剪切過程是一個間歇過程，所以飛輪可將非剪切時的能量儲存起來，在剪切高峰負荷時放出，這樣電動機的額定功率可以大大降低。 2.2.2 氣動制動離合器 圖2-14氣體制動離合器 1-制動摩擦盤；2-飛輪；3-機座；4-傳動摩 擦盤；5-從動盤；6-主動盤；7-活塞；8-彈簧 制動離合器是機械剪的關鍵部件。它控制剪切機投入工作和解除工作，因而要求動作準確靈敏。一般沖剪機上離合與制動分為兩個部件，本設備合為一體，結構緊湊，操作靈敏。圖中傳動摩擦盤與飛輪連接在一起，為連續(xù)運轉(zhuǎn)件。制動摩擦盤與機座連接在一起為固定件。從動盤裝在蝸桿軸上，用鍵連接，氣缸體內(nèi)壁中部成環(huán)狀，兩端擴大成盤狀與摩擦盤對應，在制動盤端折回形成環(huán)狀氣缸體外壁，環(huán)狀活塞帶著二主動盤裝在兩摩接盤之間，活塞受彈簧壓縮夾緊制動摩擦盤。當氣缸充氣時，活塞壓縮彈簧并夾緊傳動摩擦盤。因此當主動盤與從動盤夾緊制動盤時，為制動狀態(tài)，當夾緊傳動盤時，則隨飛輪轉(zhuǎn)動，這種動作是靠主令控制器或定尺裝置發(fā)出信號，通過電磁氣動閥給氣缸供氣或排氣來完成的。因為制動和離合經(jīng)過時間很短，所以要求瞬時供氣量較大，壓縮空氣系統(tǒng)必須滿足這一要求。 2.2.3 剪切機構 剪切機的剪切運動來源于雙偏心軸(即蝸輪軸)，在蝸輪兩側(cè)各有兩個偏心軸， 偏心距為85mm，連接下剪刃的兩個連桿；另一對偏心距為25mm，連接上剪刃的兩個連桿。所以下剪刃行程為170mm。上剪刃行程為50mm，上剪刃起壓坯作用，下剪刃起剪切作用，上剪刃刀架在下剪刃連桿的導槽中滑動，上剪刃連桿推動刀架運動。當改變鑄坯斷面時，需要更換相應尺寸的剪刃。剪刃為槽形．以減少鑄坯剪口變形。 2.2.4 同步剪切機構 圖2-15 1、5-調(diào)整彈簧；2-碟形彈簧； 3-斜塊；4-導輥 見圖2-15所示，在剪切過程中，為了使剪刃與鑄坯同步水平運動，采用傾斜角度可調(diào)的斜塊機構，斜塊布置在擺體兩側(cè)，通過固定軸裝在機座上，下剪刃連桿下端兩側(cè)各裝一個導輥，當剪切機處于原始位置時，導輥與斜塊靠在一起；剪切時下剪刃上升，因斜塊作用，即產(chǎn)生水平運動，水平速度的大小取決于斜塊角度。斜塊軸的上下各有一個調(diào)整螺栓，用以調(diào)節(jié)并保持斜塊成一定角度。為了減小導輪對斜塊的沖擊，螺栓端部裝有緩沖彈簧。剪切機擺體末端裝有一個由鋼繩牽引的平衡錘，可使擺體返回．并保持初始位置。 2.2.5 稀油潤滑系統(tǒng) 剪切機的蝸桿滾動軸承及蝸桿、蝸輪的嚙合點都采用稀油噴淋潤滑，每流裝一臺WBZ—16型稀油泵，通過過濾器、溢流閥和油流指示器，將油噴到各潤滑點。油路上配備有壓力表和壓力繼電器，監(jiān)視給油壓力，油壓降低時報警。油泵不開動，電動機不能啟動。 2.2.6 干油潤滑系統(tǒng) 在雙偏心軸與連桿軸瓦配合處，上刀架在下剪刃連桿導槽的滑動配合面，以及上剪刃連桿與刀架鉸鏈處等共15個潤滑點均采用于油潤滑，四流共用一臺雙線干油泵供油，剪切機工作時斷續(xù)供油。飛輪的滾動軸承由人工定期加干油潤滑。 2.2.7 壓縮空氣系統(tǒng) 為了給氣動制動離合器供氣，從壓縮空氣主管接一根直徑50.8mm(2in)支管，再向各流并聯(lián)接出分支管，通過氣動三大件——氣水分離器、調(diào)壓閥、油霧器，接壓力繼電器，單電磁鐵二位四通閥，經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭到氣動制動離合器。當壓縮空氣壓力降低到0.539MPa(5.5kg/cm2)以下時，剪切機停止工作。電動輸出軸用的三角皮帶，應定期檢查張緊程度，并可通過電動機地腳螺栓進行調(diào)整。 綜上所述，機械剪切的優(yōu)點是：剪切時間短，便于剪切短定尺；剪切時金屬損失極少；操作安全可靠；勞動強度低、工作環(huán)境好、維修容易、生產(chǎn)成本低。