高速连轧生产线飞剪机的设计

高速连轧生产线飞剪机的设计

根据切割段的不同，飞剪机也有多种切割类型，适用于不同的场合。应用较广泛的飞剪形式有圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、双臂杆式飞剪及曲柄连杆式飞剪等。目前国内用于高标准、高质量剪切的飞剪机大多是从国外引进的。飞剪机按照其运动形式大致有两类,一类是“连续-起停式”飞剪;另一类是“起停式”飞剪。本文着重探讨的飞剪机即为后一种形式。随着建筑业的发展,对冷轧螺纹钢的需求越来越大,尤其是对直径ϕ12mm的冷轧螺纹钢市场需求非常大。螺纹钢的生产是连续进行的,经过轧机轧制出来的螺纹钢一般需要在线进行定尺剪断,且切断速度、切断精度要求越来越高,尤其对切断速度的要求很高,一般需要适应生产线轧制速度2～14m/s的要求。而国内仍然有部分生产企业采用国产的齿轮、齿条传动模式的液压冲剪机设备,虽然在定尺精度上能够保证要求,但生产效率极低,一般正常生产速度为1～1.5m/s,根本适应不了超过2m/s以上的轧制速度,故此很难做到甚至根本无法满足连轧生产线上钢板、螺纹钢、钢管、型材高速生产的需要。FJJ12飞剪机的应用使得这种状况有了一定的缓解,并且在一些企业中及时得到了应用,收到很好的效果。1同步追踪剪切机构设计FJJ12飞剪机属于起停式飞剪,是高速冷轧螺纹钢生产线上的关键设备,目前国产轧机对ϕ12mm冷轧螺纹钢的速度要求一般为2～8m/s,飞剪机的同步跟踪剪切速度能满足轧机冷轧螺纹钢速度(2～8m/s)即可。因此,在飞剪机设计中要能够兼顾速度、精度和切口质量。如图1所示,FJJ12飞剪机由4个主要部分构成。分别为曲柄滑块运动小车机构1、下箱体2、曲柄连杆剪切机构3、上箱体4。运动机构主要有2个,飞剪机的动作是由这2个运动机构的合成运动完成的:同步追踪主运动是由曲柄滑块运动小车机构1执行;带动上剪刀由上至下剪断钢筋的剪切运动是由曲柄连杆剪切机构3完成。1.1曲柄滑块机构FJJ12飞剪机的曲柄滑块运动小车机构见图1和图2。该机构的作用是在轧制方向上实现同步追踪主运动。由于生产线轧制速度很高,一般都在2～8m/s,采用齿轮、齿条传动的直线追踪机构根本无法实现,因而本机采用的机械结构为偏置曲柄滑块机构,利用机构的急回运动特性来提高生产率,实现高速追踪工作。在适应轧制速度的基础上,保证曲柄转动1周某个角度范围内,整机完成一次切割动作。在选择动力上采用交流伺服电动机,主要是利用其响应时间短、反应速度快,能够适应高速追踪运动,且惯量低、定位准确,切割精度高的特点。工作中交流伺服电动机通过减速机增大扭矩,将动力传给曲柄2,带动其做圆周转动,通过连杆3带动主运动小车5(滑块)在直线导轨副4上往复运动。下剪刀7固定在主运动小车5上,上剪刀8固定在联动小车9上,通过4个导柱6将安装上剪刀8的滑移联动小车9与主运动小车5连在一体,保证在运动过程中,沿水平方向上、下剪刀的速度始终保持绝对同步一致。直线导轨副4安装在下箱体11上。1.2过连杆机构摆动在曲柄滑块运动小车机构完成追踪、同步任务后,最终需要剪切机构带动刀具落下将螺纹钢剪断。FJJ12飞剪机的剪切机构是由曲柄摇杆机构、平行四连杆机构以及联动小车机构组合完成的,它的机构构成简图如图3所示。