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1、 2250曲柄式切頭飛剪技術(shù)總結(jié) 中國(guó)二重集團(tuán)公司重機(jī)分廠 秦彥偉 2010年12月25日 第 42 頁(yè) 共 42 頁(yè) 2250曲柄式切頭飛剪 1 概述 曲柄式切頭飛剪是熱連軋的板坯的線上的一臺(tái)重要設(shè)備，它一般位于熱卷箱后F1精軋機(jī)前，主要用于切掉從粗軋機(jī)過來頭部和尾部，便于精軋機(jī)的咬入。 2 技術(shù)參數(shù) 型 式： 曲柄式切頭飛剪 工作方式 間歇啟動(dòng)式 剪切溫度： 900-11

2、00 ℃ 剪切最大斷面： 60×2130 (碳鋼、低合金、X70) mm 材料剪切強(qiáng)度極限： 140 N/ mm2 剪切力： ～12000 KN 剪刃長(zhǎng)度： 2350 mm 剪切速度： 0.4～1.75 m/s 剪切帶鋼頭尾長(zhǎng)度: ≤500 mm 傳動(dòng)電機(jī)： 功 率： AC 1850 KW 轉(zhuǎn) 速： 0～250～500 r/min 過載倍數(shù)： 3 數(shù)量： 2 臺(tái) 減速機(jī)速比： i =5.36 3 設(shè)備組成及結(jié)構(gòu)： 曲柄式切頭飛剪主要由飛剪本體、廢料收集裝置、剪刃更換裝置、

3、離線剪刃位置測(cè)量裝置等組成。 a) 飛剪本體 飛剪本體是曲柄式切頭飛剪的主要組成部分，中間坯的切頭、切尾都由其完成的，它主要由傳動(dòng)裝置、機(jī)架裝配、剪切機(jī)構(gòu)、剪刃間隙調(diào)整裝置、運(yùn)輸輥道、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。 l 傳動(dòng)裝置 切頭飛剪的傳動(dòng)裝置是由兩臺(tái)1850KW，0～250～500 r/min的電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪減速機(jī)，減速機(jī)的兩根輸出軸分別拖動(dòng)上下轉(zhuǎn)轂，為保證上下轉(zhuǎn)轂的運(yùn)動(dòng)同步，在減速機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使兩根輸出軸機(jī)械同步。為了使整個(gè)飛剪剪切系統(tǒng)穩(wěn)定，使速度波動(dòng)變化在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，因此在減速機(jī)的高速軸上設(shè)置有一個(gè)大慣性矩的飛輪。飛輪與高速軸的連接是通過一個(gè)多片式氣動(dòng)磨擦離合器連接。當(dāng)中間坯速度

4、≤0.8 m/s時(shí)飛輪開始工作。每個(gè)電機(jī)都裝有制動(dòng)器，制動(dòng)器安裝在高速軸的傳動(dòng)端。制動(dòng)器只有在下列情況下閉合：①設(shè)備緊急停車；②設(shè)備檢修、更換剪刃；③剪刃間隙調(diào)整。 減速器原理圖 l 機(jī)架裝配 機(jī)架裝配主要由底座、操作側(cè)機(jī)架、傳動(dòng)側(cè)機(jī)架及連接橫梁、檢修平臺(tái)、導(dǎo)向板等組成。 底座主要用來固定兩片機(jī)架、檢修平臺(tái)、導(dǎo)向板等。底座本身采用框形焊接結(jié)構(gòu)，剛性好。兩片機(jī)架嵌入底座并用螺來安裝剪切機(jī)構(gòu)剪切機(jī)構(gòu)、剪刃間隙調(diào)整裝置、中間運(yùn)輸輥道等。栓把合。由于機(jī)架是主要受力件，因此其主體部分采用鑄鋼件。機(jī)架主要用兩片機(jī)架的上部用兩根橫梁連接在一起。橫梁采用焊接框形結(jié)構(gòu)，剛性好。底座的入口和出口側(cè)分別

5、裝有導(dǎo)向板，用于將廢鋼導(dǎo)入廢料收集裝置。在兩機(jī)架的內(nèi)側(cè)設(shè)置有檢修平臺(tái)，用于對(duì)剪切機(jī)構(gòu)的檢修。 機(jī)架裝配示意圖 l 剪切機(jī)構(gòu) 剪切機(jī)構(gòu)由上剪切機(jī)構(gòu)、下剪切機(jī)構(gòu)組成。 上剪切機(jī)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一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。上擺桿一端通過一對(duì)滾動(dòng)軸承鉸接在上橫梁上，另一端通過一對(duì)滾動(dòng)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(duì)滑動(dòng)軸承。上剪轂一端通過一的通過一對(duì)滾動(dòng)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(dòng)軸承、透蓋、端蓋等組成，上曲柄軸是一根具有偏