其缺點是設備重、制造較難、消耗功率也比較大。由于機械剪切所具有的突出優(yōu)點，近年來在國內(nèi)外采用機械剪切鑄坯的連鑄機日益增多。但目前國內(nèi)還限于剪切鑄坯厚度小于200mm以下的連鑄機，而從長期生產(chǎn)的經(jīng)濟性及生產(chǎn)操作的可靠性來看，機械剪切是很有發(fā)展前途的。 第3章 280T電動擺式飛剪主要參數(shù)計算 3.1 鑄坯的剪切過程、單位剪切阻力及剪切力的計算 整個剪切過程可分為兩個階段。第一階段是刀片壓入鑄坯階段，此時力的平衡條件如圖3—3—1所示。第二階：當力P不斷增加，直至克服鑄坯斷面上的剪切阻力，此時鑄坯沿剪切面開始沿移，直到剪斷為止。 圖3-1-1 單位剪切阻力是指鑄坯單位截面面積上抵抗剪切變形的能力(亦可稱為變形程度)，即切人深度與斷面高度的比值的百分數(shù)，一般以表示之。單位剪切阻力通過試驗得到。圖3-1-2表示了在不同溫度、不同鋼種情況下單位剪切阻力與相對切入深度的關系曲線。 剪切力P的大小等于單位剪切阻力與被切鑄坯原始斷面面積之乘積： （3-1-1） 式中P——單位剪切阻力，MP； 根據(jù)相應的條件從試驗曲線(圖3-2-3)查得； A——被切鑄坯原始斷面面積，mm2 在確定時，應考慮鑄坯的過冷現(xiàn)象，一般可按750左右考慮。 刀片的側(cè)壓力T一般可按下式確定： 有壓板時T＝ (0.1～0.18)P； （3-1-2） 無壓板時T＝（0.18～0.35)P （3-1-3） 當所切金屬的單位剪切阻力從試驗找不到時，可近似地按下列關求出： （3-1-4） （3-1-5） 式中――從試驗曲線查得的與所切鑄坯材料及條件近似的單位剪切阻力，MPa ； A－一被切鑄坯原始斷面面積，mm2 ——被切鑄坯的強度極限及相對伸長； ——所選用的試驗曲線的強度極限及相對伸長。 圖3-1-2 a－35CrMnSiA ，b－低碳鋼（0.13％～0.2％C） 在計算剪切力時，為了避免每次都根據(jù)切入深度Z來計算相對切入深度?？捎玫镀谐蘦與偏心軸轉(zhuǎn)角的關系曲線圖來進行，見圖3-1-3。 縱坐標OE分成五等份，且由坐標原點o作弧線，把縱坐標h和o％弧形線的交點A與點o相聯(lián)，則對Z＝20mm，h＝100mm來說； 由相似三角形及oAD得： （3-1-6） 式中Z＝AC ；h＝oD 如取線段oA為一單位長，則線段Ab將表示： 因此，直線oA為在剪切厚100mm的鑄坯時，求找偏心軸在各個不同位置時的值的坐標線。例如，鑄坯厚度為110mm，求找當＝時的值時的具體作法如下： 1) 從縱坐標找到h＝I10時的F點，并從F點作橫坐標平行線且與弧線相交于G點； 2) 聯(lián)結Go，則直線Go便為h＝110時％的坐標線； 3）從橫坐標處作垂線，且與曲線相交于H點； 4) 從點H作水平線，并與Go相交于K點，則線GK便表示此時的％，即＝50％。此時切入深度可以從縱坐標軸得到，Z＝55mm。用此方法可以很方便地找出剪切某一斷面情況下不同的值時的值，再根據(jù)曲線及F值的大小就可以作出的曲線。 圖3-1-3 3.2 主要參數(shù)的計算 本設計的280T擺式飛剪，其特點是采用蝸桿疊加搖桿方式，是目前使用最多的飛剪之一。其原始技術參數(shù)如下： 最大剪切斷面(A)，A＝145×145mm2 ； 被剪材料在最低剪切溫度800℃時的抗剪強度（τw），τw＝117MPa ； 鑄坯的最大拉坯速度(ν)；v＝5.7m/min ； 鑄坯最小定尺長度()； =1.5m ； 3.2.1 最大剪切力Pmax的確定 Pmax ＝A×τw （3-2-2） 式中τw ――抗剪強度，MPa ； A ――最大剪切斷面，mm2 ； 代入數(shù)據(jù)可以求得： Pmax =A×τw =145×145×117（N）＝2459925N2500000N 3.2.2 最大剪切功As的計算 As=Pmaxh 式中 h――最大剪切高度，即方坯邊長，m ； As――最大剪切功，N·m ； 代入數(shù)據(jù)可以求得： As=Pmaxh＝×2500000×0.145＝181250N·m 3.2.3 上、下剪刃行程及曲軸偏心距的計算 設：下剪刃行程為Ld，偏心距為νd 一般?。