圓盤剪的設計與參數選擇

1、圓盤剪的設計與參數選擇【摘 要】 本文結合實際工程，介紹了推拉式酸洗線上圓盤剪的結構特點，刀具側向間隙及刀盤重合度調整的 方法等。并給出了剪切力、驅動功率的計算公式和實際例子。本圓盤剪已在華美推拉式酸洗線上使用。【關鍵詞】 圓盤剪 設計 參數目錄：1. 圓盤剪概述2. 圓盤剪主要技術性能3. 圓盤剪結構機架調寬裝置刀刃側向間隙調整裝置 刀盤重合度調整裝置4. 有關參數的選擇和計算 刀盤直徑和厚度的選擇 刀盤重合度和側向間隙的選擇 剪切力的計算 剪切力矩的計算 剪切電機功率校核5. 結束語參考文獻1. 圓盤剪概述 帶鋼在軋制過程中，有時邊部會產生細小的裂縫等缺陷，如不及時切掉，極可能在后續(xù)加工過

2、 程中產生斷帶事故。所以在酸洗機組中均設置圓盤剪，以便去掉邊緣損傷，并使成品帶鋼達到要求 的寬度。另外圓盤剪還廣泛用在冶金帶鋼生產線的其它機組中 , 如橫切機組、縱剪機組、重卷機組、 拉矯機組、鍍錫機組及焊接機組等。圓盤剪按其用途和構造可分為兩大類 : 帶兩對刀盤和多對刀盤 . 兩對刀盤的圓盤剪只用來剪切帶 材的邊部 , 故稱切邊圓盤剪或切邊剪 ; 多對刀盤的圓盤剪在剪切帶材邊部的同時并將帶材縱切成多條 較窄的帶材 , 故稱分條圓盤剪或分條剪。圓盤剪按其傳動方式又分為拉剪和動力剪 ; 所謂拉剪 , 即刀盤沒有傳動裝置 , 直接由機后的張力輥 及卷取機等設備將帶鋼拉過圓盤剪進行剪切 .本文介紹的

3、圓盤剪是用在推拉式酸洗線上。它的特點是傳動系統中裝有超越離合器，當機組速 度低于穿帶速度時，圓盤剪按動力剪狀態(tài)工作；當機組速度超過穿帶速度時，離合器將脫開傳動系 統，圓盤剪按拉剪狀態(tài)工作。為了使切邊時不產生毛刺，并保持最小的寬度公差。必須用防跑偏裝置加以控制，以使帶鋼對 中和無沖擊地進入圓盤剪。因此，在圓盤剪的入口側布置了一套夾送輥糾偏裝置。2. 圓盤剪主要技術性能帶鋼厚度： 4.0mm帶鋼寬度：7001350mm帶鋼強度極限：（T b< 610Mpa機組速度：酸洗出口（圓盤剪）：穿帶速度：剪刃直徑：剪刃厚度：最大工作間距： 最小工作間距： 切邊精度：最大 120m/min 最大 60m

4、/min$ 350mm30mm 1590mm 630mm0 1mm3. 圓盤剪結構 圓盤剪由左右機架、上下刀軸、機架調寬機構、傳動裝置、刀盤重合度調整裝置、刀刃側向間 隙調整裝置、固定底座等組成。詳見圖（ 1 ）、（ 2）。圖 1 圓盤剪1. 底座 2. 左機架 3. 右機架 4. 調寬裝置 5. 刀刃側向間隙調整裝置6. 刀盤重合度調整裝置 7. 壓輥及托輥 8. 刀盤傳動裝置圖 2 圓盤剪1. 機架 2. 廢邊導向溜槽 3. 刀盤 4. 刀刃側向間隙調整裝置 5. 刀盤傳動裝置機架圖 3 圓盤剪（左）機架裝配1. 刀盤 2, 機架 3. 芯套 4. 下刀軸 5. 疊簧 6. 超越離合器 7

5、. 刀盤驅動齒輪箱 8. 上刀軸9. 刀刃側向間隙調整裝置 10. 刀盤重合度調整裝置 11. 偏心套 圓盤剪兩個機架左右對稱布置，上下刀軸、刀盤、刀盤重合度調整裝置、刀刃側向間隙調整裝 置均裝在機架上。機架為箱形焊接結構，刀軸為懸臂式。上下刀軸為圓盤剪的主要部件，詳見圖 （ 3）。其上安裝有刀盤、壓輥、圓錐滾子軸承、圓柱滾子 軸承、芯套（下刀軸）、偏心套（上刀軸）、疊簧、液壓螺母等。由力的分析可以知道，在剪切時，上下刀盤有向上下方向傾翻的趨勢，這將使刀盤重合度減小 及刀刃側向間隙增大。直接的后果就是剪切質量下降，毛邊產生，嚴重的可能導致剪不斷，造成生 產事故。為避免上述現象發(fā)生，我們在上下刀

