冷轧滚筒式飞剪介绍及维护要点

王甲子

（宝钢湛江钢铁有限公司，上海 200941）

随着轧制连续化、高速化、自动化程度的高度发展，滚筒式飞剪已经成为连续轧制生产线上不可或缺的重要设备，主要用于热轧及冷轧机组定尺、切头、切尾、切取试样以及进行事故处理等，其中冷轧带钢滚筒飞剪，一般布置在卷取机之前，切断带钢，用于分卷[1]。作为酸轧联合连续生产线的关键设备，飞剪承担着在线剪切板带以便产品分卷卷取的任务。酸轧机组产值高达50万元/h，飞剪能否正常运行，直接决定着整条生产线的能力是否正常发挥。某钢厂1420酸轧机组在投产初期的1998年上半年，就频繁出现过飞剪不能正常剪断带钢现象，造成巨大的经济损失[2]。

因此,充分了解飞剪的结构及工作原理，总结其维护及检修经验，对维护生产正常运转，提高企业经济效益非常必要。

1 飞剪结构及工作原理分析

1.1 典型结构分析

冷轧滚筒式飞剪设备，国外主要以西马克公司及三菱日立技术为代表，国内则以西安重型机械研究所有限公司（以下简称西重所）技术较强。西重所首次自行设计研发可与国外技术媲美的滚筒式飞剪设备，并成功应用于宝钢2030轧机及梅山钢铁冷轧产线。

图1 飞剪结构简图

滚筒式飞剪，一般由飞剪本体、传动装置和设备润滑配管等3个部分组成，其机架与转毂合二为一，成为一个整体，不单设经常更换的成对转毂，结构简单，刚性大，剪切精度高。飞剪机械主体如图1所示，主要包括传动机构、剪切机构。飞剪传动机构，主要由电动机、减速箱以及安装在上下滚筒传动侧的同步传动齿轮组成。

飞剪工作时，由1台或2台变频控马达驱动2个滚筒[3]。飞剪的剪切机构由装有刀片的上下滚筒组成，通过相对转动，实现上下刀片剪刃错位对带钢的剪切。同时，鉴于同一机组生产带钢的厚度和强度也会发生变化，为了适应机组生产需要，飞剪剪切机构还具有侧间隙调节的装置，从而实现刀片间隙变化、提高剪切能力的功能。

1.2 飞剪工作原理

滚筒式飞剪剪切过程如图2所示，分为待机、剪切、减速、停止和复位等过程。

图2 滚筒式飞剪工作过程

工作过程中，刀片随上下滚筒由初始位置在马达驱动下进行加速转动，达到同步速度后进行剪切，剪切完成后进行减速阶段，最后复位抱闸，等待下一次剪切，工作过程频繁启动、加速、停止。

按照设计要求，刀片在剪切带钢时，要求随运动的带钢一起移动和转动，即刀片刃口需同时完成剪切和移动两个动作，且剪刃在带钢运动方向的瞬时分速度VH应该与带钢运动速度V相等或大于2%～3%。若速度过慢，容易发生堆钢损坏刀片的情况，一般

VH=（1.1～1.35）V 为宜[4]。

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飞剪剪切带钢过程从理论上可分为：刀片弹性压入金属阶段；刀片塑性压入金属阶段；金属塑性滑移阶段；金属内裂纹萌生阶段和扩展阶段；金属内裂纹失稳扩展和断裂阶段[5]，如图3所示。

图3 飞剪剪切原理

因此剪切时刃口不是垂直进入带钢，而是剪挤并举，较宜用于剪切相对较薄带钢。剪切厚带时，剪切力会急剧增加，剪切品质也不好。

2 冷轧飞剪应用概况

目前宝钢的国内冷轧机组最多，技术发展最全面。滚筒式飞剪广泛应用于轧机分卷剪切。飞剪技术覆盖了飞剪各主要供应商，见证了飞剪技术的发展，也具有不同形式飞剪的使用实绩，可以代表滚筒式飞剪在国内冷轧的应用概况。