6、心距的曲軸，其兩端通過兩個(gè)滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)架上，傳動(dòng)端與減速機(jī)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(dòng)對(duì)中，剪切力較小。上剪刃通過螺栓把合在上刀架上。上刀架采用42CrMo制造，其一端做成T形槽。整個(gè)上剪刃裝配裝置用彈簧鎖緊缸安裝在上剪轂上。 下剪切機(jī)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一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。下剪切機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與上剪切機(jī)構(gòu)基本相似，只是下下擺桿的固定端與剪刃間隙調(diào)整裝置相連。下剪刃采用直線形剪刃。 剪切機(jī)構(gòu)示意圖 剪刃鎖緊示意圖 l 剪刃間隙調(diào)整裝置

7、 由于各種制造誤差與設(shè)備磨損，必須有一套簡(jiǎn)便的調(diào)整機(jī)構(gòu)來保證剪刃的理想間隙。剪刃間隙調(diào)整裝置是依靠改變下剪切機(jī)構(gòu)中擺桿的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)剪刃間隙的調(diào)整，因此切頭飛剪把下剪切機(jī)構(gòu)中下擺桿的支點(diǎn)軸做成偏心軸（偏心距為10mm）。當(dāng)氣動(dòng)馬達(dá)通過減速機(jī)帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下擺桿長(zhǎng)度發(fā)生變化（變化范圍為±10mm），隨之剪刃間隙發(fā)生變化。在偏心軸的另一端設(shè)有剪刃間隙指示刻度盤和固定偏心位置的多孔板。 l 中間運(yùn)輸輥道： 中間運(yùn)輸輥道主要由輥?zhàn)友b配、蓋板、傳動(dòng)裝置、輥道架、入口導(dǎo)衛(wèi)等組成。曲柄式切頭飛剪有4根輥?zhàn)友b配，每根輥?zhàn)佑梢慌_(tái)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。輥?zhàn)友b配把合在輥道架上，輥道架采用焊接結(jié)構(gòu)，用螺栓把合在機(jī)架

8、上。在飛剪入口側(cè)設(shè)有入口導(dǎo)衛(wèi)，入口導(dǎo)衛(wèi)采用焊接結(jié)構(gòu)，安裝在入口在輥道架上。 b) 廢料收集裝置： 廢料收集裝置由溜槽、料斗、出口擋板、移動(dòng)小車、固定軌道以及緩沖限位裝置等組成。 溜槽分兩段，一段固定在基礎(chǔ)上另一段安裝在支座上，在溜槽的出口處設(shè)置有出口擋板，出口擋板由液壓缸推動(dòng)可繞固定在溜槽上的鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，用來控制廢料是否進(jìn)入料斗。曲柄式切頭飛剪設(shè)有兩個(gè)料斗，料斗放置在移動(dòng)小車上，移動(dòng)小車安裝在固定軌道上。當(dāng)一個(gè)料斗裝滿時(shí)，移動(dòng)小車在液壓缸的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到起吊位置。當(dāng)在移動(dòng)料斗時(shí)，出口擋板應(yīng)處于關(guān)閉位置。在小車的非傳動(dòng)側(cè)安裝有緩沖限位裝置。 廢料收集裝置示意圖 c) 剪刃更換裝置 剪

9、刃更換裝置工作時(shí)布置在飛剪本體的操作側(cè)，當(dāng)需要更換剪刃時(shí)將剪刃更換裝置放在預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置，當(dāng)換剪刃完畢后，將剪刃更換裝置吊走便于起吊料斗。 剪刃更換裝置主要由底座、支座、傳動(dòng)裝置、橫移托架、導(dǎo)向托架、平臺(tái)欄桿等組成。 底座采用焊接框形結(jié)構(gòu)，底座靠近機(jī)架側(cè)設(shè)計(jì)成U形結(jié)構(gòu)，便于底座沿軋制方向的定位。底座一端安裝在機(jī)架上另一端安裝在基礎(chǔ)上。在底座的兩端安裝有平臺(tái)欄桿便于人工操作。 支座安裝在底座上主要用于安裝傳動(dòng)裝置、橫移托架、導(dǎo)向托架。 傳動(dòng)裝置主要由鏈輪、鏈條、液壓馬達(dá)減速機(jī)等組成。傳動(dòng)裝置安裝在支座上。橫移托架通過一根銷軸與鏈條相連，在橫移托架上把合著兩根螺柱用于連接剪刃托架。在支座

10、的入口側(cè)安裝有導(dǎo)向托架，導(dǎo)向托架的底面和側(cè)面都安裝有托輪，用于對(duì)下剪刃的導(dǎo)向和定位。 剪刃更換步驟： ① 將上下剪刃旋轉(zhuǎn)到更換剪刃位置，將剪刃更換裝置安裝在正確的位置； ② 開動(dòng)液壓馬達(dá)將橫移托架伸入到機(jī)架中到設(shè)定的位置； ③ 彈簧鎖緊缸松開剪刃； ④ 將橫移托架上的螺柱分別與上下剪刃相連； ⑤ 開動(dòng)液壓馬達(dá)將橫移托架和剪刃一同取出； ⑥ 起吊走剪刃； ⑦ 將在離線剪刃位置測(cè)量裝置上調(diào)整好的剪刃安裝在橫移托架上； ⑧ 開動(dòng)液壓馬達(dá)將橫移托架和剪刃伸入到機(jī)架中到設(shè)定的位置； ⑨ 彈簧鎖緊缸鎖緊； ⑩ 松開螺柱取出橫移托架，吊走剪刃更換裝置； 注：在每次更換剪刃后都應(yīng)調(diào)整剪