动力带动曲柄1沿逆时针转动,经过连杆2带动摇杆3即平行四连杆机构摆动,联动小车4可在安装直线导轨副的连杆5上往复运动,由于摇杆3的摆动使得安装上剪刀的联动小车4获得在垂直方向即Y方向上下往复运动,这样上剪刀既可以与滑块6即主运动小车沿X轴完成追踪、同步动作,同时又可以沿Y轴做切入、退刀动作,当滑块6运动至与轧制方向相同时完成落刀,将螺纹钢剪断。追踪螺纹钢轧制速度,保证在轧制方向上与其速度同步,即上、下剪刀的X向速度与螺纹钢轧制速度同步,是由曲柄滑块机构的滑块6水平速度vX保证。此时,当上剪刀入切瞬间,电控系统提供的曲柄摇杆机构在节点A处的水平速度分量vAX必须与滑块6和联动小车4的vX相等,即vAX=vX,才能保证在切断螺纹钢瞬间,连杆5与联动小车4相对静止,从而减轻对曲柄滑块运动小车机构的冲击破坏。2剪切机的工作原理和切割过程2.1曲柄滑块机构的切割如图4所示,工作中,当冷轧机组按照一定速度连续轧制螺纹钢时,安装在轧辊同轴的测量装置检测生产线出料速度和长度,此时飞剪机停在原位等待。当达到所要求的轧制螺纹钢的剪断定长后,测量装置向控制器发出信号,控制器同时向2台伺服电动机发信,其中一台带动曲柄滑块机构完成追踪、同步过程,另一台则通过曲柄连杆带动四连杆机构,通过固有的急回特性,完成入切、切断、快速退刀过程。2台电动机驱动的2个运动机构的合成运动就完成对轧制螺纹钢的切割过程。FJJ12飞剪机属于偏置曲柄滑块机构与曲柄连杆机构的合成结构形式。2个机构的同步运动必须使得上、下剪刀在一个很小的范围内完成切割动作。也就是说,本机构切断形式属于相对定点切割。根据运动规律分析,滑块运行速度轨迹是一个封闭的曲线。即在其与轧制方向相同的工作行程中,有一个最大速度点。对于偏置的曲柄滑块机构,滑块的最大速度出现在曲柄与连杆相互垂直处。如图5所示,由于FJJ12飞剪机每次切割点选在滑块工作行程的速度最大点处,而曲柄滑块机构滑块的速度是不断变化的,因此需要产生一个很小的同步区间(图中阴影部分),在此区间让滑块速度接近匀速,即保证速度vX有一定的同步宽度,以便让剪切机构能够完成入切、剪断、切出的工作过程。因此需要采用电气控制系统调整的措施,进行速度补偿。其原理就是压弧补弦,将速度曲线轨迹中虚线的AB弧变成实线的AB弦,使得最大速度点降低,产生阴影范围的速度同步宽度区。压弧补弦的速度补偿措施只在滑块工作行程速度极值处采取电气控制补偿,且补偿曲柄所转角度范围根据生产线的轧制速度不同进行自动调整。2.2切割操作过程FJJ12飞剪机由于是起停式飞剪,其整个剪切工作过程可用框图6表示。1跟踪当从飞剪启动时到上下剪刀同时到达切割点时,滑块水平分速度从vX=0逐渐到达与生产线轧件速度v0相同vX=v0。2线速度水平分量vx当上剪刀做切入-切出动作时,此过程此时理论上vX应始终满足vX=v0,但由于实践中存在细微误差,因此其线速度水平分量vX等于或略大于轧件速度v[3‚4]00[3‚4],即:vX=(1～1.03)v0(1)3中断当上剪刀出切后,滑块与螺纹钢之间无相对速度要求,滑块速度vX以适当的加速度从vX=v0逐渐变为v0=0。43典型机械原理在fjj12飞剪机中的应用1)通过对FJJ12飞剪机的构成和结构分析,得出由曲柄滑块与曲柄连杆机构配合完成切割动作时,小车的同步跟踪主运动是由曲柄滑块机构控制,而曲柄连杆机构只负责定点切割动作。2)飞剪机每次切割点选在滑块工作行程的速度最大点处,需要电控系统进行速度补偿产生一个速度同步宽度区,即在滑块速度曲线上通过压弧补弦措施,以保证切断过程中速度同步。3)实际工作中,只