浮动式液压剪的结构特点及参数计算

胡佳楠

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)

在铝加工车间轧制线及其辅助作业线上，经常采用液压剪对板带材进行头、尾部剪切或分切。浮动液压剪具有开口度大、结构简单、性能可靠、安装维护方便、重量轻、成本低等特点，因此浮动式液压剪在铝带热轧生产线上得到了广泛应用。

下面以我院为某铝加工厂设计的热轧机组中的浮动式重型液压剪为例，浅析浮动液压剪的结构特点和主要参数的设计计算。

1 浮动液压剪的结构组成及特点

该浮动液压剪(如图1)主要由上刀架、下刀架、剪刃、下横梁、张力柱、滑套、同步机构、侧支座、板带压紧装置、液压缸等组成。上、下剪刃分别安装于上、下刀架上;下刀架和下横梁由液压缸连接;通过张力柱、锁紧螺母等将上刀架和下横梁连接一体，构成封闭的框架结构，张力柱可在滑套中上下滑动。

浮动液压剪动作过程:液压剪共有四个动作。液压缸活塞杆缩回，整个液压剪的重量由下缓冲器9支撑;剪切时进油，活塞杆伸出，下横梁—上刀架随活塞缸缸体向下滑动，遇到上缓冲器5停止，上剪刃位置固定于此;活塞缸继续进油，上刀刃停止动作，活塞杆推动下刀架向上滑动，直至活塞杆全部伸出，完成剪切;剪切结束后，活塞缸控制进油，上刀架随活塞缸缸体向上滑动，直至活塞缸的活塞杆全部缩回。至此，完成一次剪切过程。

该浮动液压剪有以下特点:

(1)上、下刀架都浮动

上、下刀架都移动是本液压剪最大特点，剪切时，上刀架向下移动后固定，下刀架再向上移动完成剪切。因此开口度比较大，能使带材翘头严重也不影响带材通过，而且可以配置在机组中间，在正常轧制时，不会影响轧件通过。

(2)斜剪刃设计

为了消除被切断面的撕裂现象和减少剪切负荷，通常上剪刃或下剪刃有一定的倾斜角度α。倾角不能太小或太大，倾角较小时，在被剪带材断面容易出现撕裂现象，影响剪切效果;倾角较大时，受板材与剪刃间摩擦条件的限制，带材从刀口滑出，不能进行剪切; α通常用1°30'～6°，该项目中下剪刃水平布置，上剪刃与水平面成4°夹角。

(3)高承载力的齿轮—齿条同步机构

同步机构是使两个液压缸动作能同步移动。虽然两个油缸的结构和尺寸完全一样，但密封件的摩擦力和漏损、支持件的摩擦力、以及管路阀件的总合阻力等都不同，以致两油缸出、入口的压力不同，使活塞的移动速度亦有差异，因此同步装置必不可少。机械同步装置多采用齿轮—齿条机构或连杆同步机构。两种同步机构各有优缺点:①连杆同步机构同步精度高，抗偏载能力好，但是占用空间大;②该液压剪最大剪切厚度达到100mm，因此本设计采用齿轮—齿条式结构;齿轮轴安装于下刀架上，张力柱上加工有齿条;③齿轮—齿条式能承载较大负荷，并且占用空间较小，但是对齿轮、齿条加工精度要求较高。对剪切力要求较大的剪子通常配备此种同步结构。

⑷空气弹簧压板装置

在液压剪工作时，板带材会被下剪刃抬离辊道一段距离，设置压板装置可防止带材翘头，使剪切顺利进行。

图1 浮动液压剪结构图

⑸高强度张力柱。高强度的导向张力柱由上实心圆柱头、下实心圆柱头、空心圆柱套管3部分组成，通过空心圆柱套管的两端分别将上、下实心圆柱头连接成一体(如图2)。

图2 张力柱简图

根据材料力学抗弯强度理论，等截面的空心圆柱杆件抗弯截面模量高于同等截面的实心圆柱杆件，这说明要达到同等抗弯截面模量的要求，空心圆柱杆件的重量要低于实心圆柱杆件。

⑹碟璜缓冲装置

碟形弹簧有刚度大，缓冲吸振能力强，能以较小变形承受较大载荷的特点。该浮动液压剪在侧支座上顶部和底部均布置缓冲器，在上、下刀架下降遇到挡块时缓冲器起到缓冲左右，减少对设备冲击，延长设备使用寿命。

2 主要参数的确定

(1)剪刃尺寸

剪刃尺寸包括剪刃长度l，剪刃断面高度h'及宽度b'。这些尺寸可以根据被剪板带最大断面尺寸来选取。

剪刃长度可按下述经验公式确定:

式中l——剪刃长度，mm;

bmax——被 剪 带 材 横 断 面 最 大 宽 度，bmax=1500mm;

计算所得l=1500+300=1800mm。

剪刃断面高度及宽度可按下述经验公式确定:

式中h'——剪刃断面高度，mm;

h——被剪切件最大断面高度，h=100mm;

b'——剪刃断面宽度，mm。

计算所得h'=1.5×100=150mm;

式中F——剪切力N;

K——考虑到剪刃磨钝、剪刃侧隙等所取系数1.2～1.3，取F=1.3;

h——被剪切件最大断面高度，h=100mm;

ɑ——剪刃倾斜角，ɑ=4°;

σb——被剪切带材的强度极限MPa，本案复合铝在300℃下的σb=29MPa;

δ——被剪切带材的延伸率，本案复合铝在300℃下的δ=70%;

计算所得F=2265000N取F=2300000N

(3)液压缸

剪切宽幅带材的液压剪一般布置两个液压缸，无杆腔的直径可由下式计算:

(2)剪切力

斜剪刃的剪切力可由以下经验公式计算:

式中d——液压缸无杆腔直径，mm;

F——剪切力，F=2300000N;

G——下刀架、横梁等的重量，G=45500;

ρ——液压系统压力，ρ=19MPa;

η——考虑液压传动损失系数，取η=0.85。计算所得d=304.068mm，取d=320mm。

3 结束语

该浮动液压剪结构合理、开口度大、剪切能力大，制造成本低，自投产以来运行平稳性好，维护方便，经济效益显著。

［1］邹家祥.轧钢机械［M］.北京:冶金工业出版社，2000

［2］成大先.机械设计手册.第四版.第三卷.北京:化学工业出版社，2002

［3］肖亚庆.铝加工技术使用手册.第一版.上册.北京:冶金工业出版社，2005