11、刃間隙。 d) 離線剪刃位置測(cè)量裝置： 離線剪刃位置測(cè)量裝置主要用于調(diào)整上下剪刃之間的重疊量和剪刃間隙。離線剪刃位置測(cè)量裝置由支架和耐磨板組成。上剪刃裝置用螺栓固定在支架上，上下剪刃通過其本身裝置中的墊片來調(diào)整其之間的間隙和重疊量。 離線剪刃位置測(cè)量裝置示意圖 4 剪切機(jī)構(gòu)桿件的優(yōu)化設(shè)計(jì) 為研究方便，根據(jù)機(jī)械原理將切頭飛剪的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為曲柄四連桿機(jī)構(gòu)，見下圖： 曲柄四連桿機(jī)構(gòu)圖 a) 工藝參數(shù)分析與計(jì)算： l 剪切帶坯長(zhǎng)度計(jì)算公式： 式中：—檢測(cè)元件至飛剪剪刃的距離；—檢測(cè)元件發(fā)出信號(hào)飛剪啟動(dòng)至飛剪剪切的時(shí)間；—帶坯運(yùn)行速度。 如果剪切帶坯頭部后，帶坯

12、是分段變速的，則剪切長(zhǎng)度計(jì)算公式為： 如果剪切帶坯頭部后，帶坯的運(yùn)行是勻變速的，則剪切長(zhǎng)度計(jì)算公式為： l 剪刃重疊量VE 對(duì)于熱剪來說必須有重疊量，否則剪不斷鋼材。剪刃重疊量大小影響剪切時(shí)間和剪刃的使用壽命，一般不易過大。剪刃重疊量可按下式計(jì)算： VE =1.5+0.1S+0.0005B 式中：VE—最小重疊量（mm）；S—帶材厚度（mm）；B—帶材寬度（mm） VE=1.5+0.1S+0.0005B=1.5+0.1x60+0.0005x2130=8.565≈10mm l 剪刃傾斜角 β 當(dāng)板厚大于40mm時(shí) β= β= = =2.661

13、1°3° 當(dāng)板厚小于40mm時(shí) β= 根據(jù)斜剪刃的剪切原理可知，隨著剪刃傾斜角β的增大，剪切力和剪切力矩減小。另一方面，β角增大延長(zhǎng)了剪切時(shí)間，增加了剪刃的磨損，降低了剪刃使用壽命。一般取β=3°為宜。 l 曲柄半徑l1 曲柄半徑l1是飛剪的最重要的機(jī)構(gòu)參數(shù)，其大小影響電機(jī)功率和開始剪切角。根據(jù)下圖可求出曲柄半徑l1； 由圖中可知上下 由上式得： l1= 式中α—開始剪切角；VE—剪刃重疊量；L—被剪切最大鋼板寬度； β—剪刃傾斜角；S—被剪切最大鋼板厚度； 由上式可知曲柄半徑l1的大小與最大板厚S、剪刃傾角β、

14、最大板寬L、剪刃重疊量VE有關(guān)。l1隨著板厚的增大而增大，隨著剪切角的減小而減小。在計(jì)算中一般選α=40°，求得l1后，在確定α。一般取l1=（3～3.5）S,這樣確保α=35°～50°，從而確保剪切力矩不至于過大。 l1==125.8/0.4679=268.8544818≈270 以上公式的計(jì)算，是忽略了刀桿和剪刃的長(zhǎng)度對(duì)曲柄半徑的影響，因?yàn)楦鶕?jù)機(jī)構(gòu)原理圖，對(duì)其進(jìn)行速度分析，發(fā)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)中的與刀架連接的連桿基本上可看作連桿做近似平動(dòng)（旋轉(zhuǎn)角度為1°），每點(diǎn)速度都相同，因此忽略了連桿長(zhǎng)度。 l 開始剪切角α 由上圖可知：

15、 將以上三式合并得 l αE剪切結(jié)束角 l 等待角αw 為了使剪切時(shí)剪刃遠(yuǎn)離軋件，減少鋼板對(duì)剪刃的烘烤，一般取上曲柄的最上點(diǎn)和下曲柄的最下點(diǎn)為剪刃的等待位置。 l 啟動(dòng)角αS 根據(jù)工藝要求，切頭飛剪采用啟動(dòng)工作制，啟動(dòng)角的確定需能滿足，剪刃有足夠的加速行程。（即剪刃在開始剪切時(shí)能達(dá)到所要求的速度）。通常這個(gè)角度應(yīng)在270°位置上，這個(gè)位置能否滿足啟動(dòng)尚需校核。 式中，—電機(jī)平均啟動(dòng)力矩；—電機(jī)空載力矩；—轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的飛輪力矩；n—電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；i—傳動(dòng)比； b) 飛剪結(jié)構(gòu)其它桿件的確定： l 連桿和

