飞剪机剪切机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 内容摘要： . 1 关键词： . 1 . 1 . 4 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 . 8 . 8 . 11 . 13 . 14 . 15 . 18 . 20 结论 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 内容摘要 ： 本设计介绍了 棒材 飞剪机 的功能要求 及其剪切机构 的 性能参数 。 着重设计了飞剪机的剪切机构 。设计 根据加工原材要求 主要设计飞剪机本体的剪切机构 。 棒材飞剪机是现代轧钢生产线上的咽喉设备，它负责钢材的切头 、 切尾及定尺剪切。所以对飞剪机的设计研究具有十分重大的意义。 本次设计由我们小组五个人共同完成一台飞剪机的设计。飞剪机的种类众多，根据加工要求选择合适的飞剪机类型十分重要， 我们经过收集、学习有关飞剪机的资料进行分工合 作，每人选择一个机构进行设计。我在本 次设计中设计飞剪机的剪切机构 ， 其主要功能是对轧件进行切头 、 去尾 、事故碎断 或将轧件剪切成定尺长度 ， 功能的实现靠剪切机构为四连杆机构中曲柄摇杆式 进行。 关键词： 棒材、飞剪机 、剪切机构 、设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 is of of to is on of it is of is of of in to of a of to to of is to of to a In of of is in to or be of of of on of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 本章 主要目的是明确所设计的飞剪机应该达到的目标，如何优化设备结构、减 轻重量并提高设备剪切精度 【 5】 。 剪机简介 飞剪机是在轧件运动中对轧件实施剪切工艺的一种设备，是连续式轧钢生产线上不可缺少的、非常关键的设备之一。特别是，随着现代化钢材生产的产量和品种不断增加，要求轧钢生产向高速、连续化生产方式发展的今天，飞剪机的需求量不断增加，自然而然地对飞剪机的设计和 制造质量提出了更高的要求。由于是在运动中对轧件实施剪切，因此，对飞剪机的运动特性、反应灵敏性、动作准确性，以及工作稳定可靠性等各方面，都必须具有很高的要求 【 1】 。 切 机 构 的工艺作用与分类 飞剪机的剪切工艺主要包括：对连轧生产线上的轧件实施切头、切尾，切定（倍）尺，以及事故处理和轧件的样品剪切等 【 2】 。 飞剪机的分类方法有很多种，主要有：按照轧制线上生产钢材的品种不同分为，钢坯飞剪机、板带飞剪机、型钢飞剪机和高速线材飞剪机等；按其机体结构和剪切形式不同分为 ，曲柄连杆式飞剪机、摆式飞剪机、滚筒式飞剪机、 圆盘式飞剪机；按 工作方式又可分为连续式飞剪机、起停式飞剪机和连续 起停复合式飞剪机 【 9】 。 80年代初期，随着我国对外开放政策的实施，引进国外先进技术进行消化吸收是当时国家制定的切实可行的既定国策，北京冶金设备研究院研制开发的，利用快速气动离合器制动器实现飞剪机连续 起停复合工作制的飞剪机技术（用于小型材飞剪机的剪切速度最高达 18m/s），显示出它独特的优越性和先进性。 近十几年来在 国内和东南亚市场上占有一定优势 【 6】 。飞剪机是轧线上机电一体化控制操纵比较复杂的设备，它工况条件恶劣，载荷变化剧烈，在生产和维 护上都需要具备较高的技术水平。采用快速气动离合器制动器控制飞剪机的剪切，简化了电器控制系统，降低了整机操纵控制的难度，从而实现了整机在小惯量下起动、制动，在大惯量下剪切，能量分配合理，控制运转稳定的较为理想的飞剪机设计方案。