曲柄摇杆飞剪剪切趴头原因分析

张小宇

（南京钢铁联合有限公司，江苏 南京 210035）

带钢厂中精轧连轧机组入口曲柄摇杆式飞剪投用于2009年9 月，该飞剪一开始投用即发现轧件切头后明显存在趴头现象，2010 年7 月对飞剪四连杆机构作进行了部分改进，趴头现象明显得到改观，但使用4 个多月后趴头现象又较为严重；其后至今又经历了多次维修。轧件趴头对连轧机组咬钢影响非常大，严重的趴头经常导致轧件无法咬入轧机，飞剪严重剪切不良即经常出现不能将头部切掉现象，保证飞剪处于良好状态对生产稳定起到了相当关键的作用。

1 飞剪曲柄摇杆机构及其技术参数

1.1 飞剪曲柄摇杆机构及其技术参数

飞剪曲柄摇杆机构及其技术参数见图1，飞剪刀头偏心距为80mm，刀片侧间隙为0.3mm，重合度为6mm。

2 飞剪使用状况、剪切趴头与维修

2.1 飞剪使用状况、剪切趴头

飞剪于2009 年9 月开始投用，一开始即存在一定的轧件切头后剪切趴头，使用3 个月后，剪切趴头状况极为明显、严重（图2）。

图1 飞剪曲柄摇杆机构简图

图2 轧件剪切头部后示意图

飞剪剪切切断中心线明显偏向轧件上部，例如，某个厚度为35mm 轧件剪切下的轧件头部（图3）。

图3 剪切下的轧件头部截面示意图

通过观察轧件切头后趴头严重时飞剪剪切过程，发现飞剪剪切时上下刀刃明显存在让刀状况，也即飞剪剪切时刀片侧间隙远大于静态侧间隙，约7 ～8mm。通过加大刀片重合度到10mm、刀片静态侧间隙减小到0.05mm，飞剪剪切趴头仍无太大改观。

2.2 飞剪剪切趴头原因分析

飞剪剪切趴头原因理论分析：飞剪上下刀片侧间隙在飞剪剪切时基本保持恒定或非常小的变化是飞剪最主要的技术参数，如果飞剪剪切时不能保证侧隙基本恒定而明显变大，则上下刀片切入轧件时必然深度不一致——上下刀片接触到轧件开始剪切时，由于上刀片在后侧压住轧件和轧件本身较大的长度产生的刚度，上下刀片侧隙变大对处于前侧的下刀片切入不产生影响，下刀片开始切入轧件进行剪切；而处于后侧的上刀片接触到轧件压住轧件头部后，上下刀片侧隙开始变大，由于剪切的轧件头部很短，在上下刀片侧间隙变大过程中，上刀片无法有效切入轧件，上刀片仅压住轧件头部并使轧件头部产生向下弯曲，当刀片侧间隙达到最大时，上下刀片将不会再继续让刀，而此时处于前侧的下刀片已切入轧件一定深度，随即上下刀片开始同时切入。轧件头部被切断时，切断中心线在轧件中层面上。轧件前端在飞剪剪切时由上下刀片碰到轧件时开始时的位置到剪切完成时向下移动了一定的距离的位置，使得轧件经飞剪剪切后必产生部分向下弯曲，即出现剪切趴头现象。上下刀片让刀程度的大小即刀片侧隙变化量直接决定轧件趴头程度。

按照此理论分析，如果飞剪上下刀片在剪切时虽然存在让刀状况，但只要是上下刀片同时切入就不存在趴头现象，如果轧件咬入飞剪后方的轧机或剪切下的头部很长时剪切，上刀片就应将和下刀片同时切入轧件，剪切后的轧件就应该不会产生趴头现象。为此，我们试着做了一下试验：当生产跑钢停车时，轧件在飞剪前有一定的长度、在飞剪后处于轧机中进行剪切，剪切后的轧件确实没有任何剪切趴头现象，切断中心线完全处于轧件中心层，这也说明分析剪切趴头原因是正确的。

2.3 影响飞剪剪切过程中刀片侧间隙变化的因素分析

曲柄摇杆机构中影响刀片侧间隙变化的主要是上下刀杆轴承、动销轴轴承和摇杆挂轴轴承。分别作图分析上刀杆轴承磨损0.5mm（图4）、动销轴轴承磨损0.5mm 和1mm 时上刀片让刀状况（见图5），可知上刀杆轴承磨损0.5mm 时上刀片让刀量为0.52mm,上动销轴轴承磨损0.5mm 和1mm 时上刀片让刀量分别为0.6mm 和1.14mm。同样可知，当摇杆挂轴轴承磨损0.5mm 时，将影响让刀量为0.6mm。

图4 上刀杆轴承磨损时上刀片让刀图

图5 动销轴轴承磨损时上刀片让刀图

飞剪齿轮箱上下输出轴刀头轴承磨损也会影响刀片让刀，另外，曲柄摇杆机构中偏心轴和摇杆挂轴等构件刚度也会对刀片让刀起到一定程度的影响。

飞剪原设计中曲柄摇杆机构全部采用定期手动油脂润滑，摇杆挂轴和动销轴处均采用ZQA l9-4 铜瓦，由于铜瓦间隙较大，所以飞剪投用后即有一定的剪切趴头；使用3个月后，因铜瓦的磨损使得配合间隙越来越大，也就造成剪切趴头越来越严重。后利用检修将飞剪拆除运回制造厂对摇杆挂轴和动销轴处作了将铜瓦改进为轴承22213CC/W33，摇杆挂轴安装轴承处由φ80 改为φ65，动销轴由φ80 改为φ65，维修后的飞剪剪切趴头状况明显好于飞剪刚开始投用时状态。经过一段时间使用后又出现了一定的剪切趴头状况，为了解决趴头现象，本次检修解体前先测量上下刀片静态侧间隙为0 时最大让刀量达8mm，并对上下刀杆、上下摇杆和摇杆挂轴、上下动销轴和上下输出轴易磨损进行测量和分析，发现影响让刀的主要原因是下输出轴刀头侧轴承和下刀杆刀头轴承磨损很大造成的，下输出轴刀头侧轴承主要是润滑系统油液金属颗粒较多且润滑系统过滤器维护严重不足所致，另外，此处箱体密封损坏也导致除鳞喷溅的细小氧化铁皮进入轴承处加剧了其磨损；下刀杆刀头轴承磨主要是由于油脂润滑效果差、通盖密封损坏除鳞喷溅的细小氧化铁皮进入所致。此次维修更换了下刀杆刀头轴承及密封件、下输出轴刀头侧轴承及密封件、上下摇杆处所有轴承及密封件、上下摇杆挂轴，堆焊并上镗床修复了上下摇杆。此次维修结束后，剪切趴头极其轻微甚至无趴头现象，此时刀片侧间隙为0.15mm，剪切时最大让刀量为4mm。

3 结语

曲柄摇杆飞剪剪切趴头的根本原因在于飞剪剪切过程中刀片出现让刀所致，而引起刀片让刀的主要因素四连杆机构转动副磨损，另外，转动支点的变形和杆件的刚度也会导致让刀现象的产生。减小转动副的磨损既要使用滚动轴承，又要保证滚动轴承的润滑和密封。