Inner Mongolia University of Science brief introduction for the matching between shear and shaft; research on some parameters; calculation on some mechanical parameters (such as cutting capacity, cutting torque and motor power, etc.) as well as study on the calculation of shear diameter. This is of reference value for the design and calculation for disc shear.Key words: Strip disc; Shear structure; Parameter; Blade; Shaft圓盤剪用于 剪 切 帶 材 的 邊 部 和 把 寬 帶 材 切 分 成窄帶材 ，被廣泛用在板帶第 2 頁生產(chǎn)車間和輔助作業(yè)機組中，如橫剪機組 、縱剪機組 、重卷機組 、酸洗機組 、鍍 錫機組及焊 接 機 組 等 。 圓 盤 剪 工 作 好 壞 直 接 影響 到產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 。 針 對 某 廠 1700mm橫切機 組 將 來 料 帶 卷 進 行 橫 切 的 要 求 ,我 們 設(shè) 計 了 1700 圓 盤 剪 與 之配 套。 下 面 對 其結(jié) 構(gòu)和主要參數(shù) 的 選 擇 與 計 算 等 問 題 進 行 分 析 探討。1. 1700圓 盤 剪 技 術(shù) 性 能剪切材質(zhì)： 扎制鋁和鋁合金帶材；剪切帶鋼速度 V=1~3 m/s, 取 3 m/s; 剪切帶鋼強度 ≤600MPa 取 600MPa；b?剪切帶鋼厚度 h=0.5~2.5 mm；剪切帶輪寬度 B=700~1500 mm；剪刃的擺動不超過 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；?上下剪刀的側(cè)間隙 0.05 mm， 重疊度 S=0~0.3 mm；??電機型號為 Y180L—4，N=22kW，n=1470r/min；減速器速比 i=6.92；機架移動馬達，型號 BM1-80。2. 1700圓 盤 剪 結(jié) 構(gòu) 分 析1700圓盤剪由直 流 電 機、傳 動 底 座、聯(lián) 軸 器 與制動器、聯(lián)合齒輪減速機 、移動油缸 、圓盤剪本體和固 定底座 等 部 分 組 成 （ 見 圖1 ）。 本 文 著 重 對 圓 盤剪 本體 結(jié) 構(gòu) （ 見 圖2 ） 進 行 分 析 與 介 紹 。 該 機 直 流電機的扭矩通過刀軸的傳動裝置轉(zhuǎn)動上下刀軸 ，帶動上下刀盤旋轉(zhuǎn) ，從而完成對板帶的剪切。圖1 圓盤剪結(jié)構(gòu)示意圖1-直流電機；2-傳動底座；3-聯(lián)軸器與制動器；4-聯(lián)合齒輪減速機；5-移動油缸；6-固定底座；7-活結(jié)螺栓；8-圓盤剪本體第 3 頁圖2 圓盤剪本體結(jié)構(gòu)示意圖1-活動支座；2-萬向節(jié)軸；3-傳動側(cè)機架；4-重疊量調(diào)整裝置；5-本體底座；6-萬軸裝配；7-操作側(cè)機架；8-T型螺栓；9-機架移動裝置2.1 機架兩 個機架 左 右 對 稱 布 置 ， 上 下 刀 軸 裝 在 傳 動側(cè)機架 （ 3） 上， 兩個機架上設(shè)有刀盤重疊量調(diào) 整 機構(gòu)（ 4）。當(dāng)對 刀 軸 進 行 配 刀 時 ， 利 用 機 架 移 動 裝 置 （ 9） 帶動操作側(cè) 機 架 （7 ） 在 本 體 底 座 （5） 上 移 動 ， 從而 完成與 刀 軸 的 分 離 ，按 照 工 藝 要 求 進 行 調(diào) 整 操作。當(dāng)完成調(diào)整更換刀盤時 ，首先依靠 T 型螺栓把操作側(cè)機架 （ 7） 鎖緊到本體底座 （ 5） 上 ，再 利 用 四 個活 結(jié)螺栓 鎖 緊 本 體底 座 與 固 定 底 座 ， 防 止 機 架 移動。機架由鑄鋼件制成 ，具有足夠的強度與剛度?？?慮 到 提 高 作 業(yè) 效 率 和 適 應(yīng) 剪 切 不 同 寬 度 與厚度的板帶的要 求 ， 采 用 可拆 卸 的 本 體 底 座 ， 即 用兩 套機構(gòu) 完 備 的 圓 盤 剪 本 體 ， 一 套 在 作 業(yè) 線 上 工作 ，另一套在作業(yè)線外調(diào)整和更換刀片。 