16、刀桿夾角δ的計(jì)算 曲柄半徑確定后尚需選擇與計(jì)算連桿、機(jī)架桿、刀桿，連桿與刀桿間夾角。確定的原則是保證從剪切開始到剪切結(jié)束剪刃間隙逐漸減小，并保證重疊量。這些參數(shù)之間的關(guān)系推導(dǎo)過程如下。 首先將簡(jiǎn)化的曲柄四連桿機(jī)構(gòu)放入坐標(biāo)系中，方向如圖所示，逆時(shí)針方向?yàn)檎怠? 連桿長(zhǎng)度是由BC坐標(biāo)決定的，方程為： B、C兩點(diǎn)的動(dòng)力受連桿的定長(zhǎng)約束，所以有下列關(guān)系： 將上兩式合并整理后得： 將其寫成三角方程式： 式中， 為了用代數(shù)法求解，再設(shè)按三角公式科寫出

17、： 這樣上式可變成 解方程，x有兩個(gè)根，所以有兩個(gè)可能值： 舍去其中不合理解后，得出與關(guān)系式，從而可得出連桿長(zhǎng)度和連桿與刀桿之間夾角。只有滿足上述關(guān)系后剪切過程中剪刃間隙才能逐漸減少，保證剪切過程順利進(jìn)行。 從上式可看出，在式曲線中，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)=0。我們可以在這個(gè)位置上求出連桿與刀桿的夾角，只有根據(jù)這個(gè)關(guān)系確定的和才能保證剪刃間隙從大到零變化。 曲柄轉(zhuǎn)到死點(diǎn)T時(shí)（即時(shí)），擺桿也處于垂直位置，即=0。此時(shí)科算出連桿與刀桿夾角：

18、=-δ l 曲柄中心到輥道上表面距離Ws、Wx 由上圖可知,曲柄中心到輥道上表面的距離分別為Ws和Wx,這個(gè)窗口尺寸由剪刃更換裝置決定. Ws＝a+d+Φ/2 Wx＝b+d+Φ/2 式中a、b—為機(jī)架窗口大小由快速換剪刃裝置大小決定； 式中Φ—為機(jī)架軸承孔，其大小由曲軸的大小來決定； 式中b—為機(jī)架窗口上（下）沿到軸承孔最低（高）端的距離，其大小由機(jī)架的強(qiáng)度來決定； l 刀桿長(zhǎng)度尺寸lu、ld Ws、Wx確定后根據(jù)剪切位置、重疊量、被剪鋼板厚度和剪刃形狀來決定。 設(shè)曲軸在α＝40°時(shí)開始剪

19、切鋼板（即剪刃開始接觸鋼板）在α＝0°時(shí)兩剪刃重疊量達(dá)到最大10mm； 為了保證上剪刃先接觸鋼板所以數(shù)值圓整時(shí)，lu應(yīng)取大值。 l 機(jī)架桿長(zhǎng)度l4的確定； 由上圖可知： 一般情況下l5≥Ws+Wx。 l5越大，剪刃軌跡變化越平滑，剪刃間隙越小，l5的增大會(huì)使機(jī)架寬度增大；h值不宜過大，h值過大會(huì)使機(jī)架高度增加，穩(wěn)定性降低，剪刃間隙增大。 h的值一般為h＝（1/5～1/6）l5 l 擺桿l3的確定: 擺桿l3的長(zhǎng)度變化對(duì)剪刃間隙有影響,隨著l3的增大, 剪刃間隙也在增加.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常l3按下式選取 l 各桿長(zhǎng)度得出后應(yīng)按機(jī)械原理來校合. 以上各桿件滿足各自的條件后還

20、應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:①L2偏小、L3偏大時(shí)，剪切區(qū)剪刃水平速度差加大，運(yùn)動(dòng)角減小，連肝不均勻系數(shù)增大，因此幾個(gè)桿件的長(zhǎng)度應(yīng)匹配。②根據(jù)剪切工藝要求，剪刃始終要垂直與帶材的表面，因此連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足這個(gè)要求。 5 飛剪結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及力能參數(shù)分析 a) 曲柄式飛剪的剪切結(jié)構(gòu)為四連桿機(jī)構(gòu)，所以應(yīng)用解析法分析平面連 桿機(jī)構(gòu)可求出該連桿機(jī)構(gòu)各點(diǎn)的位移、速度、加速度等。 l 機(jī)構(gòu)的位移分析： 如圖所示，四桿機(jī)構(gòu)各邊矢量方向得 l1+l2=l3+l4 分別在x軸和y軸上的投影： 消去后得 為了求解，將用三角函數(shù)表示，變換公式： ； 帶入上式得： 解出：

21、 或者： 式中，N為符號(hào)系數(shù)，當(dāng)△BDC三頂點(diǎn)順序?yàn)槟鏁r(shí)針方向，；反之當(dāng)求出后，再確定： 連桿2上剪刃與鋼板接觸點(diǎn)P的坐標(biāo)： 注釋：B為連架桿1與連桿2的鉸接點(diǎn)，D為連架桿3的固定鉸接點(diǎn)，C為連架桿3與連桿2的鉸接點(diǎn)。 l 機(jī)構(gòu)的速度分析： 將求位移的式子求導(dǎo)： 在上式中先后消去與后得： 將P點(diǎn)的位移式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得出P點(diǎn)在x軸和y軸上的速度： l 機(jī)構(gòu)的加速度分析： 將速度分析式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得： 在上式中先后消去與后得： 將、速度分析式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得： 上式中已知條件為： 將曲柄的固定鉸點(diǎn)定為（0，0）點(diǎn)

