纵横剪机组圆盘剪剪切力的计算

王张华

（太重煤机有限公司，山西 太原030032）

圆盘剪是板材纵横剪生产线的主要设备之一，广泛用于剪切厚度小于20~35 mm的钢板及薄带钢。圆盘剪是利用其旋转的圆盘刀片连续、纵向剪切运动着的板材，将板材剪成符合规格的带材，或者将板材的边缘剪齐。当圆盘剪用来齐边时，通常在圆盘剪后还设置碎边机，将板边剪成段送到专门的溜槽中去，以便于回收。

1 圆盘剪的分类及结构

1.1 圆盘剪的分类

1.1.1 按用途分类

1）用于剪切板材侧边的切边圆盘剪。切边圆盘剪可用于板材横切机组及纵切机组。

2）用于宽板材分条的纵向圆盘剪。根据规格的需要，决定其结构是两对刀盘还是多对刀盘。

1.1.2 按剪刃传动方式分类

按照剪刃传动方式分类，可将剪刃分为主动剪和被动剪。主动剪是指剪刃有驱动装置，剪刃的驱动装置是由电机、减速机、万向轴等组成；被动剪则是指剪刃本身并无驱动装置，其剪切时的拉力靠后面的夹送辊或其他设备提供。

1.2 圆盘剪的结构

图1 为具有两对刀片的主动式圆盘剪的结构示意图。

图1 圆盘剪结构示意图

圆盘刀片7安装在机架5上，它是由电动机1通过齿轮减速箱2和万向联轴器3传动的；为了剪切不同宽度的钢板，左右两对刀片的间距通过刀盘移动装置4实现调整；刀片的重叠量是由手轮通过蜗轮传动机构6，使得装由上刀片轴的偏心套转动，从而实现调整。

2 圆盘剪的基本参数及剪切力的计算

圆盘剪的基本参数包括刀片直径D、刀片厚度δ、剪切力P、重叠量Δ、侧向间隙c和刀片楔角等，其中刀片直径D、刀片厚度δ和剪切力P是其主要参数。

2.1 圆盘剪刀片直径D的计算

圆盘剪刀片直径D可按下式计算：

式中：h为被剪切带钢厚度，mm；α0为允许咬入角（弧度），rad；Δ为刀片重叠量，mm。

如果允许咬入角的范围是8°~12°，即α0=0.14~0.19 rad时，圆盘刀片直径一般可采用D=（50~100）h。

2.2 刀片厚度δ的计算

刀片厚度δ可近似地采用δ=（0.006~0.100）D计算，其中D为圆盘剪刀片直径。圆盘刀片应具有良好的刚性，因此，其厚度δ不得低于15 mm，在实际使用中，若圆盘刀片的厚度虽低于15 mm，但还有研磨价值时，这时可把两个圆盘刀片串联起来，增加厚度，从而提高刀片的刚度，一把起支承作用，另一把起剪切作用。

2.3 剪切力的计算

剪切力计算的公式较多，目前设计中常采用下列几种公式：

2.3.1 柯洛辽夫公式

式中：K1为刀刃侧向间隙的影响系数，通常取K1=1.2~1.4；τ为被剪切带钢的剪切抗力，可由试验取得该数值，也可近似地取τ=（0.70~0.75）σb，σb为被剪带钢的强度极限，MPa（N/mm2）；S为被剪带钢的剪切面积，mm2。

图2 圆盘剪刀片剪切示意图

则式（2）可写成

圆盘剪的剪切过程如图2所示。刀片切入带钢一定深度以后，金属开始滑移，最后进行剪切。由图2可知，被剪带钢的实际剪切面积为梯形ABDE。

相对切入率为：

式中：z为刀片切入被剪带钢的深度，z=h-DE。

剪切面积ABDE为（参考图2）：

将上式S值代入（3），可得：

式中：α为剪刃的斜度；ε为相对切入率，ε=（1.2~1.6）δ5；H为带钢厚度，mm；σb为被剪带钢的强度极限，N/mm2；δ5为相对伸长率。

考虑到刀刃磨钝的影响，还需将计算所得的剪切力增加15%~20%。

由式（6）可知：剪切力P由相对切入率ε、被剪切带钢的强度极限σb及被剪切带钢厚度h决定。

2.3.2 诺沙里公式

圆盘剪的剪切力，还可按诺沙里公式进行计算。诺沙里公式为：

对于圆盘剪建议取ε=1.25δ5，系数取z1=1.4，则上式简化为：

诺沙里公式较为复杂，但其计算结果相对准确，被国内许多设计单位采用。柯洛辽夫公式可用于快捷、粗略核算剪切力，不推荐作为设计计算公式。

圆盘剪的刀片所受的侧向推力约为剪切力的5%左右。

3 结语

通过对圆盘剪参数的确定以及剪切力的计算，可有效避免设计的盲目性，为圆盘剪的结构及性能参数的设计提供理论依据。