本體機座更換時先操作安裝在固定底座上的油缸 ，使萬向接軸與活動接軸脫 離 ， 再 將 活 結(jié) 螺 栓 松 開， 使 得 本 體底座與固定底座松開 ，此時可將圓盤剪本體部分拆卸到線外。開動機架移動裝置 ，按照生產(chǎn)與工藝要求 進行配刀 。 由 于 采 用 了 可 拆 卸 式 圓 盤 剪 本 體 裝置 ，大大縮短了配刀輔助時間。2.2 圓盤剪本體分離活動接軸活動接軸 （ 1） 是連接圓盤剪本體與聯(lián)合齒 輪 減速 機的橋梁。 當(dāng) 處 于 作 業(yè) 線上 的 本 體 需 要 根 據(jù) 工藝要求進行刀軸裝配時 ，啟動固定在固定底座上的油缸 ，使得接軸支座在固定支座上由右緩緩滑動至左 端終 止 位 置 （ 萬 向 接 軸 （ 帶長 度 補 償 ） 縮 短 ） ， 此時， 圓 盤 剪 本 體 與 聯(lián) 合 齒 輪 減 速 機 脫 離 。 反 之 ， 亦然第 4 頁。2.3 可控力矩機架移動裝置圓盤剪活動機架 （ 即左機 架 ） 由電機拖動 ，在移 進 工作位 置 時 ， 既 要 準確 到 位 保 證 能 夠 有 效 支 承上 、下刀軸 ，又不能對刀軸產(chǎn)生過大的軸向推力 ，以免破壞預(yù)緊軸承的受力均衡狀態(tài) 。 為此 ，在機架移動機構(gòu)設(shè)計中將摩擦離合器與超越離合器結(jié)合 ，實現(xiàn) 了單方向可 控 力 矩 機 架 驅(qū) 動 方 式 。 機 架 推 進 時僅摩擦離合器工作 到位后摩擦離合器打滑限制軸向 推力 ； 退 出 時 摩 擦 離 合 器 與超 越 離 合 器 并 聯(lián) 工作 ，保證有足夠大的力矩將機架移出工作位置。2.4 刀盤重疊量調(diào)整裝置刀盤重疊量調(diào)整機構(gòu) （ 4） 為手動操作 。 通 過 渦輪蝸桿機構(gòu)帶動固定在偏心套上的齒輪 ，從而帶動上下刀軸做相向或相背運動 ，實現(xiàn)刀盤重疊量的調(diào)整。2.5 刀盤側(cè)向間隙的調(diào)整刀 盤 側(cè) 向 間 隙 是 在 配 刀 時 用 推 出 環(huán) 與 隔 離 環(huán) 來確定的 ，工作時不再調(diào)整 。由于生產(chǎn)工藝的多變性 ， 需要有多種 規(guī) 格 的 隔 離 環(huán) 滿 足 不 同 的 要 求 ， 同時對刀軸、刀盤以及隔離環(huán)的幾何尺寸要求相當(dāng)嚴格 。 上下刀軸全 長 不 平 行 度 不 得大 于 0.02mm， 刀軸 肩工作端 面 的 圓 跳 動 度 不 得 大 于 0 .002mm， 表 面粗 糙 度 為 0 .4μm，厚 度 公 差 為 0.005mm。 只 有 這樣， 同時輔以科 學(xué) 的 配 刀 制 度， 才 能實 現(xiàn) 剪 切 精 度的可靠性。3 刀 軸 配 刀 制 度為減少配刀時刀盤 推出環(huán)以及隔離環(huán)間隙的累 計誤差，配刀 時 應(yīng) 在 刀 盤、推 出 環(huán) 和 隔 離 環(huán) 原 始檢測的基礎(chǔ)上，上下對稱配刀 。 即上刀軸配一把厚刀， 或者隔離環(huán)， 那 么 下 刀 軸 也 要 配 一 把 厚 的 刀 或隔離環(huán)； 上邊薄，下邊也薄。 這樣的話，等于通過對稱配刀，將刀盤的精密度提高了一個檔次。4 1700圓 盤 剪 工 藝 參 數(shù) 的 選 擇4.1 刀盤直徑與厚度的選擇刀 盤直徑與被剪切帶 材 的 厚 度 h 、 刀 盤 重 疊 量s 與允許咬入角 α 有關(guān) ，用公式表述為 ?cos1???hD第 5 頁刀 盤厚度應(yīng)具 有 足 夠 的 剛 度 ， 一 般 ?。?0.06～0 .1） D，刀盤形狀為圓柱形 ，刀盤楔角取 90°。刀盤材料應(yīng)具備強度大 、韌性好和硬度高的特點，剪刃性能與制造工藝密切相關(guān) ，制造性能好 、壽命長的剪刃 ，必須選用優(yōu)質(zhì)材料 ，精心鍛造 ，合理的 熱 處力，料 選 用 6CrW2 Si， 硬 度 為 56～ 58( HRC)。由 于取向 硅鋼 表 面 燒 結(jié) 有 無 機 材 料 ，俗 稱 為 玻 璃膜 ，其硬 度 很 高 ， 在 1700mm硅 鋼 縱 剪機 組 中 ， 我 們選用硬質(zhì)合金 ，其硬度達到 67～ 70( HRC)。4.2 刀盤重疊量的選擇刀 盤 重 疊 量 與 側(cè) 向 間 隙 與 被 剪 切 帶 材 厚 度 有關(guān) ， 如圖3所 示。 