22、 下剪切機(jī)構(gòu)： l1＝270mm l2＝2504.496mm l3＝850mm l4＝2536.7105mm ＝2500 ＝-430 p＝1034.7mm δ＝86.566° 上剪切機(jī)構(gòu) l1＝270mm l2＝2504.496mm l3＝850mm l4＝2536.7105mm ＝2500 ＝-430 p＝990mm δ＝86.566° 以上數(shù)據(jù)中p值取剪刃開始接觸鋼板的位置 根據(jù)上式得出、、、、關(guān)系圖; 根據(jù)以上公式和圖表可以看出，曲柄式切頭飛剪的剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡為一橢圓形結(jié)構(gòu)，在上下剪刃同時(shí)接觸鋼板時(shí)，上

23、剪刃的水平速度要高于下剪刃的水平速度。 b) 飛剪機(jī)構(gòu)的力分析 l 曲柄式切頭飛剪剪切力計(jì)算： 當(dāng)飛剪在穩(wěn)定剪切條件下進(jìn)行剪切，飛剪剪切力按平行剪計(jì)算。 最大剪切力計(jì)算公式為： Fmax—被剪鋼板最大原始斷面面積； —剪切溫度下被剪鋼板的抗拉強(qiáng)度； K—考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高的系數(shù)，其數(shù)值根據(jù)剪切機(jī)能力選取； 小型剪切機(jī)（P﹤1.6MN） K=1.3 中型剪切機(jī)（P＝2.5～8.0MN） K=1.2 大型剪切機(jī)（P﹥1.6MN） K=1.1 Pmax ＝ 0.6×1.1×140×60×2130 ＝ 11808720N 剪機(jī)

24、設(shè)計(jì)能力為Pmax ＝12000KN 當(dāng)時(shí)飛剪在穩(wěn)定剪切條件下進(jìn)行剪切，飛剪剪切力按斜刃剪計(jì)算。 因?yàn)榍角蓄^飛剪剪刃為人字形，帶有傾斜角，剪切原理與斜剪刃相同，因此剪切力的計(jì)算采用斜剪刃的剪切力計(jì)算公式： 該節(jié)計(jì)算所需要查閱的圖表，根據(jù)王海文的《軋鋼機(jī)械》一書得到。 從斜剪刃剪切時(shí)的剪切情況分析，剪切力有三個(gè)部分組成： 式中：—純剪切力；—帶坯被剪切部分由于上剪刃繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，上剪刃壓在帶坯上的彎曲力；—由于上剪刃的壓力作用，使帶坯在分離部位產(chǎn)生的曲線形局部彎曲力。 1)確定 （兆牛）

25、式中：—帶坯厚度；—刀具傾斜角；—單位剪切功。 由于切頭飛剪的剪刃圓弧很大，單位剪切功可以利用平行剪剪刃的計(jì)算。 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為： (?！ず撩?毫米3 ) 式中：—平均單位剪切抗力；—帶坯剪斷時(shí)的相對(duì)切入深度； —帶坯在剪切溫度時(shí)的強(qiáng)度極限；—延伸率。 一般地： 小型飛剪設(shè)備（≤） 中型飛剪設(shè)備（≤≤） 大型飛剪設(shè)備（≥） 不同溫度下鋼件抗拉強(qiáng)度 Tensile strength of the distinct steel in different temperature 鋼 種 剪 切 溫 度（） 1000℃ 950℃ 900℃

26、 850℃ 800℃ 750℃ 700℃ 20℃（常溫） 合金鋼 8.5 10 12 13.5 16 20 23 70 高碳鋼 8 9 11 12 15 17 22 60 低碳鋼 7 8 9 10 10.5 12 15 40 注：常溫20℃時(shí)的值：合金鋼以30CrMnSi，高碳鋼以45鋼，低碳鋼以A3鋼為代表。 2) 確定力 （兆牛） 式中：—轉(zhuǎn)換系數(shù)，可查相關(guān)圖表得到。 3) 確定力

27、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)求得，≈0.00265，≈100，代入上式得到： (兆牛) 式中：，為剪刃之間的間隙。，為壓板至下剪刃之間的距離。 4) 總剪切力 （兆牛） 式中：—刀鈍系數(shù)，一般取1.15～1.20。 l 水平方向的動(dòng)載荷計(jì)算 切頭飛剪在剪切時(shí)，在水平方向上存在使帶坯加速或減速而產(chǎn)生的動(dòng)載荷和。在切頭時(shí)，剪刃拉動(dòng)帶坯加速前進(jìn)，帶坯的速度被加速到剪刃水平速度，加速時(shí)間為。根據(jù)動(dòng)量和沖量的關(guān)系得到動(dòng)載荷的計(jì)算公式： 式中：—帶坯的重量，

