论文部分内容阅读
[摘要]介绍了回转式飞剪的结构、性能、工作机制与特点，针对车间加工、装配及现场使用出现的问题，提供了有效的改进方案。
[关键词] 回转式飞剪；特点；改进方案
中图分类号：TH455 文献标识码；A 文章编号：
1 概述
近代钢铁工业发达国家的轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。这是对钢材要求不断提高产品产量和质量、提高劳动生产率、降低原材料和能源消耗及产品成本的发展结果。因此在我国，对国有大型钢铁企业必须进行技术改造，增设现代化的钢材后部加工设备、自动化控制设备、自动检测设备、更新或增加必要的配套设备，使产品质量和品种以及自动化等方面赶上目前的世界水平。对大批中小型钢铁企业的轧钢设备将选择有条件的、典型的进行相应的技术改造以推动各企业技术水平和经济效益的提高。在轧钢生产的发展中，今后一个时期在适当建设现代化新企业、新装备的同时，大力进行原有设备的技术改造和更新挖潜是摆在轧钢工作者面前的一项重要任务。
2 飞剪的结构与性能
飞剪是轧钢车间的辅助机械设备，用来剪切钢坯。在连轧钢坯车间，它安放在轧制线的中间，将轧件切成定尺或切头切尾。根据对飞剪的基本要求与工作特点，一般由剪切机构、调节剪切长度机构、剪刃间隙调整机构与传动机构等组成。飞剪应该保证良好的剪切质量：定尺精确、切面整齐和较宽的定尺调节范围，同时还要有一定的剪切速度。在剪切过程中必需满足下述要求：
（1）剪刃的水平速度应该等于或稍大于坯料运行速度；
（2）两个剪刃应具有最佳的剪刃间隙；
（3）剪切过程中，剪刃最好作平面平移运动，即剪刃垂直于坯料的表面；
（4）飞剪要按一定工作机制工作，以保证定尺长度；
（5）飞剪的运动构件，其加速度和质量应力求最小，以减小惯性力和动负荷；
（6）剪切的轧件长度公差和断面质量要符合国标。
3 回转式飞剪的工作机制与特点
由于钢坯的头尾有缩孔和尾孔，形状也不规则，并有大量的废金属杂质，有的钢坯头部还有劈头和结疤，为了防止卡钢事故及保证成品有良好的头部和尾部，在粗中轧机后面设置飞剪，把轧件的头尾切去，以确保顺利进入预精轧机组。当预精轧机组发生故障时，该剪机还担负着将轧件碎断的任务，在此处碎断的废钢较短，且容易处理。
该飞剪采用回转型式，厚钢板焊接机架结构，用一台直流电机驱动，以齿轮机械传动的方式同步运转，剪刃臂上180°装有两对剪刃，一长一短，长剪刃用于切头、切尾，两对剪刃同时工作时，用于碎断。箱体内带有全套润滑管道，与润滑站供油系统连接，润滑油流量30升/分。剪机转辙器用于变换轧件切头尾和碎断的剪切位置，以结构件为主体，带导槽，由气缸驱动。将轧件的切头尾和碎断件通过焊接结构的溜槽收集至废料筐中。
切头切尾时，剪机启停工作制，事故碎断时，剪机连续工作制，可由主控台实行手动和自动两种控制（有紧急停车按钮）。为便于维护和检查，剪机可由主控台或机旁操作點控制，以爬行速度转动和停在任意位置。当剪刃变钝，就会引起附加剪切，增加电机负载，换刀后将剪刃座移动到剪切位置，由于下剪刃位于轧线垂直位置，调整下剪刃，与坯料相反方向消除齿侧间隙，测量两剪刃间的距离，调整垫片厚度，使剪刃有0.1mm～0.2mm的间隙、1mm的重叠量。剪切信号来源于剪机前方的热金属检测器，刀轴上安装的接近开关以显示剪刃的具体位置来达到控制电机正确的工作方式，剪机传动具有正、反向转动及爬行功能。剪机速度超前量10%（低速）～5%（高速），剪切速度与轧件速度自动匹配功能。在检修或检查设备期间，在剪机旁设有断电保护按钮。若润滑系统发出故障信号，系统压力太低或剪机供油压力下降，设置有报警/停车。剪刃起动位置不对，不允许电机工作，与轧线其它报警信号联锁。
4 回转式飞剪的改进方案
（1）剪机主传动轴侧轴承是通过轴承座上倾斜油孔与端盖油孔的正确对接，才能将引进的润滑油对其进行有效润滑。在实际制作过程中，倾斜油孔加工难度大，总是存在误差，导致与端盖的进油孔位置不易对正，从而轴承润滑效果不理想，时常有烧坏的情况发生。为此我们改进了设计，将端盖的进油孔φ14mm外圆加工一周宽度16mm、深度5mm的油槽，使得端盖润滑油孔始终能够接受到从轴承座的进油（见图1）。该方案已在辽宁营口项目中得到应用，轴承未出现润滑不良现象，使用效果好。