滚筒式飞剪关键技术及特点，主要在于剪切机构的设计，即剪切刀刃形状。基于剪切原理出发设计，目前滚筒式飞剪剪切刀刃形状，主要分为两大类3种形式：即线接触直刃剪切（剪刃为直刃形）、逐点啮合斜刃剪切（剪刃为曲线形，包括圆弧剪刃及螺旋剪刃两种形式）。

2.1 线接触直刃剪切

以西马克早期及三菱日立的飞剪刀片剪刃为代表。该种形式上下刀片剪切时是线接触剪切模式，即上下刀刃同时与带钢剪切面接触剪切，这种飞剪主要在宝钢冷轧厂中主要应用于早期西马克机组（如1420轧机）及近期三菱日立机组（不锈钢轧机）。这种剪切方式必然要求飞剪的马达功率较大，宝钢1420轧机就曾频发飞剪马达过载跳电，而不锈钢轧机飞剪上下滚筒分别由两个变频马达单独驱动。

2.2 逐点啮合斜刃剪切

剪刃为曲线形式，分螺旋剪刃及圆弧剪刃。

综合考虑剪切原理及马达配置，上下刀片逐点啮合斜刃剪切所需剪切力，将比直刀刃线剪切力要大幅降低，所需的马达功率也可相对降低。因此，一般曲线剪刃滚筒式飞剪均用1台变频马达驱动。

该类飞剪以西马克后期及西重所自主研发的设备为代表，主要应用于宝钢1730、2030、梅钢等冷轧轧机机组。其中1730轧机机组飞剪，为西马克圆弧形剪刃飞剪，剪刃在旋转方向的剪切线上为圆弧形，其弯曲半径在20 m以上。剪切时从中间开始剪切带钢，然后对称的从两边依次进入咬合，切断带钢。而2030及梅钢冷轧，则为西重所自制的螺旋剪刃，飞剪刀片在滚筒旋转方向上的剪切线为螺旋线，西重所飞剪螺旋角优化设计为0.65°[6]，剪切时为斜刃从带钢一端咬合逐点切断带钢。但值得注意的是，由于带曲线剪刃刀片实际加工难度高，故设计时加工刀片均按普通直刀片加工，安装时利用专用夹具按照要求，将刀片弯曲成所要求的形状固定在滚筒上。与直刃刀片安装相比，曲线剪刃的安装要求更高。

3 飞剪检修维护要点

3.1 传动机构的检修维护

飞剪传动机构的点检维护，与其他设备维护项目类似，主要注意以下方面：

（1）齿轮箱及马达接手的连接螺栓紧固情况，需定时检查有无松动；

（2）齿轮齿面接触情况，是否有点蚀、磨损；

（3）齿轮箱及轴承的润滑情况。

3.2 剪切机构的检修维护

剪切机构的主体，就是刀片及间隙调节机构。飞剪剪切机构的刀片使用寿命及检修维护周期，一般以刀片的剪切次数衡量。飞剪刀片一般由数量不等的楔形块，分段将刀片紧固到滚筒或刀座上，因此楔形块、刀片与滚筒的安装精度，直接影响刀片的剪切间隙。刀片更换后间隙调节均匀，可使刀片剪刃整体受力及磨损均匀，大幅度提高刀片的剪切寿命，不会产生局部磨损过度，造成剪切不良。以宝钢1730酸轧西马克飞剪为例，刀片间隙调整好，使用寿命可达6～8个月，刀片间隙调整不好，寿命减少一半。

下面根据现场使用经验，阐述两类飞剪刀片更换及间隙调整的步骤及技术要点。

3.3 换刀准备

（1）刀片尺寸的复测及状态确认。飞剪刀片剪切次数均在1万～2万次之间，尺寸精度在0.01 mm左右，一旦刀片尺寸不符合要求，将改变刀片剪切间隙，直接影响刀片的使用寿命，造成计划外机组停机，影响生产节奏。因此对于上机刀片，必须严格复测刀片尺寸，主要是刀尖角度、刀片平行度、厚度及高度等，另要观察刀刃是否有损坏，如有轻微损坏，对刀片寿命也有很大影响；