28、—重力加速度，—剪刃轉(zhuǎn)速。 設(shè)剪切時(shí)為勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)在剪切開始和終了之間的任一轉(zhuǎn)角處的轉(zhuǎn)角為，則有以下關(guān)系式： 設(shè)：， ∵ ， ∴ 再： 根據(jù)這一公式可以計(jì)算剪刃上承受的動(dòng)載荷。 對(duì)于剪切帶坯尾部時(shí)，公式（3.30）可寫為： l 剪切功的計(jì)算： A===Fh 設(shè)a=，a稱為單位剪切功，也就是剪切高度為1mm，斷面為1mm2試件所需要的剪切功。

29、 c) 飛輪矩的計(jì)算 折算到電機(jī)出軸端飛剪飛輪矩包括兩部分： ① 飛剪本體（飛剪剪切機(jī)構(gòu)）飛輪矩 ② 飛剪傳動(dòng)系統(tǒng)飛輪矩 飛剪本體（飛剪剪切機(jī)構(gòu)）飛輪矩 由于飛剪剪切機(jī)構(gòu)是一個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于曲柄軸的運(yùn)動(dòng)，由機(jī)械原理可知，對(duì)于單自由度的機(jī)械系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)問題可轉(zhuǎn)化為原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)問題來研究。為了保證這種轉(zhuǎn)化能反映原機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況，引出等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及等效力、等效力矩的概念。所以飛剪本體飛輪矩的計(jì)算可轉(zhuǎn)化為求等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的問題。 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)化的原則有： 則 式中： m、v — 等效質(zhì)量及質(zhì)量集中點(diǎn)的速度； J、ω —

30、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及等效構(gòu)件的角速度； mi、Jsi— 第i個(gè)構(gòu)件質(zhì)量及其對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ωi、vsi— 第i個(gè)構(gòu)件角速度及其質(zhì)心的速度。 根據(jù)上式可得飛剪剪切機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化到曲柄軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： —曲柄軸質(zhì)量； —曲柄軸質(zhì)心速度； —曲柄軸對(duì)其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； —剪轂質(zhì)量； —剪轂質(zhì)心速度； —剪轂對(duì)其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； —擺桿質(zhì)量； —擺桿質(zhì)心速度； —擺桿對(duì)其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 飛剪傳動(dòng)系統(tǒng)飛輪矩 因?yàn)轱w剪剪切機(jī)構(gòu)曲柄軸與傳動(dòng)系統(tǒng)低速軸相連所以曲柄式切頭飛剪折合到電機(jī)軸端的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 則飛剪折合到電機(jī)軸端的總的飛輪矩 d) 電動(dòng)機(jī)計(jì)算

31、 切頭飛剪采用啟動(dòng)工作制，在啟動(dòng)工作制的情況下，電機(jī)的功率由飛剪的加速條件來確定。因此切頭飛剪電機(jī)選擇的任務(wù)包括： l 計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率； l 確定飛剪的總飛輪力矩； l 校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和過載。 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱計(jì)算使要防止飛剪在最重的工作條件下，電機(jī)的發(fā)熱正常。過載計(jì)算是要防止在剪切時(shí)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)短期過載。 啟動(dòng)工作制的飛剪電動(dòng)機(jī)，僅由飛剪運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的加速條件確定，因?yàn)轱w剪的加速時(shí)間很短。根據(jù)飛剪的結(jié)構(gòu)與工作條件的不同，加速時(shí)間通常在0.1~2秒的范圍內(nèi)。 在指定的時(shí)間間隔內(nèi)，啟動(dòng)工作制的飛剪，電動(dòng)機(jī)的輸出力矩，用電動(dòng)機(jī)在加速時(shí)間內(nèi)的平均力矩來進(jìn)行計(jì)算：

32、 式中：—換算到電機(jī)軸上的飛輪力矩；—加速時(shí)間。 上式中忽略了飛剪的空轉(zhuǎn)力矩（即摩擦力矩），對(duì)于使用滾動(dòng)軸承的飛剪，摩擦力矩很小，可忽略不計(jì)。啟動(dòng)工作制電動(dòng)機(jī)的額定力矩，等于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，將飛剪的滾筒加速到剪切轉(zhuǎn)速時(shí)所必需的平均力矩。然后用這一平均力矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率，其計(jì)算公式為： 根據(jù)選擇出來的電動(dòng)機(jī)，進(jìn)行飛剪加速時(shí)間校驗(yàn)，驗(yàn)證是否在需要的加速時(shí)間內(nèi)達(dá)到所要求的剪切速度。同時(shí)在按照均方根力矩，校核電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。 6 曲柄式切頭飛剪剪切工藝： a) 對(duì)曲柄式切頭飛剪的基本要求： l 剪刃在剪切軋件時(shí)要?dú)q隨著運(yùn)動(dòng)著的軋件一起運(yùn)

