毕业论文曲柄摇杆式剪切机的设计

毕业论文曲柄摇杆式剪切机的设计内容摘要：

成一次剪切，显然，定尺长度 L 取决与剪切循环的周期 T（两次剪切的间隔时间）即： 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 18 TL vB 式中 vB —— 带钢运行速度，米 /秒 T—— 剪切循环周期。 30 滑块式摆式飞剪 滑块式摆式定尺飞剪是一种定尺飞剪，用于剪切厚度在 毫米以下的热连轧带钢。 它的上刀刃坐近似椭圆形的往复摆动；下刃口作封闭曲线形往复摆动，同时在上刀架的滑槽内上下滑动，实现与带钢的同步剪切。 飞剪的剪机本体与送料矫正两部分自检采用机械传动联系，结构较为复杂。 滑块式摆式飞剪自五十年代问世以来，不断改进，日趋完善。 现代滑块式摆式飞剪，从结构上分为上摆式和下摆式两种。 上摆式的上刀架的摆动连杆处于主轴的上方；下摆式的上刀架摆动连杆处于主轴的下方。 两者的主要区别在于匀速机构不同。 不论是上摆式还是下摆式，上、下刀架均作往复摆动，所产生的惯性力按正弦函数变化，大小与剪切速度的平方成正比，从而使得这类飞剪的动力学特性变坏。 不仅有较大的振动和冲击，影响零部件的寿命和发生较大的噪音，而且限制了剪切速度的提高；降低了 精度。 剪切速度一般在 米 /秒左右，近来由于增加了惯性力平衡装置，剪切速度可以提高到 4 米 /秒，并使连杆的受力降低 90%、主轴的扭矩降低 75%。 增设惯性力平衡装置，本来是为了提高剪切速度，但是近来国内外即使在剪切速度不高的情况下也逐渐增设惯性力平衡装置，以期提高飞剪工作的平稳性 、改善其动力学特性和剪切精度。 40 曲柄摆式飞剪 惯性力大的固有特性，限制了摆式飞剪剪切速度的提高。 为了克服这一缺点改进了摆式飞剪，这种改进后的飞剪成为曲柄摆式飞剪或施罗曼飞剪。 这种飞剪具有生产率高、定尺范围广、剪切精度高、使用操作方便等优点。 是一种结构紧凑的新型带钢定尺飞剪。 曲柄摆式飞剪机构合理，电气控制系统较为完善，具有以下特点： 1） 在剪切过程中，上下剪刃保持平行；当带钢厚度变化时，剪刃侧向间隙也能方便地调节。 最小剪刃侧向间隙值为 毫米，最小剪切厚度为 毫米。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 19 2） 动平衡性能好。 剪切厚度为 ~ 毫米的带钢时，剪切速度为 120米 /分。 剪切速度可达 300 米 /秒；剪切最大厚度为 3 毫米、宽度为 1530 毫米带钢时，剪切速度为 120 米 /分。 剪切定尺长度的调节是无级的；定尺范围较宽，为~16 米。 定尺精度较好，其公差为长度的 ~%。 飞剪的回转零部件皆作等角速度运转，几乎没有惯性能量波动；匀速机构把最高剪切速度安排在曲柄长度最短时；上刀架的重心在曲柄和上刀架的绞销点上，曲柄回转时重心作等速圆周运动。 对于有角速度变化的杆件，采用最大惯性能量 的相位彼此错开等方法，降低惯性能量波动，使得飞剪具有良好的动平衡。 3） 采用数字控制的剪切长度误差自动校正系统和顺序控制的定尺长度自动调整系统等，具有较高的自动化水平，操作方便、简单。 这种曲柄摆式飞剪，目前已引进的有 D 型和 K 型。 D 型飞剪本体和夹送矫正装置共用一台直流可调速电动机驱动。 K 型飞剪可以将带钢剪成 500~16000 毫米内的任意定尺长度。 曲柄摆式飞剪的工作原理 图 16— 50 表示飞剪的工作原理，夹送矫正装置由直流电动机 10 驱动，将带钢 1 按照给定的速度经导板台传送带 6 传给剪切机构 12。 带钢运行速度即 为夹送矫正装置送进带钢的速度，剪切速度则取决与曲柄转速。 为了使剪切速度与带钢运行速度同步就必须对曲柄转速与夹送辊转速进行联锁控制。 曲柄转速由飞剪主电机轴上的脉冲发生器 22 测定，夹送辊转速由测量辊 3 上的脉冲 5 测定。 当夹送矫正装置送进带钢的速度与剪切速度出现微量不同步、剪切长度的实际值与给定值之间出现偏差时，剪切长度误差自动校正系统的数字控制装置；立即启动电液步进马达 8，进行功率放大，通过差动齿轮组 9 的调节改变夹送矫正装置送进带钢的速度。 直到剪切定尺长度误差被消除，使送进速度与剪切速度同步为止，从而实现长度误差 的自动校正。 由于设置了电液马达和差动齿轮组这种电气 — 机械 — 液压闭环转速伺服调节系统，在加，减速过程中在每次调整剪切长度给定值后，都能迅速的获得准确的剪切长度。 曲柄摆式飞剪字啊机组速度给定值（即夹送矫正装置送进带钢速度给定值）不变的情况下，基本定尺长度的调节是通过改变曲柄转速和曲柄长度的方式来实现的。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 20 飞剪的基本定尺长度为 500~1000 毫米。 