篖d＝2νd＝150～220mm； 上剪刃行程為Lu，偏心距為νu 一般取：Lu＝2νu＝20～50mm； 則曲軸偏心距 νe＝νu十νd ， (3-2-3) 代入數(shù)據(jù)可以求得： νe＝νu十νd＝25＋85＝110mm ； 3.2.4 剪切角度αs計算 剪切角度計算詳見圖3-2-1 。 見圖：αs＝90°十α （3-2-4） 式中α＝sin－1（） （3-2-5） ＝h－νe （3-2-6） 式中αs――純剪切過程中曲軸實際轉(zhuǎn)過的角度，° ； h ――最大剪切高度，mm ； ve――曲軸偏心距，mm 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝h－νe＝145－110＝35mm α＝sin－1（）＝sin－1 αs＝90°十α＝ 圖3-2-1 3.2.5 曲軸回轉(zhuǎn)一周所需時間te te＝ , s (3-2-7) 式中 ne――偏心軸轉(zhuǎn)速，r/min ，一般取ne＝17～24r/min ； te――曲軸回轉(zhuǎn)一周所需時間，s 取ne＝17r/min 代入式3-2-7中得： te＝ 3.2.6 有效剪切時間ts ts= (3-2-8) 式中ts――有效剪切時間，s ； 代入數(shù)據(jù)可以求得： ts＝ 3.2.7 剪機電動機功率初選 ＝ (3-2-9) 式中Ｋ――電動機功率系數(shù)，一般取0.16～0.2 ； ――剪機電動機功率，kw 取K＝0.18 代入式3-2-9中得： ＝ 3.2.8 有關飛輪的計算 1）飛輪在剪切時應釋放的能量AF AF＝As－Am (3-2-10) 式中AF――飛輪剪切時釋放的能量，N·m ； As――剪切時消耗總功，N·m ； Am――電動機產(chǎn)生的功，N·m ； 其中Am＝ts×1020 (3-2-11) 代入數(shù)據(jù)可以求得： A m＝ts×1020＝29.9×1.07×1020＝3262.86 N·m32633 N·m AF＝As－Am＝181250－32633＝148617 N·m 2）飛輪力矩GDF2 的確定 GDF2＝ （3-2-12） 式中GDF2――飛輪力矩，N·m2 ； n1――飛輪釋放能且前的轉(zhuǎn)速，r/min ； n2――飛輪釋放能量后的轉(zhuǎn)速，r/min ； 其中 n1＝ (3-2-13) 式中 nm――電動機額定轉(zhuǎn)速，r/min ； id ――三角皮帶輪傳動比 ； 而電動機轉(zhuǎn)差率為： ＝15％ 設：電動機的額定轉(zhuǎn)速為975 r/min，三角帶的傳動比為1.618 則n1＝＝834.8 r/min 由＝15％ 可得：n2＝709 r/min GDF2＝＝5529.9 N·m2 5530 N·m2 3）飛輪質(zhì)量的確定 一般飛輪質(zhì)量G 應按下式確定 G＝ (3-2-14) 式中 G――飛輪質(zhì)量，N ； DF――飛輪外徑，按剪切機結構要求確定，mm ； GDF2――飛輪的飛輪力矩，N·m2 ； 其中飛輪的外徑大小是根據(jù)剪切機的大小比例及安裝空間的大小而定： (3-2-14-1) 式中 ――推算力臂，m ； P ――剪切力，N ； M――作圖時的比例系數(shù) 。 推算力臂可按下式計算： （3-2-14-2） 式中C――連桿力對偏心軸的力臂(考慮摩擦后)，可用作圖法求得，或從幾何關系算得 ； ――偏心軸轉(zhuǎn)角時連桿擺動的角度 ； （3-2-14-3） ――摩擦系數(shù) 。 