33、動(dòng)； l 飛剪應(yīng)在一定溫度下剪切規(guī)定的各種材質(zhì)，各種寬度和厚度的帶材。 l 剪切時(shí)，剪刃保證適當(dāng)?shù)膫?cè)隙和重合度。 l 能滿足軋機(jī)或機(jī)組的生產(chǎn)率； b) 剪切位置的長(zhǎng)度應(yīng)滿足兩方面的要求： l 切掉中間坯頭尾不規(guī)則的區(qū)段，不得殘存舌頭和魚尾的形狀； l 被切掉部分的長(zhǎng)度應(yīng)小于剪切機(jī)至剪后第一根輥道間的距離，以便被切掉的部分順利地進(jìn)入滑道。 c) 切頭剪對(duì)電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求： l 為保證剪切質(zhì)量，控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，切頭剪在剪切時(shí)能按剪切指令迅速而且準(zhǔn)確地進(jìn)行加速和減速、停車； l 根據(jù)剪切方式以及剪刃自動(dòng)位置控制（APC）等要求能無級(jí)地調(diào)速； l 因?yàn)榧羧械恼{(diào)整

34、，自動(dòng)位置控制和切尾剪刃的復(fù)位等需要要求剪刃能可逆運(yùn)轉(zhuǎn)； l 電源情況正常與否、剪刃是否對(duì)好位置以及齒輪和軸承的潤(rùn)滑等要求有必要的聯(lián)鎖方式； l 切頭剪的操作方式分自動(dòng)和手動(dòng)，自動(dòng)方式由計(jì)算機(jī)設(shè)定和操作人員在操作平臺(tái)上用選擇開關(guān)進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)計(jì)算機(jī)功能開關(guān)防在 通（ON）位置時(shí)，應(yīng)優(yōu)先由計(jì)算機(jī)來設(shè)定。手動(dòng)方式即在機(jī)旁操作； l 自動(dòng)方式剪切時(shí)，剪刃有自動(dòng)位置控制（APC）； l 剪刃可以由手動(dòng)復(fù)位到要求的起動(dòng)位置； l 有因電器的異常停止和由操作人員判斷的事故停止； l 為調(diào)整試車應(yīng)有機(jī)旁操作點(diǎn)； l 其他保護(hù)聯(lián)鎖關(guān)系。 d) 曲柄式切頭飛剪曲軸控制原理圖及說明： 為了滿足電

35、機(jī)的啟動(dòng)條件，剪刃一般位于270°位置即圖中ST位置。 l 剪切頭部： 在控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，剪切機(jī)開始從ST位置啟動(dòng)，直到完成一個(gè)剪切循環(huán)，為了減小中間坯對(duì)剪刃的烘烤，剪刃應(yīng)停止在遠(yuǎn)離中間坯的位置即圖中0°（WP）位置。 l 剪切尾部： 在控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)后，為了滿足剪刃的加速條件，剪刃開始從WP位置反轉(zhuǎn)到ST位置，開始一個(gè)新的剪切循環(huán)。剪切完成后剪刃停止在ST位置上，等待下一次剪切。 圖中其它位置說明： T點(diǎn)—正常更換剪刃位置 WN—不能用快速更換剪刃時(shí)，應(yīng)在WN位置人工手動(dòng)更換剪刃； RP—剪刃在該位置時(shí)，上剪轂與剪前輥道空間最大，此位置可用來清除氧化鐵皮；

36、 e) 飛剪的連鎖控制： l 只有在潤(rùn)滑系統(tǒng)正常情況下飛剪才能啟動(dòng)； l 只有飛剪制動(dòng)器打開后飛剪才能啟動(dòng)； l 板材速度在0.4～1.75m/s飛剪允許啟動(dòng)； l 切頭時(shí)飛剪的速度與飛剪前設(shè)備的速度匹配，切尾時(shí)飛剪的速度與F1精軋機(jī)速度匹配； l 當(dāng)飛剪接到啟動(dòng)信號(hào)后，如果飛剪剪刃沒有在理論設(shè)定位置，那么飛剪前輥道將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 f) 剪切控制原理及剪切方程式 切頭飛剪是在帶鋼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行剪切的，因此便需要對(duì)飛剪剪轂的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行比較精確的控制。使上下剪刃進(jìn)行剪切時(shí)，中間坯所在位置被剪下鋼板的頭尾長(zhǎng)度就能得到預(yù)先設(shè)定的長(zhǎng)度值，這種功能控制就是飛剪的切頭切尾控制。 l 切頭過

37、程的剪切方程式 當(dāng)中間坯頭部從R2粗軋機(jī)出來時(shí)，啟動(dòng)設(shè)在飛剪前端的計(jì)時(shí)器，經(jīng)過一段延時(shí)發(fā)出剪切信號(hào)，又經(jīng)過一段很短的滯后時(shí)間d，切頭剪開始啟動(dòng)，并按一定的加速度A加速到比中間坯運(yùn)行速度快約0～0.25倍的速度，稱為超前速度。再在這個(gè)速度下勻速很短一段時(shí)間s，開始進(jìn)行剪切。故剪切時(shí)間只是剪刃在死點(diǎn)下一個(gè)很短暫的瞬間。 圖1 剪頭過程運(yùn)行時(shí)間示意圖 Figure 1 The temporal schematic sketch when the Crop Shear is cutting head 上述時(shí)間的總和為（見圖1） 在這段時(shí)間里d 、A、s為固定值，只有延時(shí)為可調(diào)整的