（2）飞剪刀片更换，主要是保证间隙均匀一致，刀片必须均匀紧固。主要工具为：塞尺、力矩扳手、量块（圆弧剪刃调节用，其他剪刃不需要）、刀片工装、各种厚度的纸张（用于检验间隙均匀性）、铜棒。

3.4 换刀要点

（1）拆装刀片时，必须将飞剪间隙调至最大，再转动至合适位置拆装，防止转动过程中，上下刀片刃口干涉损坏；

（2）刀片拆装时，需对上下刀的楔形块进行标记区分，不能混用，安装时对应复位；

（3）新刀片上机前，必须对夹具或滚筒安装刀座进行清洁，防止留有异物，影响安装精度；

（4）在夹具或刀座上安装刀片时，严格用力矩扳手从中间向两边交替紧固紧固螺栓。严禁从一端或随意紧固楔形块螺栓，否则易造成刀片剪切间隙不均匀，这种情况在现场经常发生；

（5）螺栓紧固后，用铜棒对各楔形块反复敲打再紧固，反复几遍，保证各楔形块均紧固到位，并用塞尺测量刀片与刀座之间间隙，不能超过0.02 mm，不达标，则紧固相应间隙大处的小楔形块；

（6）对于圆弧剪刃刀片的安装，还需找准上下刀片刀座端部对齐位置，以保证上下刀片圆弧顶部对中。

3.5 间隙调整及要点

刀片间隙调整，是飞剪换刀最关健之处，需要仔细耐心。主要技术要点如下：

（1）手动调节间隙调节机构，将飞剪间隙放大到0.15 mm以上（以间隙指示刻度盘读数为准），防止碰刀；

（2）将较厚的纸放在滚筒整个宽度方向（建议用一般广告铜版纸，厚度约为0.15 mm），并旋转飞剪剪切，查看每张纸的剪切情况，如果局部没有剪断，则将该区域楔形块用铜棒加铁锤敲击，并用力矩扳手紧固。紧固后，再用同样厚度纸反复剪切、检验、紧固，直到宽度方向上所有的纸都能剪断；

（3）调小间隙，用相应厚度纸重复第二步，直至所有纸张剪断，保证间隙均匀；

（4）检验间隙合格后，调整到要求的间隙，并进行电气标定。

4 结束语

通过滚筒式飞剪的结构分析及工作原理分析，介绍了滚筒式飞剪在宝钢冷轧中的应用概况及技术特点。针对常用冷轧滚筒式飞剪的不同剪刃形式，进行了详细的阐述和总结，并结合现场实践经验，对飞剪检修维护中的技术要点做了介绍。该检修维护经验，在宝钢冷轧各条机组中得到了应用，大大缩短了飞剪的检修时间，提高了飞剪刀片更换的精度，延长了飞剪的周期使用寿命，产生了较大的经济效益，方法切实可行，也可对类似的飞剪检修维护，起一定的参考借鉴作用。

[1]鄂世伟，胡高举，王 宇.滚筒飞剪剪切力计算研究[J].重庆工学院学报，2007，21（7）：45-49.

[2]余基来，刘永丰.1420酸轧机组滚筒飞剪故障及改进措施[J].上海金属，2001，23（1）：36-38.

[3]王 嵘，谷开峰，周奇阳，等.酸轧机组机械设备[M].上海：宝钢冷轧厂设备管理室，2007.

[4]孙福杰，叶志海，李 武.20 t飞剪机传动原理及其使用情况分析[J].一重技术，2003，（4）：36-38.

[5]杨 伟.滚筒式飞剪力能参数计算及优化[D].重庆：重庆大学，2003.

[6]藏毅民，刘永丰，等.螺旋剪刃间隙自动调节滚筒式飞剪的设计计算[J].宝钢技术，2011，（6）：77-80.