随着科学技术的迅猛发展，特别是近年来数字控制技术，低惯量电机制造技术的发展，飞剪机逐步朝着结构简单，操作维护方便，利用电动机直接实现起停工作制的方向发展。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 切 机 构 应满足的设计要求 度要求 飞剪机的剪切速度应与轧件同步，最理想的状态是在剪切时，飞剪机的剪刃在轧件运动方向 上的速度应等于或略大于轧件运动速度（俗称抛钢）。但此时必须要考虑飞剪机剪切时的动态速降 【 4】 。 切质量要求 为保证轧件剪切断面（平直）质量，要求飞剪机的一对剪切刀片在剪切过程中作平移（平行移动）运动，剪刃间的刀片侧隙应尽可能保持不变，同时，两刀片始终与轧制中心线相垂直。 刃要求 剪刃的运动轨迹应是一条封闭曲线，在剪切段应尽量平直，在剪切过程中要求剪切速度均匀，并且不能出现相碰卡死现象。剪切完后，剪刃仍恢复到固定的初始位置，不影响轧件自由通过。 刃侧隙要求 应能根据不同的轧 件厚度，甚至轧件形状，合理方便地调整剪刃侧隙及重合量，以保证剪切工艺的正常实施 【 3】 。 度要求 尽量减少参与剪切运动的机构零部件的数量和重量，以降低剪切机构运动的惯量值（即飞轮矩），减少速度变化量，提高飞剪机剪切机构的灵敏性稳定性和定位精度，从而提高飞剪机的剪切定尺精度 。 助设备要求 合理配置适合于飞剪机的同步机构及前后设备，如夹送测速辊，或末架轧机，拨钢管（槽）等。此项因飞剪机结构选型及工作方式不同而不同，以保证飞剪机剪切速度与轧件速度始终保持线性系从而保证剪切定尺精度和剪切质量。 经过本章的分析，选定起停式飞剪机。飞剪机设计除了要考虑其功能要求、可靠性要求外，更应该注意经济性要求，做到使产品物美价廉。 机 构 功能要求 本章 主要目的就是从飞剪机剪切机构的功能要求为方向，为本次设计筛选出最优的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 方案。方案的正确与否直接影响到飞剪机的剪切功能以及其所要达到的经济性指标 ，因此，在对各种产品的使用情况的实际对比分析的基础上，进行必要的运动学分析才能设计出更加合理的方案。 切 机 构 功能 为满足生产工艺要求，飞剪机具有下列三种运动方式； (1)启停剪切 该飞剪机前置一光电信号接收器，当 轧件经过光电接收器时即发出剪切信号，飞剪机自动启动剪切。 (2)连续剪切 当出现堵钢事故时，该飞剪机可以连续运转，每转一圈可以剪切一次，将轧件碎断成一段一段的短料，有收集装置收集。 (3)冲动爬行 为了保证剪切的精度，在调整和对准剪刃时，控制系统可以使剪刃部分微动并以很慢的速度转动，达到所要求的角度或位置。 切 机 构 正常工作要求 为保证棒材生产线的正常轧件，飞剪机正常工作必须满足一下条件； (1)飞剪机的作业率必须和轧机的作业率相协调，保证轧机作业率的充分发挥。 (2)剪切时，刀刃在轧件运动方向上的 分速度应与轧件运动速度保持一定关系，使轧件与剪切过程中有一定的张力，以保证剪切后轧件头部和尾部的质量，避免发生堆钢事故。 （ 3） 能够完成剪切工艺要求轧件的材质、温度、速度以及断面范围。 (4)保证所剪切的断面符合要求， 以方便与后面轧机的咬入符合成品的质量标准。 （ 5）按轧制工艺的要求，剪切轧件的 头尾尺寸应保证在规定的偏差范围之内，避免增加金属损失 【 8】 。 切 机 构 方案设计 根据本次飞剪机的功能要求，最终确定本次设计采用启停式。 剪机剪切机构设计 根据上下刃的运动轨迹必须是闭合曲线，并且返回 时不阻碍轧件继续 运动的要求，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 采用四连杆机构中的曲柄摇杆结构最为合适，如下图 柄长度是一个重要参数，除了要考虑曲柄存在的条件外，还要注意一下几个方面的内容； （ 1）曲柄在剪切区内其剪刃应基本垂直切入的轧件，且切入速度应逐渐减少。 （ 2）在剪切区内，剪刃水平速度 （ 3）保证上下刃有足够的开口度和角加速度。 若开口度太小有可能出现在不剪切时轧件冲击剪刃，角加速度太小，可能会出现轧件在进入剪切点时尚未达到匀速。曲柄的长短十分重要，其大小会影响到电机功率、转速及剪刃的 咬入角 。曲柄太短且轧件直径太大，其咬入角 就会很大，这样就增大剪切力矩，一般以 43为宜；增长曲柄的长度 而使飞剪机本体的体积呈立方的关系增大。所以，曲柄的长短应合理的设计。 （ 4）在结构允许且能保证适当重叠量的情况下尽量减短剪刃的长度 b，这样可在不加大设备体积的情况下，加大曲柄的长度； 确定 R、 按以下几点要求考虑四连杆机构中其余杆件的长度。第一点，所设计的各杆长度应符合曲柄摇杆四杆机构的杆长条件。第二点，确保从剪切开始到剪切结束的过程中剪刃的间隙应该逐渐减小并有一定的重叠量，刃重叠量一般为 2 5三点，在剪切过程中，剪刃始终垂直轧件表面。 图 剪切机构运动简 图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 则有； =（ ） /R=1R R h/2（ 1） 式中； ）。 剪机传动结构设计 根据以上分析，飞剪机采用下图 1电机 2联轴器 3制动器 4内齿轮 5齿轮（一） 6齿轮（二） 7飞轮 8曲柄 9连杆 10摇杆 11刀架 12剪刃 13轧件 图 飞剪机传动结 构 电机输入功率、转速、经联轴器传递到齿轮（一）， 在经过 、 9、 10构成的曲柄摇杆机构，刀架 11固定在连杆 9上，当上下剪刃相遇时就完成一次剪切。 飞轮 7通过铰制孔螺栓以及销子和齿轮（二）固定在一起。正常剪切时内齿套 4和齿轮（二）结合，飞轮不起作用。当剪切大断面轧件需要飞轮加入时，用拨叉拨动内齿套 4和齿轮（一）、齿轮（二）同时结合，这样就可以带动买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 飞轮来完成剪切任务。其中序号 4到序号 12等零部件构成了飞剪机本体部件。 切 机 构 运动学分析 飞剪机的传动方案和剪切机构确 定以后，首先要选择计算以下主要运动参数，这些参数包括飞溅的基本转速 n、剪刃的线速度 v、剪刃的回转半径 R、剪刃的重叠量 s，确定剪切初始角、剪刃的侧向间隙以及其调整范围。本次设计的主要参数如下； （ 1）产品规格圆钢； 50 2）剪切温度； 800 （ 3）轧件速度； 2m/s 为了保证轧件的正常轧制和成品头尾超差值尽可能小，每根轧件必须进行切头、切尾。碎断功能仅在后部工艺发生故障时投入使用。在切头、去尾及事故碎断时，各功能对剪刃转速要求也不同。 柄回转半 径计算 由 上式可得； R 50/2（ 1 =合考虑取 R=100 切头时剪刃转速计算 下图 在飞剪剪刃头部的过程中，为避免轧件出现堵钢或轧件被拉变形等事故，在设置飞剪的转速时，要尽可能做到飞剪剪刃的水平分速度 在实际使用过程当中 此在设置飞剪切头转速时 ，才用了飞剪水平速度% 6%。即 Vo/ 式中； 为选择电机功率的计算值， K=刃主轴的转速为； n=60000 合并 公 式得到切头时剪刃主轴的 转速公式； n=60000 式中； m/s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 r/ 剪切的初始角，（） 图 尾时剪刃转速计算 切尾时与切头式的情况相反，飞剪切尾时的剪刃速度高于轧件速度 造成轧件的尾部弯曲，速度过低，轧件拉着剪刃转动进行切尾，尾部会被拉细，影响成品尾部尺寸精度，增加了成品尾部的剪切量。为了保证正常切尾，剪刃水平分速度 % 2%。