（2）按照原SMS西马克的设计要求，从动刀轴在装配斜齿轮时，采用φ182 mm（H7/j6）过渡配合，用双键来承受齿轮与轴间的剪切力。但是在钢厂长期使用过程中，剪机会出现打刀现象，严重时不能进行剪切，甚至配合的轴承也会损坏。经过对刀轴与齿轮的零件拆装分析，发现刀轴上的双键与齿轮上的键槽有间隙，出现了松动。为了保证剪机受到的切向力不至于超过极限，采取刀轴装配斜齿轮的地方，不只用双键配合，也将直径的公差配合提高到φ182mm（H7/s6）过盈配合（见图2）。经过设计改进，在辽宁营口项目中使用良好，未出现打刀等异常现象。
（3）压板与刀杆是楔形配合，在加工与装配过程中存在的累积误差，使得压板无法压紧刀片，现在将压板的宽度由55.7mm增加到61mm，角度不变，使得压板与刀杆的接触面积增大，从而起到应有的夹紧效果（见图3）。
（4）在调整剪刃的侧隙与重叠量时，刀杆里装的沉头螺栓可调整的余量不大，因此将刀杆里的扁头孔长度由37mm增加到42mm，使得在现场调整时要容易的多（见图3）。
（5）每次刀杆往刀轴上装配时，既要保证同轴，又要保证双键的位置，难度比较大，现将刀杆正面增加4个吊装孔M20，使得车间装配工人的劳动强度降低，也有利于装配精度（见图4）。
（6）将回转式飞剪中的油封采用广研所，轴承采用SKF调心滚子轴承，齿轮及齿轮轴采用20CrNi2MoA材质，齿面硬度达到HRC58～62。
5 结论
改进之后，由太重煤机冶金设计的回转式飞剪曲柄半径350mm，速比2.52，剪刃重叠量1mm，剪刃侧隙0.1mm～0.2mm，机械部分转动惯量13 kg·m2，能够剪切钢坯最大断面1963mm2（φ50），符合轧件2～7 m/s的速度、≥850℃的剪切温度，切头长度达到0～250 mm，碎断长度达到1100 mm。
由于回转式飞剪是在运动中进行剪切，因而它的结构、调整及控制比较复杂，对设计和制造的要求也更高。经过上述问题的解决，使得回转式飞剪提高了使用强度，延长了使用寿命，无论在车间加工及装配，还是在各家钢厂现场使用都有了比较大的改善。
作者简介：张志斌，男，1982年出生，2004年毕业于中北大学，工程师，030032，山西省太原市
[关键词] 回转式飞剪；特点；改进方案
中图分类号：TH455 文献标识码；A 文章编号：
1 概述
近代钢铁工业发达国家的轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。这是对钢材要求不断提高产品产量和质量、提高劳动生产率、降低原材料和能源消耗及产品成本的发展结果。因此在我国，对国有大型钢铁企业必须进行技术改造，增设现代化的钢材后部加工设备、自动化控制设备、自动检测设备、更新或增加必要的配套设备，使产品质量和品种以及自动化等方面赶上目前的世界水平。对大批中小型钢铁企业的轧钢设备将选择有条件的、典型的进行相应的技术改造以推动各企业技术水平和经济效益的提高。在轧钢生产的发展中，今后一个时期在适当建设现代化新企业、新装备的同时，大力进行原有设备的技术改造和更新挖潜是摆在轧钢工作者面前的一项重要任务。
2 飞剪的结构与性能
飞剪是轧钢车间的辅助机械设备，用来剪切钢坯。在连轧钢坯车间，它安放在轧制线的中间，将轧件切成定尺或切头切尾。根据对飞剪的基本要求与工作特点，一般由剪切机构、调节剪切长度机构、剪刃间隙调整机构与传动机构等组成。飞剪应该保证良好的剪切质量：定尺精确、切面整齐和较宽的定尺调节范围，同时还要有一定的剪切速度。在剪切过程中必需满足下述要求：
（1）剪刃的水平速度应该等于或稍大于坯料运行速度；
（2）两个剪刃应具有最佳的剪刃间隙；
（3）剪切过程中，剪刃最好作平面平移运动，即剪刃垂直于坯料的表面；
（4）飞剪要按一定工作机制工作，以保证定尺长度；
（5）飞剪的运动构件，其加速度和质量应力求最小，以减小惯性力和动负荷；
（6）剪切的轧件长度公差和断面质量要符合国标。
3 回转式飞剪的工作机制与特点
由于钢坯的头尾有缩孔和尾孔，形状也不规则，并有大量的废金属杂质，有的钢坯头部还有劈头和结疤，为了防止卡钢事故及保证成品有良好的头部和尾部，在粗中轧机后面设置飞剪，把轧件的头尾切去，以确保顺利进入预精轧机组。当预精轧机组发生故障时，该剪机还担负着将轧件碎断的任务，在此处碎断的废钢较短，且容易处理。