6、軸上安裝單列圓錐滾子軸承 （成對安裝） 不允許刀軸竄 動。調寬裝置為剪切不同寬度的帶鋼，圓盤剪的機架安裝有調寬裝置，用以調整兩對刀盤的開口度。調寬要 求準確，由一個安裝有編碼器的齒輪電機驅動兩根左右旋向的螺桿，帶動固定在左右機架下方的螺 母，實現左右機架的同時開合。刀刃側向間隙調整裝置圖 4 刀刃側向間隙調整裝置1. 側向間隙調整齒輪電機 2. 蝸桿 3. 蝸輪 4. 芯套 5. 下刀軸刀刃側向間隙調整時，上刀盤不動，由下刀盤軸向移動來實現。通過齒輪電機驅動蝸桿，帶動 蝸輪。蝸輪與下刀盤上的芯套用螺紋聯接。通過結構上的設計，保證蝸輪在芯套軸向上不能移動。 蝸輪的旋轉運動經芯套轉化為刀盤的軸向移

7、動。安裝在下刀盤芯套尾部的有預緊力的碟簧，使裝在下刀軸芯套上的蝸輪始終與裝在機架上的擋 塊壓緊。將刀刃側向間隙調小時，如圖（3）所示，齒輪電機驅動蝸桿，帶動蝸輪，使芯套帶動下刀軸向左移動。反之則可調大間隙。齒輪電機尾部安裝有旋轉編碼器，可以精確控制刀刃側向間隙。刀盤重合度調整裝置圖 5 刀盤重合度調整裝置1. 刀盤重合度調整齒輪電機 2. 蝸桿 3. 蝸輪 4. 偏心套 5. 上刀軸 刀盤重合度調整時，下刀軸固定不動，用上刀軸繞偏心套旋轉來控制。通過齒輪電機驅動蝸桿，帶動蝸輪。蝸輪與上刀軸上的偏心套用鍵聯接。由于上刀軸和偏心套有25mm的偏心量，偏心套的旋轉，將使上刀盤的垂直位置發(fā)生變化，從而

8、調整上下刀盤的重合度。齒輪電機安裝有旋轉編碼 器，可以對重合度精確調整。4. 有關參數的選擇和計算圓盤剪的基本參數是剪切力、重合量、側向間隙、刀盤厚度、刀盤直徑等。刀盤直徑和厚度的選擇刀盤形狀是薄圓柱體，主要幾何尺寸是刀盤直徑D和厚度b。刀盤直徑D主要取決于板帶的厚度h,刀盤重合量 S和最大咬入角 a 1。參考類似的機組數據，我們選擇刀盤直徑為350mm選擇刀盤的厚度 b應使刀盤具有足夠的剛度，一般選取b=D,本刀盤選取 b=30mm刀盤的材質應具備強度大、韌性好和硬度高的性能。剪刃性能與制造工藝密切相關，制造性能好的剪刃，必須 選用優(yōu)質材料，精心鍛造，合理熱處理。材料選用Cr12MoV,表面

9、淬火硬度 HRO 58,表面粗糙度卩m,端面跳動6卩m。刀盤重合度和側向間隙的選擇刀盤重合量 s 和側向間隙 ?與被剪切的帶鋼厚度有關，如圖 6所示。圖 6 圓盤剪刀盤重合量 s 和側向間隙 ?與被剪鋼板厚度 h 的關系曲線由圖可見，隨著鋼板厚度的增加，刀盤重合量s減小。當鋼板厚度5mn時寸，重合量為負值。剪切時，如重合量不夠，會引起機械超負荷和帶材局部彎曲；若重合量太大，則引起帶材“豎立”現 象。為了避免圓盤剪剪刃之間的磨損，在兩個剪刃側向之間，應該有一定的間隙。確定該間隙時，要考慮被切帶鋼的厚度和強度。根據生產實踐，冷剪時，側向間隙?可取被切帶鋼厚度的 1417。 如果側向間隙設置得不合理

10、，對剪切面和設備均有很大的影響。當剪刃之間的間隙過大時，剪切面 岀現不整齊，因為在剪切面附近會產生塑性變形，該斷口不是被剪斷的，而是以揉搓形式產生的撕 裂現象。這種剪斷口，在剪切較厚而軟的低碳鋼板時較容易見到。當剪刃之間的間隙過小時，又會 導致設備超載，而且易使上下移動的剪刃面擦傷而過早損壞，其結果將使帶鋼的剪切面產生毛刺而 不整齊。左右機架上的剪刃重合量要一致，如果重合量不一致，則兩機架上的剪刃受力不等，帶鋼兩邊 受力亦不等，結果會導致帶鋼向側面串動，發(fā)生跑偏現象。側向間隙小，剪切進行得快些，反之則 慢一些。所以，如果左右機架上的剪刃側向間隙不一致，帶鋼兩側一邊剪得快，一邊剪得慢，帶鋼 兩邊

