【正文】 design of the crank rocker flying shear 班級 機電 111 學生姓名 朱正亞 學號 1162207146 指導教師 李曉娟 職稱 教師 導師單位 機械教研室 論文提交日期 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 II 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 課題名稱 曲柄搖桿式 剪 切 機 的設(shè)計 課題性質(zhì) 產(chǎn)品設(shè)計類 班 級 機電 111 學生姓名 朱正亞 學 號 162207146 指導教師 李曉娟 導師職稱 講 師 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 III 摘要 本 剪 切機為曲柄搖桿式 剪 切 級 ，其特點是將刀架作成杠桿形狀，將其一端固定在曲柄軸的端部，另一端固定在擺桿上，使得曲柄軸轉(zhuǎn)動時，刀架能夠作平移運動，則令固定在刀架上的刀片能夠作垂直或近似的垂直于軋件的運動，從而使得剪切斷面能夠比較平整。 本次設(shè)計主要考慮到近現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，帶鋼的軋制速度逐漸提高，產(chǎn)品的尺寸精度要求日趨嚴格，對材料的剪切斷面的平整度的要求越來越高等因素，在本次設(shè)計中對剪切力、剪切力矩、電動機的工作功率進行了計算，并根據(jù)此選取了符合工作要求的電動機。通過選材以及計算，使得設(shè)計的各零件的確定符合國家標準，使該次設(shè)計的飛剪機完全符合這次的設(shè)計要求，工作安全可靠。隨著汽車的制造、食品罐頭、容器包裝、精密儀器、房屋建設(shè)、機械制造和船舶工業(yè)的迅速發(fā)展以及家用電器和各種日常生活的需求量成倍增長，對冷軋帶鋼的需求量也迅速增加。以及外貿(mào)出口對冷軋帶鋼急劇增加的需要，是重型機械制造和鋼鐵生產(chǎn)部門面臨的一項重要而又十分緊迫的任務(wù)。它通常裝設(shè)在連續(xù)式軋機的作業(yè)線上，亦可裝設(shè)在獨立的橫切機組、連續(xù)鍍鋅和電鍍錫等作業(yè)線上。在生產(chǎn)中使用的飛剪，其類型是很多的。切頭飛剪又有曲柄式和滾筒式兩種；定尺飛剪又有滾筒式、滑座式、擺式和曲柄式等幾種。 隨著現(xiàn)代連續(xù)式帶鋼軋機軋制速度的提高（熱軋速度達到 30 米 /秒以上；冷軋速度超過 40 米 /秒），飛剪的剪切速度也在提高。國內(nèi)幾臺比 較先進的飛剪的結(jié)構(gòu)特點和主要性能見表 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 7 滾筒式飛剪應(yīng)用比較廣泛，剪刃作簡單的圓周運動，可以剪切運行速度較高的帶鋼。 為了剪切厚度較大的帶材，保證剪切斷口的平整，往往采用剪刃作平面平移運動的曲柄式飛剪。 帶鋼連軋車間近來多采用擺式飛剪，剪刃作平面平移運動，剪切斷口質(zhì)量好。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 8 滑塊擺式飛剪通過改變曲柄轉(zhuǎn)速及刀架擺副調(diào)整尺寸，由于定尺調(diào)節(jié)方便，曾廣泛地用于定尺剪切。下擺式飛剪的慣性力很大，大型飛剪不宜采用下擺式。迄今其剪切速度仍未超過 米 /秒。 近年來擺式飛剪在結(jié)構(gòu)上有了重大改進。 剪切 機的工藝要求 飛剪的工藝要求 ： 1） 能把運動著的軋件竊取形狀不規(guī)則的頭、尾和剪成規(guī)定的長度，并且長度尺寸公差與剪切斷面質(zhì)量符合國家有關(guān)規(guī)定。 3） 能滿足軋機和機組生產(chǎn)率的要求。 