為了計算方便，一般是把式3-2-14-3作成曲線圖，見圖3-2-2 圖3-2-2 圖3-2-3 根據(jù)及兩個曲線圖，可以很方便地作出靜力矩圖。無其他限制時，可按圖3-3-3選定。 從圖3-3-3中我們可以很容易確定飛輪的外徑DF＝880mm ； 由下式可求出飛輪的質(zhì)量G： G＝＝11901.68N11900N＝1190kg 按飛輪質(zhì)量再求其他尺寸，最后核算實際的飛輪力矩。 3.2.9 驗算電動機功率 由于剪切的時間比較短，這時電動機電樞的電流由于自感作用來不及增加，所以剪切功完全是由減少飛輪轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動動能得到的。轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量的動能A在每分鐘轉(zhuǎn)速n一定時，可以按照下式計算： （3-2-15） 可以看作是剪切開始與終了時飛輪動能的差值，即 （3-2-16） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 按上述計算出來的實際飛輪力矩求出實際飛輪剪切時放出的能量AF 則 Nm＝ （3-3-17） 式中Nm――電動機功率，kw ； AS――剪切時消耗的總功，N·m； Ap――飛輪剪切時釋放的能，N·m； ts ――剪切時間，s 代入數(shù)據(jù)可以求得： Nm＝＝31.76kw 過載條件λ必須滿足： λ> 式中λ――過載系數(shù) ； AS――剪切時消耗的總功，N·m ； te――曲軸回轉(zhuǎn)一周的時間，s ； ts――有效剪切時間，s ； 代入數(shù)據(jù)可以求得： λ> 查電動機標準（JB/T7119－1993），選用三相異步電動機： 型號：YR250M2-6 ； 功率：N＝37 kw ； 轉(zhuǎn)速：n＝980r/min ； 過載系數(shù)：λ＝＝2.8 ； 質(zhì)量：m＝490 kg ； 由于電動機額定功率N＝37kw >Nm＝31.76kw 額定轉(zhuǎn)速n＝980r/min >nm=975r/min 接電持續(xù)率Je＝100％ 所以，所選電機滿足要求。 3.2.10 最大剪切力矩Mmax的計算 Mmax＝Pmax Ve （3-2-18） 式中 Mmax――最大剪切力矩，N·m ； Pmax――最大剪切力，N ； Ve――曲軸的偏心距，m 代入數(shù)據(jù)可以求得： Mmax＝Pmax Ve＝250000×0.11＝275000N·m Mmax是用以計算機械零件的強度及離合器的傳動力矩。 3.2.11驗算工藝要求的最大剪切次效S S＝ （3-2-19） 式中S――每分鐘最大剪切次數(shù)，/min ； ν――最大拉坯速度，m/s ； ――定尺長度，m 代入數(shù)據(jù)可以求得： S＝ 應滿足以下條件： ne＞S 式中 ne――偏心軸轉(zhuǎn)速； S――最大剪切次數(shù)； 因為 ne＝17 > S＝3.8 所以 滿足要求 3.2.12 剪切時剪刃擺動行程SP SP＝Vmax te （3-2-20） 式中 SP――剪刃擺動行程，m ； Vmax――鑄壞最大拉速，m/min ； te――制動時間，s ； 代入數(shù)據(jù)可以求得： SP＝Vmax te＝5.7×0.3＝1.71m 第4章 傳動機構設計及校核 本剪切機采用二級傳動裝置，第一級為普通V帶傳動，第二級為蝸桿傳動。 4.1 普通V帶的設計 由上一章的計算得知，電動機為三相異步電動機，其功率N＝37kw，轉(zhuǎn)速為＝980r/min；要求第一級傳動比為i1＝1.168，根據(jù)，可知n2＝839r/min；工作制為每天24小時。 4.1.1 V帶型號的選擇 根據(jù)設計功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1進行選擇： 由機械設計手冊可查得，取工況系數(shù)KA＝1.6。 