中宽带冷轧机飞剪的设计与结构分析

陈育明

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司设计研究院，四川618000)



中宽带冷轧机飞剪的设计与结构分析

陈育明

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司设计研究院，四川618000)

摘要：以某850 mm冷轧机飞剪设计为例，着重对主电机参数的选择、飞剪结构、剪刃侧间隙调节等方面进行介绍。

关键词：中宽带冷轧机；滚筒式飞剪；设计

以某850 mm中宽带冷轧机滚筒式飞剪设计为例，着重对飞箭主电机参数的选择、飞剪结构、剪刃侧间隙调节等方面进行介绍。

该850 mm冷连轧机组飞剪剪切的带钢材质为不锈钢，带钢厚度为0.5 mm～2.0 mm，带钢宽度≤730 mm，剪切能力Rm≤1 100 MPa(厚度2 mm)，剪切速度≤100 m/min。

根据以上工艺参数和飞剪剪切条件，决定采用结构简单的平行直刃滚筒式飞剪，剪刃旋转直径为521 mm。

1　主电机参数的选择

1.1　剪切力矩的计算

式中，P为最大剪切力；D为剪刃旋转直径，D=0.521m；α为最大剪切力时的刀片位置角度。

对于平行直刃滚筒式飞剪，剪切力的计算公式是[1]，

式中，系数1.6考虑了系统的功率、刀钝、摩擦的损失等因素的影响而附加了60%的增能量；b为剪切带钢宽度，b=730 mm；h为剪切带钢厚度，h=2 mm；τ为剪切强度，不锈钢带钢τ=0.79Rm，Rm=1 100 MPa。

可得P=1 015 kN

最大剪切力发生在刀片相对切入深度ε=30%时，此时刀片角度位置为：

式中，R是刀片回转半径，R=521/2=260.5 mm。可得

则由公式(1)可得

1.2　主电机参数的选择

飞剪剪切时的电机功率：

式中，n为电机工作转速；i为减速比，i=7.1；λ为电机过载倍数，λ=2。

当带钢速度v=100 m/min时，下滚筒转速为：

式中，剪切时要求剪切速度高于带钢速度，超前系数k限制在5%以内。

电机工作转速：n=i n2=457 r/min

则由公式(3)可得

根据以上计算结果，选择一台功率150 kW、额定转速480 r/min、过载倍数为2的直流电机。

2　滚筒式飞剪的结构设计

滚筒式飞剪由飞剪本体和主传动装置组成。飞剪本体由机架、上下转鼓、同步齿轮、剪刃侧间隙调节装置等组成，飞剪主传动装置由主电机、减速机、联轴器和制动器组成。飞剪结构见图1。

1—主电机　2—减速机　3—同步齿轮　4—机架　5—上转鼓

2.1　机架与转鼓

机架分为传动侧和操作侧，为焊接钢结构，分为上、中、下三部分。通过4个预应力螺柱和螺母以及横梁将传动侧和操作侧的机架联接在一起，并通过螺栓把合在底座上，形成一个刚性整体。

上、下转鼓为偏心15 mm的扁圆柱形，通过支撑轴承安装在机架内。轴承选用双列圆柱滚子轴承，其特点是外圈固定，内圈能轴向移动。

在上、下转鼓上各装有一个剪刃，剪刃采用的是平行直剪刃，通过螺钉压紧楔形块，利用楔形块的工作斜面，将剪刃固定在转鼓刀槽内。如图2所示。更换剪刃时是将上、下转鼓旋转至水平位置，取出压紧螺钉，利用专用的换刀工具取出压紧楔形块，刀片更换后再依次通过螺钉压紧相应的楔形块固定剪刀。

2.2　同步齿轮

同步齿轮为斜齿圆柱齿轮，通过花键联接安装在上、下转鼓的传动侧。为保证传动精度，上转鼓齿轮采用主副齿轮结构，通过上转鼓内置的弹性转轴使副齿轮相对主齿轮方向反向转动一个角度，利用弹性转轴的回弹力来消除上、下齿轮副间隙，见图3所示。主齿轮用于剪切传动，副齿轮用于转鼓反向空载转动，这样就形成无齿侧间隙啮合[2]。由于采用了斜齿轮，为平衡剪切过程产生的轴向力，在上、下转鼓的操作侧还各设置了一套推力轴承。

2.3　剪刃侧间隙调节装置

剪刃侧间隙调节装置由齿轮马达、蜗轮蜗杆机构、调节套、弹簧以及同步齿轮机构等组成。飞剪的上、下转鼓通过斜齿轮( 螺旋角β=7.5°) 来传动。当一个齿轮作轴向移动时，与之相啮合的

1—上转鼓　2—聚氨酯板　3—剪刃

1—主动齿轮　2—从动主齿轮　3—从动副齿轮

另一个斜齿轮就会发生微量的角位移，从而相对于另一个转鼓旋转一个很小的角度，这就改变了剪刃间隙。当需要调节剪刃侧间隙时，由齿轮马达通过蜗轮蜗杆机构驱动调节套小幅旋转，由于调节套固定在上转鼓轴上，带动上转鼓作轴向移动，这就达到了上、下刀片侧间隙调节的目的，并使用一套弹簧来平衡轴向力以锁定剪刃的侧间隙。

设计该套蜗杆蜗轮机构的速比为1/52，调节套螺旋导程为6 mm/r，齿轮马达驱动蜗杆每转动1圈的剪刃侧间隙调整量S计算结果为：

这样，既可以通过在齿轮马达驱动的蜗杆另一端安装编码器来计算剪刃侧间隙，也可以通过表针刻度盘显示当前剪刃侧间隙。

2.4　主传动装置

电机通过联轴器、减速机驱动飞剪下转鼓转动，通过同步齿轮实现上、下剪刃同步剪切。减速机选用公称速比为7.1的标准圆柱齿轮减速机。在主电机输出轴的联轴器处设有两个钳盘式气动制动器，作用是安全平稳地启动和制动飞剪。

2.5　润滑

飞剪减速机以及同步齿轮、轴承、蜗轮蜗杆机构均采用集中稀油循环润滑。

3　使用效果

该滚筒式飞剪在现场调试生产中实现了在不停机张力状态下对带钢进行分卷剪切，剪切的效果比较好。由于对飞剪主电机、上下转鼓、同步齿轮、机架等重新进行设计和计算，使飞剪重量大幅减轻，比同类滚筒式飞剪造价低，满足了冷轧生产线和用户对飞剪的要求。

参考文献

[1]俞洪杰，马立峰，等.滚筒式飞剪机的剪切性能理论分析及有限元模拟[J]．重型机械，2012(4)：46-50．

[2]邹家祥．轧钢机械(修订版)[M]．北京：冶金工业出版社，1989．

编辑杜敏

Design and Structural Analysis of Drum Shears for Medium

and Wide Strip Cold Rolling Mill

Chen Yuming

Abstract：Taking shears design of a certain 850 mm cold rolling mill as example, parameter selection of main motor and configuration for shears as well as shear blade clearance adjustment device have been described.

Key words：cold rolling mill of medium and wide strip; drum shears; design

收稿日期：2014—09—30

中图分类号：：TG333.2+1

文献标志码：B