當在剪切定尺寸長度的軋件時，刀刃的瞬時速度如果小于軋件的運動速度，則刀刃將阻礙軋件的運動，就會使軋件產(chǎn)生彎曲，甚至軋件頂在刀刃上而產(chǎn)生軋件纏刀事故。這樣，一方面會影響軋件的剪切質(zhì)量，另一方面會增加飛剪的沖擊負荷，或者使軋件在送料輥道上打滑而損傷軋件的表面。設(shè)計飛剪時，設(shè)備機構(gòu)和電機型式，應(yīng)力求減少轉(zhuǎn)動慣量，以便于快速起動飛剪和把剪刃準確制動到規(guī)定的位置?？梢院喕w剪的機械結(jié)構(gòu)、提高剪切機組的產(chǎn)量、改善剪切質(zhì)量。因此，在切頭和定尺剪切時 vx 應(yīng)等于或略大于 vB ，而在切尾時要求 vx 略小于 vB ； 3） 剪切時，飛剪上下剪刃宜作平面平移運動，上下剪刃垂直或近似垂直與帶材表面，并保持適當?shù)膫?cè)隙和重合度； 4） 飛剪應(yīng)能按規(guī)定剪得定尺長度的板材，或定長的切頭； 5） 定尺飛剪剪得帶鋼的斷口應(yīng)當平直且垂直于帶材的軸線，長度公差應(yīng)符合要求；切頭飛剪剪切后帶鋼的頭部或尾部的形狀應(yīng)有利于下一工序餓咬入； 6） 從飛剪的結(jié)構(gòu)上應(yīng)減少往復運動構(gòu)件，降低運動構(gòu)件的質(zhì)量和加速度，從而減少慣性力和動載荷。為了在連續(xù)軋制不停機的情況下能夠進行分卷還設(shè)有快速導向裝置。 為了滿足剪切多種定尺的要求，必須設(shè)置空切機構(gòu)。 為了保證剪切瞬時剪切速度的水平分量與帶鋼運行速度的同步，應(yīng)設(shè)置勻速機構(gòu)，或稱同步機構(gòu)。 夾送矯正機構(gòu)設(shè)置在軋機與飛剪之間與飛剪組成一體，可以保證帶鋼順利地進入飛剪、測定帶鋼運行速度，在冷軋機組中還兼有維持張力恒定的作用。 剪切長度的調(diào)整方式 根據(jù)工藝要求，飛剪要將軋件剪切成規(guī)定長度；對于定尺飛剪，還要能剪切多種定尺長度。 將軋件送往飛剪 2 進行剪切（見圖 10— 51），通常是用專門的送料輥 1，或利用軋機最后一架的軋輥進 行的。當 v0 為常數(shù)時，剪切長度 L 與相鄰的兩次剪切間隔時間 t 成函數(shù)關(guān)系。由公式可知，只要改變相鄰兩次剪切間隔時間t 便可得到不同的剪切長度。 起動工作制飛剪的調(diào)長方式 起動工作制飛剪用于剪切軋件的頭、尾和剪切長度較長而速度較小的軋件。這時軋件的定尺長度按下式確定： tvL jgL 0?? 式中 Lg—— 光電管與飛剪之間的距離； tj—— 飛剪由起動到剪切的時間。為了使軋件被剪下部分的末端不妨礙光電管或機械開關(guān)在下次剪切時再次發(fā)生作用，必須使軋件切下的部分與剩余部分之間保證有一定的間隙，一般用增加剪后輥道的速度來保證次間隙逐漸增大而達到的。而速度高和轉(zhuǎn)動慣量大的飛剪通常在一轉(zhuǎn)內(nèi)來不及完成上述工作制的要求，即在剪切位置時，刀片速度能加速到軋件速度而在剪切后停止到原始位置上。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 13 圖 10— 53a 表示飛剪開動后，刀片由原始位置 1 開始起動，達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以后，刀片在位置 2 進行剪切， 剪切完了進行制動，刀片停在位置 3，然后反向起動，刀片進入位置 4，轉(zhuǎn)入爬行速度，在制動器的配合下，刀片準確地制動于位置 1，以準備下一次剪切。 軋件速度較低和轉(zhuǎn)動慣量較小的飛剪，可采用圖 10— 53b 所示的簡單工作制線路運動。簡單起動工作制中的原始位置 1 很重要，它既要滿足起動條件，又要滿足制動要求。 若以 K 表示每剪切一次刀片的轉(zhuǎn)數(shù)，則此時剪切軋件定尺長度可表示為 ),1(6000 KnfKnKL vv ??? 