11、受力不等，必然產生跑偏現象。剪切力的計算剪切過程一般由兩個階段組成：壓入變形階段和滑移階段。剪切力是隨著切入深度Z的變化而變化的，當剪刃剛接觸并逐漸壓入帶鋼時，剪切力由零逐漸增大。在整個壓入階段，在剪切斷面上 產生的剪切力小于帶鋼本身的抗剪能力，帶鋼只產生局部壓縮塑性變形，這時帶鋼將產生偏轉。隨 著剪刃的逐漸壓入，剪切力繼續(xù)增加，當剪切力產生的剪應力等于帶鋼的抗剪能力時，帶鋼的的轉 角不再增加。當剪切力稍大于此值時，在剪切斷面上的剪應力就大于了帶鋼的抗剪能力，這時帶鋼 便沿整個斷面產生了相對滑移。在滑移階段，剪切斷面逐漸減小，剪切力也隨著不斷減小，直至剪 斷帶鋼，剪切力為零。在圓盤剪上剪切金屬

12、時，作用在單個圓盤剪剪刃上的總剪切力由兩部分組成：P=P1 十 P2式中Pl 純剪切力；P2鋼板被剪掉部分的彎曲力，是由于剪切伴隨著鋼板的復雜彎曲而產生的，如圖（7）。圖7圓盤剪切機剪切板邊示意圖剪切力的計算方法較多，下面分別采用兩種公式來計算：方法一： 由上述可知，作用在單個剪刃上的總剪切力由兩部分組成：P=P1 十 P2純剪切力P1的確定在原則上與斜刀剪類似，參見圖（8 ）。圖8在圓盤剪上剪切金屬時的壓力圖假定實際剪切面積只局限于弧AB及CD之間，因為在 BD線之外剪切的相對切入深度大于£ 0，即剪切過程已徹底完成了。其次，將弧AB和CD視為弦。作用于寬度為 dx的微小面積上的剪

13、切力為dP1 = qxdx= t hdx式中qx 作用在接觸弧 AB水平投影單位長度上的剪切力。qx= t h式中t剪切應力 MPa h板厚mm相對切入深度由下式計算： 微分后得 式中一一弦AB與CD間夾角的一半。所以純剪切力為式中a單位剪切功，a d 。在圓盤剪上冷剪時，a值可按下式求得式中Ki、K換算系數，取 Ki K2 = 1b 、一一被剪切鋼板的強度極限 （MPa）和延伸率。P2鋼板被剪掉部分的彎曲力，由下式計算： 總剪切力計算公式為系數Zl決定于被剪掉的板邊寬度與板厚的比值d/h,參見圖（9）。圖9被剪切鋼板的相對寬度 d/h與系數乙的關系由圖中可知，當 d/h> 15時，Zl

14、的數值趨近于漸近線 Z = o假設合力P的作用點在弦 AB和CD中間，貝9可按下式求得cos或式中s刀片重疊量又2以板厚h= 4mm b=60kg/mm 為例:根據圖（6）,取s=0.3mm根據表（1），取£ 0=表（1）相對延伸率 5和相對剪切率的對應值由表（1），取 50.26，貝Ua b 5610 0.26158.6 （N?mm/mm所以純剪切力為總剪切力方法二：圓盤剪的剪切力，一般還可按諾沙里公式進行計算。即 對于圓盤剪可建議取1.25 5,系數取Z1=,則上式簡化為：圖10圓盤剪刀盤上的作用力簡圖zhS則兩刀片的中心距 A由圖（10）可知，GF h - h -h（1）。若剪

15、切機重疊量為2 2 2=2R-S=2Rcos a +GF其中 a為剪切角。其值為取 S = 0.3 mm由表（1 ），取 =則所以 a = ?costa n a =4 (10.26)23500.30.9896剪切力 P 42 610（-°60.4 0.7） 13815N0.1454結論：兩種方法計算結果基本一致，考慮到刃口磨鈍的影響，一般將計算的剪切力增大 所以剪切力P=18700 N剪切力矩計算15%20%,M=n （M+M）,Nm式中 M作用于刀軸上的扭矩，Nm;n 工作刀盤對數；M 1 一對刀盤剪切所需的扭矩；M=PDsin a， Nm;=8700=941 NmM2刀盤軸支承中的摩擦扭矩；M=Pdf, Nm;=18700=56 Nmd 軸承內徑，m; f 軸承摩擦系數;剪切力矩M =941+56=997 Nm剪切電機功率校核參考類似機組的數據，初步選定刀盤傳動變頻調速電機功率為 比i =。15kW轉速1500rpm，齒輪箱數傳動裝置輸出轉矩:M=9550X 15X 1500 = Nm剪切力矩 997 Nm傳動裝置的選擇是可靠的5.結束語此圓盤剪是推拉式酸洗線上的核心設備，其最突出的特點就是通過速度控制來實現動力剪和拉 剪工作狀態(tài)的轉變。有效