该飞剪采用回转型式，厚钢板焊接机架结构，用一台直流电机驱动，以齿轮机械传动的方式同步运转，剪刃臂上180°装有两对剪刃，一长一短，长剪刃用于切头、切尾，两对剪刃同时工作时，用于碎断。箱体内带有全套润滑管道，与润滑站供油系统连接，润滑油流量30升/分。剪机转辙器用于变换轧件切头尾和碎断的剪切位置，以结构件为主体，带导槽，由气缸驱动。将轧件的切头尾和碎断件通过焊接结构的溜槽收集至废料筐中。
切头切尾时，剪机启停工作制，事故碎断时，剪机连续工作制，可由主控台实行手动和自动两种控制（有紧急停车按钮）。为便于维护和检查，剪机可由主控台或机旁操作點控制，以爬行速度转动和停在任意位置。当剪刃变钝，就会引起附加剪切，增加电机负载，换刀后将剪刃座移动到剪切位置，由于下剪刃位于轧线垂直位置，调整下剪刃，与坯料相反方向消除齿侧间隙，测量两剪刃间的距离，调整垫片厚度，使剪刃有0.1mm～0.2mm的间隙、1mm的重叠量。剪切信号来源于剪机前方的热金属检测器，刀轴上安装的接近开关以显示剪刃的具体位置来达到控制电机正确的工作方式，剪机传动具有正、反向转动及爬行功能。剪机速度超前量10%（低速）～5%（高速），剪切速度与轧件速度自动匹配功能。在检修或检查设备期间，在剪机旁设有断电保护按钮。若润滑系统发出故障信号，系统压力太低或剪机供油压力下降，设置有报警/停车。剪刃起动位置不对，不允许电机工作，与轧线其它报警信号联锁。
4 回转式飞剪的改进方案
（1）剪机主传动轴侧轴承是通过轴承座上倾斜油孔与端盖油孔的正确对接，才能将引进的润滑油对其进行有效润滑。在实际制作过程中，倾斜油孔加工难度大，总是存在误差，导致与端盖的进油孔位置不易对正，从而轴承润滑效果不理想，时常有烧坏的情况发生。为此我们改进了设计，将端盖的进油孔φ14mm外圆加工一周宽度16mm、深度5mm的油槽，使得端盖润滑油孔始终能够接受到从轴承座的进油（见图1）。该方案已在辽宁营口项目中得到应用，轴承未出现润滑不良现象，使用效果好。
（2）按照原SMS西马克的设计要求，从动刀轴在装配斜齿轮时，采用φ182 mm（H7/j6）过渡配合，用双键来承受齿轮与轴间的剪切力。但是在钢厂长期使用过程中，剪机会出现打刀现象，严重时不能进行剪切，甚至配合的轴承也会损坏。经过对刀轴与齿轮的零件拆装分析，发现刀轴上的双键与齿轮上的键槽有间隙，出现了松动。为了保证剪机受到的切向力不至于超过极限，采取刀轴装配斜齿轮的地方，不只用双键配合，也将直径的公差配合提高到φ182mm（H7/s6）过盈配合（见图2）。经过设计改进，在辽宁营口项目中使用良好，未出现打刀等异常现象。
（3）压板与刀杆是楔形配合，在加工与装配过程中存在的累积误差，使得压板无法压紧刀片，现在将压板的宽度由55.7mm增加到61mm，角度不变，使得压板与刀杆的接触面积增大，从而起到应有的夹紧效果（见图3）。
（4）在调整剪刃的侧隙与重叠量时，刀杆里装的沉头螺栓可调整的余量不大，因此将刀杆里的扁头孔长度由37mm增加到42mm，使得在现场调整时要容易的多（见图3）。
（5）每次刀杆往刀轴上装配时，既要保证同轴，又要保证双键的位置，难度比较大，现将刀杆正面增加4个吊装孔M20，使得车间装配工人的劳动强度降低，也有利于装配精度（见图4）。
（6）将回转式飞剪中的油封采用广研所，轴承采用SKF调心滚子轴承，齿轮及齿轮轴采用20CrNi2MoA材质，齿面硬度达到HRC58～62。
5 结论
改进之后，由太重煤机冶金设计的回转式飞剪曲柄半径350mm，速比2.52，剪刃重叠量1mm，剪刃侧隙0.1mm～0.2mm，机械部分转动惯量13 kg·m2，能够剪切钢坯最大断面1963mm2（φ50），符合轧件2～7 m/s的速度、≥850℃的剪切温度，切头长度达到0～250 mm，碎断长度达到1100 mm。
由于回转式飞剪是在运动中进行剪切，因而它的结构、调整及控制比较复杂，对设计和制造的要求也更高。经过上述问题的解决，使得回转式飞剪提高了使用强度，延长了使用寿命，无论在车间加工及装配，还是在各家钢厂现场使用都有了比较大的改善。
作者简介：张志斌，男，1982年出生，2004年毕业于中北大学，工程师，030032，山西省太原市