式中 n—— 刀片每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（或飛剪轉(zhuǎn)速）； K—— 在相鄰兩次剪切時間內(nèi)刀片的轉(zhuǎn)數(shù)，即所謂空切系數(shù)。換言之，此時的剪切長度可采用兩種方法來調(diào)節(jié)，即改變刀片的轉(zhuǎn)速 n與改變每剪切一次刀片的轉(zhuǎn)數(shù)。 改變刀片轉(zhuǎn)速 n來調(diào)節(jié)剪切長度改變刀片轉(zhuǎn)速 n 的方法有兩種： 其一是直接改變刀片的轉(zhuǎn)速，使刀片轉(zhuǎn)速在 n=（ 1~2） n0 范圍內(nèi)變化，則相應(yīng)的定尺長度的可能調(diào)節(jié)范圍為： KL L 0)~1(? 或 KLL )~1(0? 上述公式的范圍可用上圖的 OA 與 OC 線表示。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 15 其二是采用勻速機構(gòu)（亦稱同步機構(gòu)）。 切頭飛剪 ： 高速熱連軋帶鋼粗扎和精軋機組之間大多設(shè)置一臺切頭飛剪，剪切精軋帶坯頭部和尾部的低溫及不規(guī)則部分，有利于帶鋼精軋咬入，減少帶坯對軋輥的沖擊，防止軋制過程中的卡剛事故 切頭飛剪按結(jié)構(gòu)分為曲柄式切頭飛剪、滾筒式切頭飛剪及擺式切頭飛剪。其次，曲柄式切頭飛剪的使用也較多。迄今剪切帶鋼的滾筒式定尺飛徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 17 剪的最高剪切速度已達 305 米 /秒。這樣，剪切過程不是純剪切，還附加有擠壓作用，從而導致了水平力，使剪刃的磨損加快。 20 滑座式飛剪 滑座式飛剪又稱模式飛剪，是滑座往復移動的下切式飛剪。但它經(jīng)常是作為飛剪進行連續(xù)式剪切的。 滑座式飛剪的滑座（上、下忍車）與帶鋼保持同步，下剪刃隨滑座平移、同時上移完成對鋼的剪切。在每循環(huán)內(nèi)，帶鋼與剪刃和滑座之間必須保證嚴格的相互協(xié)調(diào)的運動關(guān)系。同時，搖床上升運行剪切后下降復位； 7） 上下剪刃恢復最大開口狀態(tài)，滑座減速停車。 30 滑塊式擺式飛剪 滑塊式擺式定尺飛剪是一種定尺飛剪，用于剪切厚度在 毫米以下的熱連軋帶鋼。飛剪的剪機本體與送料矯正兩部分自檢采用機械傳動聯(lián)系，結(jié)構(gòu)較為復雜?，F(xiàn)代滑塊式擺式飛剪，從結(jié)構(gòu)上分為上擺式和下擺式兩種。兩者的主要區(qū)別在于勻速機構(gòu)不同。不僅有較大的振動和沖擊，影響零部件的壽命和發(fā)生較大的噪音，而且限制了剪切速度的提高；降低了 精度。 增設(shè)慣性力平衡裝置，本來是為了提高剪切速度，但是近來國內(nèi)外即使在剪切速度不高的情況下也逐漸增設(shè)慣性力平衡裝置，以期提高飛剪工作的平穩(wěn)性 、改善其動力學特性和剪切精度。為了克服這一缺點改進了擺式飛剪，這種改進后的飛剪成為曲柄擺式飛剪或施羅曼飛剪。是一種結(jié)構(gòu)緊湊的新型帶鋼定尺飛剪。最小剪刃側(cè)向間隙值為 毫米，最小剪切厚度為 毫米。剪切厚度為 ~ 毫米的帶鋼時，剪切速度為 120米 /分。剪切定尺長度的調(diào)節(jié)是無級的；定尺范圍較寬，為~16 米。飛剪的回轉(zhuǎn)零部件皆作等角速度運轉(zhuǎn)，幾乎沒有慣性能量波動；勻速機構(gòu)把最高剪切速度安排在曲柄長度最短時；上刀架的重心在曲柄和上刀架的絞銷點上，曲柄回轉(zhuǎn)時重心作等速圓周運動。 3） 采用數(shù)字控制的剪切長度誤差自動校正系統(tǒng)和順序控制的定尺長度自動調(diào)整系統(tǒng)等，具有較高的自動化水平，操作方便、簡單。 D 型飛剪本體和夾送矯正裝置共用一臺直流可調(diào)速電動機驅(qū)動。 