高速線材生產(chǎn)線飛剪機(jī)設(shè)計(jì)

針對(duì)部分高速線材飛剪機(jī)，在切頭切尾以及事故碎斷功能切換時(shí)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)更換，本文介紹了一種新型飛剪機(jī)。該飛剪機(jī)為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)。飛剪本體為四軸式雙支承硬齒面圓柱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，上下刀架均采用120度布置的三刀體結(jié)構(gòu)，有效地提高了剪切效率;同時(shí)為保證精度，便于安裝，刀架與剪軸之間采用錐度過盈配合。出口導(dǎo)槽增加擺臂裝置，有效地防止了堆鋼、卡鋼現(xiàn)象。與傳統(tǒng)飛剪機(jī)相比，該飛剪機(jī)集切頭，切尾和碎斷功能于一體，在軋件高速運(yùn)行的情況下，可實(shí)現(xiàn)大斷面高強(qiáng)度剪切。

1、前言

飛剪是高速線材生產(chǎn)線中不可缺少的設(shè)備，主要負(fù)責(zé)切頭、切尾和事故碎斷。它在提高軋機(jī)咬入效率，減少軋輥受到的沖擊，防止軋制過程中的廢鋼事故中都起到?jīng)Q定性作用，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和成材率。因此飛剪應(yīng)保證良好的剪切質(zhì)量，即精確、切面整齊和較寬的尺寸調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)還要有一定的剪切速度。隨著連續(xù)式軋機(jī)的發(fā)展，飛剪機(jī)得到越來越廣泛地應(yīng)用，其中曲柄連桿式飛剪和回轉(zhuǎn)式飛剪是棒線材生產(chǎn)線上最常見的設(shè)備。曲柄連桿式飛剪剪切時(shí)的剪刃與軋件垂直，無附加的擠壓力，具有較高剪切質(zhì)量，但回轉(zhuǎn)半徑小，適合剪切斷面大速度低的軋件。回轉(zhuǎn)式飛剪剪切時(shí)與軋件不垂直，對(duì)軋件有一個(gè)附加擠壓力，適合剪切斷面小速度高的軋件。

由于特鋼高速線材生產(chǎn)線對(duì)飛剪機(jī)有剪切能力強(qiáng)，剪切端面大，剪切速度高等要求，國內(nèi)線材生產(chǎn)線3#飛剪一般采用曲柄連桿式飛剪，或采取曲柄回轉(zhuǎn)－組合式飛剪。

然而曲柄連桿式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合在低速下運(yùn)行，不能滿足在高速下剪切的要求。而曲柄回轉(zhuǎn)－組合式飛剪，剪機(jī)形式來回轉(zhuǎn)換較為麻煩。

為了滿足生產(chǎn)工藝要求，需要設(shè)計(jì)一種新型的回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)，與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)不同，該飛剪機(jī)采用三刀體結(jié)構(gòu)型式，入口導(dǎo)槽設(shè)有剪前轉(zhuǎn)折器，出口導(dǎo)槽采用一種新型的拍打裝置，可有效地截住所切頭尾的鋼頭，保證其順利落入料筐，消除堆鋼、卡鋼現(xiàn)象。該回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)集切頭、切尾和碎斷于一體，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)、高效，而且剪切速度高，剪切斷面大，剪切強(qiáng)度高。

