飞剪的原理

1冶金机械设计理论剪切力能参数--飞剪机声明：本文来自网络2§1概述飞剪安装在连续作业机组及轧制线上，横向剪切运动轧件（切头、切尾、切定尺）。一、对飞剪的基本要求1、剪刃在轧件运动方向上与轧件同步：v=(1~1.03)v0，v0—轧件速度。同时完成剪切。2、定尺，同时满足长度及形状方面的精度要求。3、满足轧机或机组生产率上的要求。二、飞剪的类型常用的有圆盘式、滚筒式、曲柄式及摆式等结构。1、圆盘式结构：由一对反向转动的圆盘（刀盘）组成，轧件由导向板导入并切断（切头），经过出口继续前进。用途：安装在精轧机前对轧件进行切头，或在冷床前对轧件粗剪。3圆盘剪原理原理：轧件以倾斜方向进入刀盘入口，轧件头部被导板的弯曲部份导向刀盘间切断后轧件由刀盘带动沿喇叭口继续前进。特点：结构简单、可靠，可用于v10米/秒的连续工作制的小型轧机。其缺点是切口不齐。结构：由上下刀盘及导板、出口的喇叭口组成。4圆盘剪结构原理52、滚筒式飞剪结构：由一对相对转动的、装有剪刃的滚筒组成。用途：用于轧件（小型材、板带材）的切头、切尾、切定尺。一般厚度12mm。用于切头轧件厚度可达45mm。特点：简单、可靠，可用于高速（V15m/s），但切口不齐。用于切头、切尾的采用启动工作制，为适应切头切尾不同形状的要求，有时在滚筒上安有两把刀分别用于切头切尾。切定尺采用连续工作制。作为滚筒式飞剪的变型，可将滚筒以杠杆代代替。以下为滚筒式飞剪的实例。6滚筒式飞剪73、曲柄回转杠杆式工作原理：其上下刀架分别由偏心套筒带动作平移运动，以完成剪切动作；这样切口平直。当立柱由其下部的曲杆带动下降，则上下刀不能相遇，而产生《空切》，只有当立柱处于图示实线位置时，上下刀刃才能相遇产生剪切动作。特点：该飞剪动力性能差，速度较慢。但切口平直。84、曲柄摇杆式飞剪这类飞剪用来剪切冷轧带材，可用于高速下定尺剪切板带材。上刀架（连杆）由曲柄带动，并由上刀架通过铰链带动下刀架（摇杆）摆动。剪刃安装在连杆与摇杆上，当上下剪刃相遇时产生剪切动作。9总结：除了以上介绍的四种飞剪外，尚有曲柄偏心式飞剪、IHI摆式飞剪等。飞剪的种类繁多，结构比较复杂，应用十分广泛，是轧钢机械中一种重要的设备。10§2剪切长度的调整根据工艺要求，剪切长度应该为可调的。飞剪设计时应满足这一要求。由剪切长度L=V0t=f(t)可知，改变两次剪切的间隔时间t即可改变剪切长度L。一、起动工作制飞剪的调长剪切长度L由光电装置（或热金属探测器）确定：L=V0t±L′其中L′为光电装置到飞剪的距离，V0为轧件的前进速度，t为飞剪剪切的延迟时间。在光电装置位于飞剪前方时取负号，后方时取正号。对于高速飞剪，刀片起动转角之和一般大于360度，必须考虑起、制动转角。11光电装置布置简图12二、连续工作制飞剪的调长当轧件速度V0较大时，起动工作制飞剪难以满足要求，必须采用连续工作制的飞剪。飞剪与送料辊的驱动可以是用一台电机驱动，也可以分别驱动如图示。13飞剪机与送料辊共用一台电机14由以上分析可知，1、改变主轴转速n及2、改变空切系数k都可以改变轧件的定尺长度L。定尺长度：L=V0tV0——送料辊的水平线速度；设飞剪主轴转速为n(rpm)，空切系数为k，则：knnDLknfknvL60.60),1(60000或式中：D0、n0分别为送料辊的直径与转速。由上式可知，定尺长L取决于主轴转速n与空切系数k，同时与轧件的速度v0成比例增加。