曲柄擺式飛剪的工作原理 圖 16— 50 表示飛剪的工作原理，夾送矯正裝置由直流電動機 10 驅(qū)動，將帶鋼 1 按照給定的速度經(jīng)導板臺傳送帶 6 傳給剪切機構(gòu) 12。為了使剪切速度與帶鋼運行速度同步就必須對曲柄轉(zhuǎn)速與夾送輥轉(zhuǎn)速進行聯(lián)鎖控制。當夾送矯正裝置送進帶鋼的速度與剪切速度出現(xiàn)微量不同步、剪切長度的實際值與給定值之間出現(xiàn)偏差時，剪切長度誤差自動校正系統(tǒng)的數(shù)字控制裝置；立即啟動電液步進馬達 8，進行功率放大，通過差動齒輪組 9 的調(diào)節(jié)改變夾送矯正裝置送進帶鋼的速度。由于設(shè)置了電液馬達和差動齒輪組這種電氣 — 機械 — 液壓閉環(huán)轉(zhuǎn)速伺服調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在加，減速過程中在每次調(diào)整剪切長度給定值后，都能迅速的獲得準確的剪切長度。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 20 飛剪的基本定尺長度為 500~1000 毫米。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 21 為了擴大剪切長度范圍，曲柄擺式飛剪的下刀架（搖臂）上設(shè)有機械偏心裝置和液壓偏心裝置組成的空切機構(gòu)。在剪切長度給定后，可以在停機而且剪刃處于剪切位置是，手動或自動地進行定尺的調(diào)整。整個調(diào)整過程由電子計算機進行控制，當旋轉(zhuǎn)凸輪開關(guān) K21和K （圖 16— 50 中件號 17 和 15）分別給出上剪刃處于剪切位置和機械偏心在上死點位置的信號后，電子計算機根據(jù)給定的剪切長度給 出各種動作指令和調(diào)節(jié)參數(shù)，使曲柄擺式飛剪的機械系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)地動作，自動調(diào)整曲柄長度。 在剪切軋件時，剪刃在軋件運動方向的瞬時速度 v 如果小于軋件的運動速度 v0 ，則剪刃將阻礙軋件的運動，會使軋件彎曲，甚至產(chǎn)生軋件纏刀事故。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 22 各種 剪 切 機設(shè)計方案的比較 目前應(yīng)用較廣泛的飛剪機有，滾筒式飛剪機、曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪機、曲柄偏心式飛剪機、擺式飛剪機和曲柄搖桿式飛剪機等。 1）滾筒式飛剪機 滾筒式飛剪機是一種應(yīng)用很廣的飛剪機。這種飛剪機作為切頭飛剪機時，其剪切厚度可達 45mm。 圖 91 是滾筒式飛剪機機構(gòu)示意圖。滾筒 2旋轉(zhuǎn)時，刀片 1 作圓周運動。飛剪采用啟動工作制。一般采用連續(xù)工作制。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 23 2）曲柄回轉(zhuǎn)杠桿式飛剪機 用飛剪機剪切厚度較大的板帶或鋼坯時，為了保證剪后軋件剪切斷面的平整，往往采用刀片作平移運動的飛剪機。 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計論文 24 圖 93 是曲柄連桿式飛剪機結(jié)構(gòu)圖。當曲柄軸 2（即曲軸）轉(zhuǎn)動時，刀架 1 作平移運動，固定在刀架上的刀片能垂直或近似地垂直軋件。在剪切板帶時，可以采用斜刀刃，以便減少剪切力。用于小型型鋼廠的曲柄連桿式飛剪機，軋件速度小于 5m/s，剪切的軋件厚度為 30~70mm。因此，單獨使用上述的回轉(zhuǎn)式或曲柄連桿式飛剪機都不能滿足生產(chǎn)要求，而同時設(shè)置兩臺飛剪機的投資也較