設計功率 Pd＝KAP （4-1-1） 式中Pd――設計功率，kw； KA－―工況系數(shù)； P――電機功率，kw 代入數(shù)據(jù)可得： Pd＝KAP＝1.637＝59.2kw 由參考文獻[1]中P40頁的圖4－8，根據(jù)Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1可確定為C型V帶。 4.1.2 帶輪的基準直徑的選擇 由設計手冊選取 dd1＝300mm dd2＝50.4 取標準值dd2＝355mm。 4.1.3 帶速計算 （4-1-2） 式中V――帶速，m/s； ――小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min 代入數(shù)據(jù)可得： ＝ 4.1.4 帶長、軸間距及包角 4.1.4.1 初定軸間距 若帶傳動的帶間距過小，雖然可以使結構緊湊，但是帶的長度較短，在一定的速度下，單位時間內(nèi)的應力變化次數(shù)多，這樣會加速帶的疲勞損壞。而且，當傳動比i較大時短的軸間距將導致包角過小。但是傳動軸間距也不宜過大，否則，在帶的速度過高時容易引起帶的顫動。一般初定軸間距為： （4-1-3） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 458.51310 初步確定軸間距為＝1000mm 4.1.4.2 帶長 初選a0后，根據(jù)開口傳動的幾何關系，按照下式初步確定帶的基準長度： （4-1-4） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝ ＝3029.71mm 3030mm 由參考資料查詢，選取帶的基準長度為Ld＝3150mm 4.1.4.3 實際軸間距 根據(jù)選取的標準基準長度Ld按下式計算實際的軸間距，由于V帶傳動軸間距一般可以調(diào)整，可以采用下式進行計算: a （4-1-5） 代入數(shù)據(jù)可以求得： a ＝ ＝1060mm 4.1.4.4 小帶輪包角 小帶輪包角愈小，帶的工作能力愈不能發(fā)揮出來，所以應該保證： （4-1-6） 代入數(shù)據(jù)可以求得： = =177> 滿足要求 4.1.5 帶的根數(shù) 考慮實際傳動中小帶輪的包角以及實際帶長的影響，分別引入了包角修正系數(shù)K和帶長修正系數(shù)KL，因此帶根數(shù)為： （4-1-7） 式中Z――V帶根數(shù)； ――V帶備用功率值，kw； ――功率增量，kw 其中＝0.0001 （4-1-8） 式中――普通V帶所傳遞轉(zhuǎn)矩的修正值 查手冊可以得知： ＝4.4 代入式4-1-8得： ＝0.00014.4980＝0.4312kw 查手冊可以得知： ＝8.90kw； K＝0.98； KL＝0.97 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝6.67 取帶根數(shù)Z＝7根 4.1.6 單根V帶的張緊力 張緊力的大小是保證傳動正常工作的重要因素。張緊力過小容易發(fā)生打滑；張緊力過大，帶的壽命就低，軸和軸承的受力就會變大。既能保證傳動功率，又不打滑的單根V帶的最合適的張緊力可由下式計算： （4-1-9） 式中 ――單根V帶的張緊力，N； q――單根V帶的長度質(zhì)量，kg/m 查手冊可以得知： q＝0.30kg/m 代入數(shù)據(jù)求解可得： ＝ ＝426.16＋71.06 ＝497.22 N 4.1.7 作用在軸上的載荷 為了設計帶輪的軸和軸承，需要求出傳動作用在軸上的載荷，該載荷可以近似按照下式計算： （4-1-10） 式中 ――作用在軸上的載荷，N； Z――帶根數(shù)； ――小帶輪的包角， 代入數(shù)據(jù)可以求解得： ＝ ＝6958.69 N 4.2 蝸輪蝸桿傳動設計 本設計所需傳動為間歇式工作，所需蝸桿傳動必須滿足齒面可淬硬性磨削，加工精度高的特點，故選用平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動（TOP）形式。 