2、飛剪機(jī)設(shè)備組成3#新型回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)由入口導(dǎo)槽、剪機(jī)本體、出口導(dǎo)槽、溜槽裝置以及料箱等部分組成。2.1、入口導(dǎo)槽入口導(dǎo)槽位于飛剪機(jī)入口側(cè)，用于對(duì)軋件進(jìn)行導(dǎo)向。入口導(dǎo)槽由擺動(dòng)導(dǎo)管，導(dǎo)管支座，支架，緩沖器，限位架和氣缸等部分組成，如圖1所示。入口導(dǎo)槽的擺動(dòng)導(dǎo)管由氣缸驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)管圍繞固定鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。擺動(dòng)導(dǎo)管的另一側(cè)裝有緩沖器，一方面用于限定導(dǎo)管擺動(dòng)范圍，另一方面緩沖器內(nèi)置彈簧可以在導(dǎo)管與緩沖器發(fā)生碰撞時(shí)起到緩沖作用，減少?zèng)_擊，從而起到保護(hù)作用。限位架用于在事故時(shí)保護(hù)導(dǎo)管免受損害，限位范圍略大于導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)的行程，不影響導(dǎo)管正常擺動(dòng)，從而對(duì)鉸接點(diǎn)處部件起到保護(hù)作用。當(dāng)飛剪進(jìn)行切頭、切尾作業(yè)時(shí)，入口導(dǎo)槽處于水平位置，如圖1中所示的“a”位置，此時(shí)軋件通過導(dǎo)槽進(jìn)入飛剪機(jī)，僅有一個(gè)位置的剪刀對(duì)軋件進(jìn)行切頭、切尾作業(yè)，其他兩對(duì)剪刀由于剪刃寬度窄的關(guān)系，并不對(duì)軋件進(jìn)行剪切。當(dāng)飛剪進(jìn)行事故碎斷作業(yè)時(shí)，入口導(dǎo)槽在氣缸作用下擺動(dòng)到如圖1中“b”所示位置，此時(shí)軋件通過入口導(dǎo)槽進(jìn)入飛剪刀架，刀架上三個(gè)位置的剪刀均對(duì)軋件進(jìn)行碎斷作業(yè)。

2.2

、剪機(jī)本體2.2.1、

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)剪機(jī)本體為四軸式雙支承硬齒面圓柱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，輸入軸齒輪與下剪軸齒輪為一級(jí)減速傳動(dòng)，輸入軸齒輪與上剪軸齒輪為二級(jí)減速傳動(dòng)，上下剪軸齒輪同步。為了結(jié)構(gòu)緊湊，剪機(jī)四根軸的中心不在一條線上，輸入齒輪軸與輸出軸的中心線偏離了一個(gè)距離。本體由剪切機(jī)構(gòu)、齒輪、飛輪裝配和離合器操作手柄裝配等組成。低速大截面剪切時(shí)使用飛輪，通過離合器操作。剪機(jī)本體的箱體由上箱體，中箱體以及下箱體三部分組成，采用焊接結(jié)構(gòu)，方便安裝和拆卸。為了縮短碎斷長度，上下刀架均采用120度布置三刀結(jié)構(gòu)，三副刀片剪刃側(cè)間隙均為0.3－0.4mm，重合度為2.5±0.5mm，刀片材料:

4Cr5WMoVSi，切頭用一對(duì)寬刀，碎斷用一對(duì)寬刀和兩對(duì)窄刀，三副刀片均有防打刀副刀刃。切頭尾和碎斷通過入口導(dǎo)槽實(shí)現(xiàn)飛剪機(jī)功能的轉(zhuǎn)換。由于刀體為間隔120°的三刀片結(jié)構(gòu)型式，考慮到飛剪對(duì)齒輪間隙和對(duì)刀的精度要求極高，為了方便裝配，保證精度，刀架與主軸之間采用錐度過盈配合聯(lián)接，如圖3

所示。2.2.2、

技術(shù)性能參數(shù)剪切鋼種:冷鐓鋼、彈簧鋼、軸承鋼、合結(jié)鋼、碳結(jié)鋼、易切削鋼剪切溫度:

≥780℃、最大剪切斷面:

1440mm2最大剪切力:

300kN最大剪切速度:

14m/s剪切精度:

±50mm電機(jī)功率:

430kW(AC)2.3、出口導(dǎo)槽出口導(dǎo)槽裝置位于飛剪機(jī)出口側(cè)后方，用于剪后的軋件導(dǎo)向。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，飛剪切頭時(shí)，鋼頭在慣性作用下會(huì)以微大于軋件的速度向前飛行，當(dāng)剪切長度過短，切除的廢料運(yùn)行速度過快，或者控制部分設(shè)置不合理時(shí)，鋼頭往往不會(huì)按照預(yù)設(shè)軌跡落入溜槽裝置中，而是隨著軋件繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，從而飛入導(dǎo)槽，堵住軋件運(yùn)行的軋制通道，產(chǎn)生卡鋼、堆鋼事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。新設(shè)計(jì)導(dǎo)槽裝置，增加了料頭拍打部分，用于將切掉的頭部及尾部廢料拍打進(jìn)溜槽內(nèi)。如圖4所示，該出口導(dǎo)槽裝置由傳動(dòng)裝配、連桿裝配、導(dǎo)槽裝配、擺臂、伺服電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器以及制動(dòng)器等部分組成。設(shè)備運(yùn)行過程中，飛剪機(jī)切掉的廢料將從左邊飛入導(dǎo)槽本體。當(dāng)料頭行進(jìn)到一定距離時(shí)，

PLC給伺服電機(jī)發(fā)送啟動(dòng)指令，伺服電機(jī)通過減速機(jī)、聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸通過連桿裝配帶動(dòng)擺臂繞擺臂軸擺動(dòng)。擺臂運(yùn)動(dòng)過程的位置示意圖，如圖5所示。在切頭時(shí)，當(dāng)電機(jī)收到啟動(dòng)指令后，擺臂在電機(jī)帶動(dòng)下由位置“a’”加速運(yùn)動(dòng)到位置“b”，此時(shí)擺臂到達(dá)最高位;擺臂由最高位繼續(xù)加速運(yùn)動(dòng)至“a”位置;開始截住切除的頭部廢料。然后擺臂繼續(xù)勻速向下運(yùn)動(dòng)至位置“c”，從位置“a”到位置“c”所用的時(shí)間必須小于軋件到達(dá)擺臂前端所花費(fèi)的時(shí)間，這是為了確保擺臂尖端低于軋制中心線，保證軋件無障礙地通過。最終擺臂慢慢減速至最低位“d”停止運(yùn)動(dòng)，并等待下次動(dòng)作。在切尾時(shí)，擺臂停在“d”位置，等待指令。當(dāng)伺服電機(jī)接收到切尾啟動(dòng)指令后，擺臂將在電機(jī)帶動(dòng)下加速運(yùn)行至“c”位置。接下來，電機(jī)帶動(dòng)擺臂以恒定速度向上運(yùn)動(dòng)至位置“a”。保證將尾部廢料截住。當(dāng)前軋件的尾端通過擺臂以后，擺臂最終?；亍癮’”位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次作業(yè)。如此往復(fù)，將頭部與尾部廢料準(zhǔn)確拍打進(jìn)溜槽裝置，并收集進(jìn)料箱內(nèi)。

3

、飛剪機(jī)技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)預(yù)精軋之前的3#飛剪相比，該新型飛剪機(jī)具有以下特點(diǎn):

(1)軋件速度可達(dá)到

12m/s，剪切斷面最大Φ43mm，實(shí)現(xiàn)了高速大斷面剪切。(2)采用回轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)，集切頭、切尾以及事故碎斷于一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(3)入口導(dǎo)槽設(shè)置有剪前轉(zhuǎn)折器，可實(shí)現(xiàn)切頭切尾功能與碎斷功能的轉(zhuǎn)換。(4)刀架與主軸采用錐度過盈配合，減少了安裝難度，提高了對(duì)刀的準(zhǔn)確性。

(5)刀架采用三組刀體均布的形式，僅有一組切頭切尾，三組均參與碎斷，提高了工作效率，縮短碎斷長度。(6)出口導(dǎo)槽增加拍打裝置，可及時(shí)將切除的廢料拍打進(jìn)溜槽中，有效地消除了生產(chǎn)線運(yùn)行過程中卡鋼、堆鋼的現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效率。(7)料頭拍打裝置采用