即； Vo/ 式中； K=1 剪刃主轴的转速；将 式计算。 切初始角计算 如上图 （ 1） 剪切初始角 的计算 =（ ） /R=1R 式中； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 mm =R+b+h/2 根据数据得 ； =100= = （ 2）剪切 终径角 的计算 = 2/*)1( /R =1-（ 1- o） h/2R 式中； ） 根据热剪切时各种金属的剪切性能 ，弹簧钢的相对剪切深度最大，因此，此次计算以弹簧钢的性能参数进行计算，查表知 弹簧钢在 850时的相对剪切深度 o=剪切的终径角计算如下； =1-（ *50/200 = = 剪机主轴转速计算 在实际的计算过程中，主轴转速应以飞剪切头时的公式 计算， 此飞剪主轴的转速计算如下； n=（ 60000*） /（ 2*00* =270r/章根据所给的设计数据及要求的剪切工艺参数，对剪切机构进行运动学分析计算，得出切头时飞剪机的主轴转速 并验证起停式飞剪机选择的正确性 【 7】 。 机 构 力学分析计算 剪切机构 是飞剪机的执行部件，通过对其在剪切过程中的受力分析，可以计算出飞买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 剪机主轴上所需的平均剪切力矩。 根据经验，电机在剪刃主轴上的驱动力矩为平均剪切力矩的 ，因此，结合上一章计 算的主轴转速，就可以得出所需电机的功率。 切机构受力分析 1 摇杆 2 连杆 3 曲柄 4 剪刃 图 剪切力分析 如上图 剪切过程中轧件刚被咬入时作静力分析， 此过程中忽略由摇杆、曲柄和连杆产生的惯性力。 连杆 2和剪刃 4作刚性连接，曲柄 3和连杆 2 铰接，剪切轧件的过程中剪刃受到垂直轧件的剪切力 。 对于连杆 2在节点C 处受到曲柄的驱动力，水平方向为 直方向为 节点 B 处受到 摇杆 1 的作用力 F， 2，在垂直方向上的作用力 于 为咬入角， 1 为连杆与刀架的夹角都已知，那么，此时摇杆 1 与连杆 2 之间的夹角 2 ，利用三角函数关系就可以计算出。 因此，对于连杆进行力和力矩的平衡分析可以得到； P=2 + 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 2)* 180 - 1- 2） 180 - 1- 2） 由以上 公式 联立方程组可得到； 1+ 180 - 1- 2） *2* 1180 - 1- 2） *2* 式中； 处受到的水平作用力， N 处受到的垂直作用力， N N 直作用力， N 1） 2） 于曲柄 3在节点 杆在此点受力大小相等，方向相反，由 公 式可知，当 以认 为曲柄在 于摇杆 1只受沿杆线方向上的压力 7】 。 切机构力的计算 通过 对剪切机构的受力分析，根据用户提供的数据进行垂直剪切力以及水平作用力的计算。 直剪切力计算 剪切力可用下式计算 P= F 式中； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 中单位剪切抗力 ，在轧件剪切过程中是变化的，即剪切力是变化的，其中最大剪切力 所选剪切机的公称能力，最大剪切力可按下式计算； 式中； 被剪轧件 最大 原始断面面积， 大的单位剪切抗力， 刃间隙增大而使剪切力提高的系数，其值按剪切机能力选取。 小型剪切机，取 K=型剪切机，取 K=型剪切机，取 K= 若所剪切件的材料五单位剪切抗力的实验数据，可按下式计算最大剪切力。 P= 式中； 系数 考虑单位剪切抗力 与强度极限比例系数。 根据以上 公式，对轧件的垂直剪切力计算如下（根据参考经验此次计算取公式前的系数为 应 850时对应的强度极限为 135 F=1968 =35*1968 =207230N 平作用力 的计算 （ 1） 侧 压力 T 侧压力是剪切过程中剪刃侧面对轧件的推力 。