4.2.1 校核承載能力 環(huán)面蝸桿的承載能力，主要受蝸桿的齒面接觸強度的限制，通常按照蝸桿的傳動名義功率P1和額定功率對比來確定傳動的尺寸。設計直廓環(huán)面，7級精度。蝸輪材料為ZCuSn10Pl，蝸桿材料為40Cr，齒面要經(jīng)過硬化處理，齒面精整加工，Ra＝1.6；其需用功率P1P為： （4-2-1） 式中 ――傳動類型系數(shù)、工作類型系數(shù)，制造質(zhì)量系數(shù)、材料系數(shù)； ――蝸桿傳動名義功率，kw 查手冊得知： ＝1.0、＝1.0、＝1.0、＝1.0 代入數(shù)據(jù)求解得： ＝37 ，kw 查手冊可以得知： 中心距a＝750mm， 本剪切機取a＝752mm 4.2.2 幾何尺寸計算 1) 蝸桿頭數(shù) 查手冊取標準值得： Z1＝1、Z2＝50 其中Z1為蝸桿頭數(shù)、Z2為蝸輪齒數(shù)。 2) 蝸桿齒根圓直徑df1 查手冊取標準值得： df1＝180mm 3) 蝸輪端面模數(shù)m （4-2-2） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝25.56 mm 4) 蝸桿包容蝸輪齒數(shù) （4-2-3） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝5 5) 蝸輪基圓直徑db 查手冊可以得知：db＝560mm 6) 齒頂高ha （4-2-4） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝17.89mm 7) 齒根高 （4-2-5） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝23.004mm 8) 齒頂隙c （4-2-6） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝5.112mm 9) 蝸輪分度圓直徑d2 （4-2-7） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝1278mm 10) 蝸桿喉圓直徑 （4-2-8） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝1313.78mm 11) 蝸輪齒根圓直徑 （4-2-9） 代入數(shù)據(jù)可以求得： ＝1232mm 12) 分度圓壓力角 （4-2-10） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 取 13) 蝸輪齒距角 （4-2-11） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 14) 工作包角之半 （4-2-12） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 15) 蝸桿分度圓直徑d1 （4-2-13） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 16) 喉桿的喉圓直徑 （4-2-14） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 17) 蝸桿喉圓螺旋導程角 （4-2-15） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 18) 蝸桿工作部分長度 （4-2-16） 代入數(shù)據(jù)可以求得： 19) 工藝齒輪的齒數(shù)Z0