相应的曲柄长度变化范围为 102~175毫米。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 21 为了扩大剪切长度范围，曲柄摆式飞剪的下刀架（摇臂）上设有机械偏心装置和液压偏心装置组成的空切机构。 通过 机械偏心和空切变速箱可以获得的定尺长度为基本定尺长度的 2 倍和 4 倍；机械偏心和液压偏心同时参与剪切，可以获得的定尺长度为基本定尺的 8 倍和 16 倍。 在剪切长度给定后，可以在停机而且剪刃处于剪切位置是，手动或自动地进行定尺的调整。 调整操作有三个方面，即调整曲柄长度；切换空切变速箱；投入或断开液压偏心装置。 整个调整过程由电子计算机进行控制，当旋转凸轮开关 K21和K （图 16— 50 中件号 17 和 15）分别给出上剪刃处于剪切位置和机械偏心在上死点位置的信号后，电子计算机根据给定的剪切长度给 出各种动作指令和调节参数，使曲柄摆式飞剪的机械系统、液压控制系统和电气控制系统协调地动作，自动调整曲柄长度。 第二章 设计方案的比较 剪 切 机的基本要求 飞剪机的特点是能横向剪切运动着的轧件，对它有三个基本要求： 1）剪刃在剪切轧件时要随着运动的轧件一起运动，即剪刃应该同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度 v 应与轧件运行速度 v0 相等或2%~3%，即 vv 0)~1(。 在剪切轧件时，剪刃在轧件运动方向的瞬时速度 v 如果小于轧件的运动速度 v0 ，则剪刃将阻碍轧件的运动，会使轧件弯曲，甚至产生轧件缠刀事故。 反之，如在剪切时剪刃在轧件运动方向的瞬时速度 v 比轧件运动速度 v0 大很多，则在轧件中将产生较大的拉应力，这会影响轧件的剪切质量和增加飞剪机的冲击负荷； 2）根据产品品种规格的不同和用户的要求，在同一台飞剪机上应能 剪切多种规格的定尺长度，并使长度公差与剪切断面质量符合国家有关规定； 3）能满足轧机或机组生产率的要求。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 22 各种 剪 切 机设计方案的比较 目前应用较广泛的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式飞剪机等。 近十几年来，采用计算机可编程序控制等新技术的飞剪机得到了一定地发展。 1）滚筒式飞剪机 滚筒式飞剪机是一种应用很广的飞剪机。 它装设在连轧机组或横切机组上，用来剪切厚度小于 12mm的钢板或小型型钢。 这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度可达 45mm。 滚筒式飞剪 机的刀片作简单的圆周运动，顾可剪切运动速度可达 15m/s 以上的轧件。 图 91 是滚筒式飞剪机机构示意图。 刀片 1 装在滚筒 2 上（图 91）。 滚筒 2旋转时，刀片 1 作圆周运动。 用于切头切尾的滚筒式飞剪机，在滚筒上往往装有两把刀片，分别用来切头和切尾。 飞剪采用启动工作制。 用于切定尺的滚筒式飞剪。 一般采用连续工作制。 滚筒式飞剪机的刀片作圆周运动，上下刀片切入轧件时，在垂直方向不平行，剪后轧件头部不平整，故以剪切直径小于 mm30 的圆钢或相应的方坯，以及薄板带为宜。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 23 2）曲柄回转杠杆式飞剪机 用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯时，为了保证剪后轧件剪切断面的平整，往往采用刀片作平移运动的飞剪机。 曲柄回转杠杆式（也称曲柄连杆式）飞剪机就是此类飞剪的一种。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 24 图 93 是曲柄连杆式飞剪机结构图。 刀架 1 作成杠杆形状，其一端固定在曲柄轴 2 端部，另一端与摆杆 3 相连。 当曲柄轴 2（即曲轴）转动时，刀架 1 作平移运动，固定在刀架上的刀片能垂直或近似地垂直轧件。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 25 由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。 在剪切板带时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。 这种飞剪 机的缺点是结构复杂，剪切机构动力特性不好，轧件的运动速度不能太快。 用于小型型钢厂的曲柄连杆式飞剪机，轧件速度小于 5m/s，剪切的轧件厚度为 30~70mm。 