15改变剪刃轨迹实现空切16三、匀速机构如前所述，可以通过调节飞剪主轴的转数n来调节轧件的定尺长度L；但与此同时，在剪切时，必须保持剪刃的水平分速度v与轧件的速度v0相等。即所谓“速度同步”。实现该功能的机构称之为“匀速机构”。一般分为以下两类：1.飞剪主轴作不等速运动；2.飞剪主轴作等速运动。1、飞剪主轴作不等速运动如图：设飞剪主轴平均转速为np，则当npnj时，np=(1—0.5)nj,此时相对应的有L/Lj=（1—2）k.。必须指出，虽然飞剪主轴作不等速运动，但在剪切的瞬间，必须保持n=nj以使得v刀=v0。即在α=180°，540°……时，飞剪主轴的瞬时转速n=nj。在这种情况下，从能量的观点而言，在剪切时，其主轴的转速应是最快的，即动能量高时，系统速度降低而释放出的能量正好用于剪切功的消耗。实现以上运动典型飞剪匀速机构为双曲柄机构，调节双曲柄的偏心距e即可调节其定尺L。这种机构其定尺由平均速度确定，以最高转速为基本转速；实际剪切时，转速n下调，定尺L上调。17双曲柄均速机构IHI摆式飞剪其匀速机构即是采用的双曲柄机构，以保证剪切时剪刃的瞬时水平速度与轧件的速度相等。椭圆齿轮匀速机构也是主轴作不等速运动的，当主动齿轮以均速回转时，从动齿轮以不等速回转，与双曲柄机构一样，它也是在从动齿轮角速度最大时进行剪切。182、飞剪主轴作等速运动的匀速机构主轴作不等速运动的飞剪存在比较大的偏心质量，因而动力矩较大，尤其是速度高时更为严重，所以在高速剪切时一般采用主轴作等速运动的径向均速机构。为改变定尺，必须改变飞剪主轴转速n；为保持同步性能采用改变刀刃的回转半径R的方法，达到均速的目的。即n增加使定尺减小，同时减小其回转半径R，以保持剪刃水平速度等于v0。即：v=2πRn/60≡v0由此可解出：n=60v0/2πR此时的定尺长度为：L=2πRk确定基本定尺与基本转速：设k=1，R=Rmax时，nj=nmin，Lmax=Lj；实际剪切时，主轴速度n上调定尺L下调，为保持速度同步剪刃回转半径R成比例下调。n=(1~2)nj，L=（1~0.5)Lj。19径向匀速机构刀片轨迹示意图RmaxRminVo以主轴转速最小为基本转速，这时R=Rmax，L=Ljmax当L下调时，主轴转速n必须上调，这时R必须下调以保证同步。实际定尺长L=2πR·k20§3飞剪机的结构工艺对设备的要求：完成以下动作（功能）1、剪切；2、定尺；3、匀速；4、其它：侧隙调整、传动等。而1——3项是决定飞剪特点的主要机构从而形成不同类型的飞剪。以下介绍几种主要的飞剪类型。棒材飞剪矫直机21一、双滚筒飞剪用途：带钢的切头切尾。剪切机构：反向回转的双滚筒上装有两对刀片，分别用来切头、切尾。为减小带钢头尾咬入与甩出进的冲击，其刀片制成弧形或人字形。在切头时，其加速行程为180度；在切尾时轧件速度较大，其加速行程要超过180度，在起动时滚筒先反转一个角度，再开始加速至剪切速度。双滚筒飞剪的具体结构见图。22滚筒式飞剪结构23双滚筒飞剪主要特点如下：1、驱动侧：四列圆柱辊子轴承，操作侧：四列圆柱辊子轴承+止推轴承。2、驱动侧用大齿宽高精度的斜齿轮作为同步齿轮，其作用是消除回转间隙。3、快速换刃功能：松开固定斜楔后，上下滚筒连同上下刀片同时更换，加快更换周期。4、轴承座是整体式的，承担全部剪切力。而机架不受剪力。5、刀片侧隙调整：一对刀刃通过如图9-23的机构进行调整，而另一对刀片则是通过加垫片的方法进行调整。24刀片侧隙调整机构25二、曲柄飞剪（又称《施罗曼飞剪》）用途：冷连轧横切机组，对运动着的带钢进行定尺剪切。