侧压力 由于起停式飞剪机上下剪刃同步性好，剪刃的侧向间隙也很小，因此，根据轧钢机械设计中给出的试验数据，也考虑 到实际生产中的问题，侧压力 7%的垂直剪切力计算，即 ； T=17%P 式中 ； N 因此， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 T=17%*207230 =35229N （ 2） 拉伸力 S 在飞剪机进行切头时，飞剪机剪刃的水平分速度超前轧件的速度，剪切过程中轧件存在着拉伸变形，因此存在着水平拉力 S。 S= p F 式中； p= V s *E/L 式中； m s 据数据知轧件的速度为； m/s 对应转速； n=270r/m 剪刃剪切的时间计算公式为； T=（ - ） *60/（ 360n） = （ *60/360n =手册知； 850温度下轧件的弹性模量 E=40000入公式得； p= *40000/=112入公式知，对于剪切轧件的水平拉力为； S=112*1968 =220416N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 平动载荷计算 动载荷 是飞剪在水平方向上使轧件 加速而产生的力，其计算公式如下； Q=m*(t 式中； m = * ） 2 =0*0 =m/s /60 = 2*70*0 =入数据到公式得 ； Q= =S+Q+T 式中； N N N 本次 设计飞剪机的剪刃侧隙为 叠量为 3 2此，计算过程中可以不计侧压力。 T =220416+轴剪切力矩和电机功率计算 剪刃主轴上的垂直剪切力和水平作用力求出后，还要计算平均 剪切力矩。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 剪主轴上剪切力矩计算 M= T 式中； N T N ） + ） /2 =（ + /2 = 则飞剪主轴上的剪切力矩为； M= T 电动机功率计算 根据以上得出的结果，计算电机的功率； N=KM*n/9550 式中； =3 =K=入数据到公式得； N=KM*n/9550 =284章着重介绍了飞剪机剪切机构动力学参数的分析计算过程，整个过程需要反复的计算和校核。最终所选择的电机在能保 证剪切的同时而不至于做的过大，造成浪费。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 垂直重叠量调整 在改变轧制规格、剪刃磨损严重或损坏需要更换剪刃、剪刃少量磨损时，就需要能调节剪刃的位置，而这些微小的调整将直接影响剪切的效率和质量。 1 连杆 2 剪臂 3 垫片 4 剪刃 5 剪刃螺钉 图 剪刃的安装调整 如上 图 装或更换剪刃时，首先要确认将要安装的上下剪刃尺寸是否一致，将上下剪臂 2安装的侧面转到垂直位置，测量出上下剪臂 2之间的空间尺寸，再根据将要安装的上下剪刃的具体尺寸，确定出垫片 3的厚度，使上下剪刃剪 切面在垂直方向上重叠量为 2于剪刃在设计时内孔有 5以可以实现此过程。安装时先将垫片 3 放进剪臂沟槽内，将剪刃和垫片完全接触，再用螺栓 5和螺母6、垫圈 7 将剪刃 3 固定在上下剪臂 2 上，若上下刃的重叠量达不到要求，重新调整垫片 3的厚度。 本章 主要从影响飞剪机剪切机构的细节处，对提高剪切精度和效率的方面进行研究、设计。从而使所设计的飞剪机剪切机构满足设计要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 结 论 本 设计是在所学理论知识为指导的基础上，对启停式飞剪机的剪切机构进行的分析设计计算。本次设计所学到的知识及经验归纳如下； （ 1） 飞剪机的剪切机构采用曲柄摇杆机构，保证了剪刃的运动轨迹形成的是闭合曲线，并且 返回时不阻碍轧件继续运动。 （ 2）通