应该指出，在现代化的连续式小型型钢厂中，由于产品的范围为mm50~10  ，轧件速度变化范围也达 2~3m/s。 因此，单独使用上述的回转式或曲柄连杆式飞剪机都不能满足生产要求，而同时设置两台飞剪机的投资也较大。 为此，出现了一种曲柄 回转联合式飞剪机如下图。 当剪切断面较大而速度较低时，飞剪机为曲柄连杆式。 当剪切断面较小而速度较高 时，将连杆 5 从刀架上卸下后，与摆杆 4 一起固定在飞剪机箱体 3 上，此时，就是一台回转式飞剪机。 这种飞架机转换形式迅速方便，能适应轧件速度范围和剪切范围有较大变化的场合。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 26 3） 曲柄偏心式飞剪机 这类飞剪机的刀片作平移运动，其结构简图如图 95所昂比曲 柄轴 9（ BCD）铰接在偏心轴 12 的镗孔中，并有一定的偏心距 e。 双臂曲柄轴还通过连杆 6（ AB）与导架 10 相铰接。 当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之一起旋转。 刀片 15 固定在刀架 8 上，刀架的另一端与摆杆 7 铰接，摆杆则铰接在机架上。 通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使 刀片在剪切区作近似于平移的运动，以获得平整的剪切断面。 通过改变偏心轴与双臂曲轴（也可以说是导架）的角速度比值，可改变刀片轨迹半径调整轧件的定尺长度。 这类飞剪机装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 27 4）摆式飞剪机图 96 是 IHI（日本石川岛播磨重工业公司）摆式飞剪机结构简图，用来剪切厚度小于。 刀片在剪切区作近似于平移的运动，剪切质量较好。 上刀架 1 在“点 2”与主曲柄轴 8 相铰接。 下刀架 2 通过套式连杆 外偏心套 内偏心套 5 与主曲柄轴 8 相连。 下刀架 2 可在上刀架 1 的滑槽中 滑动。 上下刀架与主曲柄轴连接处的偏心距为 e1 ，偏心位置相差 180。 当徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 28 主曲柄轴 8 转动时，上下刀架作相对运动，完成剪切动作。 在主曲柄轴 8 上，还有一个偏心 e2。 此偏心通过连杆 12 与摇杆 10 的轴头11 相连，而摇杆 9 则通过连杆 3 在“点 1”与上刀架相连。 因此，当主曲柄轴 8转动时，通过连杆 1摇杆 9 和连杆 3 使上下刀架作往复摆动。 由于上刀架能上下运动外还可以进行摆动，故能剪切运动中的轧件。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 29 5）曲柄摇杆式飞剪机 这种飞剪机也成为施罗曼飞剪机，用来剪切冷轧板带。 由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于 5m/s 的速度下工作。 图 97为曲柄摇杆式飞剪机结构简图。 上刀架 1（连杆）通过偏心轴 6 与下刀架 2（摇杆）相铰接。 下刀架 2 在曲柄 3 与上刀架 1 的带动下，以偏心轴 4（机械偏心）偏心套 5（液压偏心）为中心作往复摆动。 当改变偏心轴 4 与偏心套 5 的偏心位置时，可得到不同的空切次数。 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 30 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 31 方案的确定 本设计采用： 由于剪切棒材直径较大，速度较快，采用连续工作制，选取曲柄连杆飞剪机。 具 体机构如下： 徐州工业职业技术学院 毕业设计论文 32 第 3 章 剪切力和电动机功率计算 剪切力的计算 根据飞剪刀片形状不同，其剪切力可按平行刀片剪断机或斜刀片剪断机的计算公式来计算。 但是当飞剪直接装在轧机后工作而又没有匀速机构时，在剪切时，刀片水平速度 xV 可能超过板柸送进速度 0V ，则在板柸中将产生拉应力，此拉应力亦作用在飞剪的刀片上。 这个拉应力不允许超过轧件在剪切温度下的弹性极限e。 根据胡克定律，轧件中的拉应力应为 σ = ll E≤ e 剪切时的刀片咬入角： cosα = R hR )1(  式中 R——刀片回转半径， R=235mm h——棒材的直径， h=98mm ∴ cosα = α =  刀片的圆周速度： 式中 E—— 弹性模量，轧件在终轧温度为950℃ 时， E≈ 4500∽ 5500 公斤 /。 图： 飞剪的剪切过程 综上计算，由于 ll  100%1%，故可不考虑拉。