特点：1、与送料辊分别驱动（53kw/85kw），矫直—夹送辊减速机为差动式，由液压马达对速度进行微调，并由脉冲发生器进行监控。26曲柄飞剪系统布置图272、剪切机构如图所示，曲柄以匀速转动，位于连杆及摇杆上的上下剪刃作弧形运动；在无空切的情况下，飞剪主轴每转一圈剪切一次。3、空切机构由图知，只有F点处于最高位置时飞剪才可实现剪切。机械偏心o3o4由空切变速箱控制（见图9—33，p326）与主轴的速比为1：2与1：4分别实现两倍与四倍的剪切。当液压偏心o2o3投入运行时，则可实现大于4倍的剪切。284、曲柄半径R的调整为实现匀速，当主轴转数n因为定尺调整的需要进行调整时，必须对R作相应的调整。由于其基本转速nj是由最大半径Rmax确定的，当实际定尺小于基本定尺时，必须调高主轴转速n同时调小其曲柄半径R，以保持剪刃的水平线速度与轧件速度一致。具体调整机构见p327,F9—34，系通过一液压马达及相应的液压柱塞系统改变其实际的半径R实现的。当偏心o7o8转动75度时，半径从最大变为最小。29曲柄式飞剪简图30匀速机构简图315、动力特性该飞剪的动力特性较好，适于高速剪切（带钢前进速度在120米/分以上），各杆件的角速度可图解，其能量变化与主轴转角α的关系如图所示，其总的能量E总在剪切过程中基本上变化不大。上剪台速度下剪台速度能量图E总能量E=E1+E2速度分析32§4飞剪机的力能参数计算一、水平力计算：飞剪机在剪切过程中，除了受垂直方向的剪切力外，由于剪刃的水平速度一般大于轧件的水平速度，所以对刀片来说还受有水平方向的拉力。垂直方向的剪力的计算方法与一般的剪切机相同，这里主要分析剪切时水平力的计算。根据虎克定律，在剪切时由于轧件的拉伸，在轧件内部产生的拉力为：式中E为轧件的弹性模量，l为轧件的长度，Δl为在剪切终了时，轧件的伸长量。它由剪切时刀片的水平移动量Δl1与轧件的水平移动量Δl0确定：Δl=Δl1-Δl0Ell33•水平力计算对轧件:Δl0=v0t现在的问题是求剪切时间t及刀片走过的距离Δl1如图,剪切从φ1开始到φ2结束,则:)sin(sin:2)1(1cos212cos.,236011102121RlRshRshRhAvvRt刀片的移动量为刀片的线速度而由此可求得轧件的内应力进而求出刀片的水平力。由于拉力的作用，使轧件剪断时的减小，所以拉力比实际计算值要小。34二、电机功率1、起动工作制：按飞剪运动质量及加速时间t确定功率因为飞剪剪切时间极短，因而飞剪剪切时其能量是靠其机械系统的动能释放克服剪切功（ΔEA=Fha)。在剪切瞬间，其能量释放为：222121JE剪切剪后的速度应由剪切速度及电机特性确定。同时在确定电机功率时还应考虑电机的起动时间。2、连续工作制：电机功率：A---剪切功T---两次剪切的间隔时间ξ——系数，对简单机构，ξ=5，复杂机构ξ=15~20)(kwtAN35三、飞轮力矩的确定无论是那种类型的飞剪，在剪切时都有系统因减速而释放的能量E用于克服剪切功A。而飞轮的能量：n1、n2为电机在剪切开始与剪切终了时的转速，GD2为折算到电机轴上的飞剪总的飞轮力矩，其单位是kgm2。由于电机转差率S=(n1-n2)/n1,可以推出：对于飞剪而言，其飞轮力矩往往不是常数，故应选择大些，以保证剪切时的能量。mNnnGDAmNnGDE222122273073022122212)2(730730kgmssnAnnAGD