38、。在總時(shí)間內(nèi)中間坯走過的距離為1+2。 圖2 剪頭過程示意圖 Figure 2 The schematic sketch of Crop Shear is cutting head 如圖2所示，1為一定數(shù)，2為切頭長(zhǎng)度。綜合時(shí)間及距離因素，要改變切頭長(zhǎng)度2，可以通過計(jì)時(shí)器的延時(shí)改變時(shí)間來達(dá)到。 令為中間坯的運(yùn)行速度， 則面積（圖1）為中間坯在段時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離（位移）。 即 = 其中： ——計(jì)時(shí)器延時(shí)時(shí)間內(nèi)中間坯走過的距離； ——發(fā)出剪切信號(hào)到轉(zhuǎn)鼓起動(dòng)的滯后時(shí)間里中間坯走過的距離； ——轉(zhuǎn)鼓起動(dòng)到切斷點(diǎn)時(shí)間內(nèi)中間坯走過的行程； ——剪刃起動(dòng)到切斷點(diǎn)所走過的

39、距離； —剪刃起動(dòng)過程中中間坯比剪刃多走過的距離； 根據(jù)普通運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式可知，當(dāng)物體從靜止加速到速度，其加速度為，則該物體走過的行為程。 因此我們可以得到切頭過程的剪切方程式： =+ 如滿足上式，即能對(duì)切頭長(zhǎng)度進(jìn)行比較精確的控制。 l 切尾過程的剪切方程式 切尾時(shí)，中間坯已經(jīng)處于精軋機(jī)的“加速軋制”中，故切尾的定尺控制與切頭不同，必須對(duì)軋制時(shí)的加速度進(jìn)行考慮。 圖3 剪尾過程運(yùn)行時(shí)間示意圖 Figure 3 The temporal schematic sketch when the Crop Shear is cutting caudal 如圖3所示，為一條斜線。

40、切尾時(shí)在計(jì)時(shí)器延時(shí)、滯后、啟動(dòng)時(shí)間和穩(wěn)速時(shí)間的總和時(shí)間里中間坯運(yùn)動(dòng)的位移為，見圖4。 圖4 剪尾過程示意圖 Figure 4 The schematic sketch of Crop Shear is cutting caudal 由圖3及圖4可得到關(guān)系式： = 式中： = —— 計(jì)時(shí)器延時(shí)時(shí)間里中間坯運(yùn)動(dòng)的位移； —— 發(fā)出剪切信號(hào)到轉(zhuǎn)鼓起動(dòng)的滯后時(shí)間內(nèi)中間坯所運(yùn)動(dòng)的位移； —— 轉(zhuǎn)鼓起動(dòng)到切斷點(diǎn)時(shí)間里中間坯運(yùn) 動(dòng)的位移； —— 剪刃從起動(dòng)到剪切所運(yùn)動(dòng)的位移； ∴ = = 為剪刃起動(dòng)過程中中間坯比剪刃多運(yùn)動(dòng)的位移； 圖中點(diǎn)的速度為，為

41、點(diǎn)速度。 則： 切尾過程的剪切方程式： 式中： ——熱金屬檢測(cè)器HMD到切頭剪剪切點(diǎn)的距離； ——剪切長(zhǎng)度，切頭為“+”，切尾為“—”； ——剪刃由起動(dòng)點(diǎn)到剪切點(diǎn)的行程； ——切頭剪線速度對(duì)中間坯運(yùn)行速度的超前速度比，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)切頭時(shí)取0～25%，切尾時(shí)取±10%； ——切頭剪的加速度 V——中間坯的運(yùn)行速度； ——中間坯的運(yùn)行加速度； ——發(fā)出剪切信號(hào)時(shí)的中間坯運(yùn)行速度； ——從熱金屬檢測(cè)器測(cè)出信號(hào)到切頭剪計(jì)時(shí)器發(fā)出剪切信號(hào)所用時(shí)間； ——從發(fā)出剪切信號(hào)到切頭剪起動(dòng)所經(jīng)過的時(shí)間。 7 總結(jié)： 根據(jù)以上論述可以看出曲柄式切頭飛剪有以下優(yōu)點(diǎn)： l 剪刃壽命長(zhǎng) 剪刃壽命取決于剪刃重合量。曲柄剪剪刃重合量為10mm，而滾筒剪只有5mm。根據(jù)德國(guó)梯森公司的經(jīng)驗(yàn)，一對(duì)曲柄剪剪刃的壽命為滾筒式剪刃的10倍。 l 剪切質(zhì)量好 曲柄剪剪刃在剪切過程中其本上是平行的，角度變化不超過1°，所以切口平直，質(zhì)量好。而滾筒剪在切60mm厚板時(shí)，剪刃與剪子中心線間的夾角達(dá)18°，切口是斜的。 l 剪刃間隙調(diào)整容易 曲柄剪傳動(dòng)裝置從減速機(jī)伸出兩根軸，直接帶動(dòng)曲柄軸，調(diào)整剪刃間隙方便。滾筒剪在每個(gè)滾筒上裝有分配齒輪，互相嚙合，調(diào)整剪刃間隙困難。 l 剪刃更換容易 l 剪切厚度大 可切80mm厚鋼板，滾筒剪則只能60mm板坯。