根 據(jù) 剪 切 帶材 的 厚 度， 在 操 作 中對重疊量適當(dāng)加以調(diào)整。如果剪刃重疊量不夠 ，在剪切時會引起機械超 負荷和帶材局部 彎 曲；剪 刃重 疊 量 過 大 ， 則 引 起 帶材的“豎立”。4.3 刀盤側(cè)向間隙的選擇冷剪時 ，刀盤側(cè)向間隙一般為被剪切金屬厚度的 9%～ 11%， 在 熱 剪 時， 側(cè) 向 間 隙 一 般 取 被 剪 切金 屬厚度的1 2%～ 16%。 刀 盤 的 側(cè) 向 間 隙 還 與 被剪切材料的強度有關(guān) 。 側(cè)向間隙過大 ，剪切時會產(chǎn)生撕裂 ； 側(cè)向間隙過小，又會導(dǎo)致設(shè)備超載 ，刀刃磨損加快，帶鋼剪邊發(fā)亮和毛邊過多 。 生產(chǎn)中根據(jù)鋼帶 厚 度與 強 度 的 變 化， 以 圖 3所 標 示 的 曲 線， 適 當(dāng)加以調(diào)整，滿足生產(chǎn)的需要。第 6 頁圖3 刀盤側(cè)向間隙、重疊量與板帶厚度的關(guān)系5 1700圓 盤 剪 力 能 參 數(shù) 的 計 算5.1 剪切力的計算剪切力的計算是圓盤剪力能參數(shù)計算的基礎(chǔ)， 我們采用“諾沙里”公式進行計算。 即 )7.04tan(02?????bhP式中 P 為作用在一個刀盤上的剪切力，N； 為被剪切金屬的強度極限，b?采用 600MPa；h 為被剪切金屬的厚度，mm，設(shè)計中考慮到生產(chǎn)擴大加工品種規(guī)格多因素，取 h=1.5mm；α 為咬入角；ε 0為被剪切金屬的相對深入，一般采取1.2-1.6δ，計算時選用 1.4δ；δ 為被剪切金屬的伸長率，選用 20%；Dhs2)(1co0?????其中 s 為上下刀盤的重合量，這里取 S=0.7mm；D 為刀盤直徑，引用經(jīng)驗公式并查表得 D=270mm.將以上數(shù)字代入公式： =0.9926Dhs2)(1co0?????從函數(shù)對數(shù)表中可以查出 α=6.97°，代入公式：=2184.34N)7.04tan(02????bhP5.2 剪切力矩的計算計算剪切力矩可為得到所需的電機功率做準備。一對刀盤的剪切力矩為 321)(Mn??式中 M為作用于刀軸上的扭矩，Nm；n為工作刀盤的對數(shù)（剪切五條n=6)；M1為每對刀盤剪切所需的扭矩，M 1=PDsinα，Nm；M 2為刀盤軸支撐的摩擦力矩，M2—Pdf，Nm；其中 d 為軸承內(nèi)徑，這里取 d=170mm；f 為軸承摩擦因數(shù),f=0.004；M 3為消耗于從活套中曳引帶材的扭矩，在無活套的機組中 M3=0。由以上數(shù)據(jù)代入公式，可得出：第 7 頁M1=PDsinα=71.57Nm；M2=Pdf=1.49Nm；=438.36Nm321)(n??5． 3 電機功率計算電機功率計算公式 ?DVN102max?式中 M為作用于刀軸上的扭矩，Nm；Vmax為最大剪切速度，這里取3m/s； η為總的傳動效率，這里取η=0.85；D為刀盤最大直徑，D=270mm；由以上數(shù)據(jù)帶入公式，可得出=11.24kW?？紤]到該機組以后的擴展需要，取電機功率為?VN102max?N=22kW。6 結(jié) 束 語1700 圓盤剪切機投入生產(chǎn)使用多年，實踐證明在剪切生產(chǎn)中，技術(shù)上可行，使用上可靠，可大力推廣應(yīng)用。設(shè)計中充分考慮了如何保證剪切質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、縮短輔助換刀時間等因素。該機具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、容易掌握、調(diào)整方便準確、可安裝多對刀盤、一機多用等特點。同時，在設(shè)計中充分考慮到企業(yè)發(fā)展與技術(shù)可行性，有關(guān)參數(shù)的選取留有充分的余地。主要參考文獻[1] 鄒家祥. 軋鋼機械[M] . 北京：冶金工業(yè)出版社，2005[2] 徐灝. 機械設(shè)計手冊（第二版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000[3] 濮良貴、紀名剛 . 機械設(shè)計（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2001第 8 頁[4] 徐灝. 機械設(shè)計手冊（第一版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991