毕业设计（论文）-280T摆式飞剪设计（含全套CAD图纸）

洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 1 页 共 39 页 全全套套C CA AD D图图纸纸，联联系系1 15 53 38 89 93 37 70 06 6 第第1 1章章 飞飞剪剪机机的的发发展展 1 1. .1 1 国国内内外外飞飞剪剪机机的的发发展展状状况况 众所周知，飞剪机是中小型轧钢和连铸生产线上不可缺少的关键设备之一，也是机电气 液一体化配套技术难度较高的设备。飞剪机的合理选型、运行速度、剪切精度、自动化程度、 操作维护及设备寿命等均直接影响着轧材成品的产量大小，成材率和定尺率的高低，也就是 说直接影响着轧钢厂的生产效率和经济效益。 1 1. .1 1. .1 1 国国外外飞飞剪剪机机的的发发展展情情况况 目前国外多采用两种比较先进的飞剪机型，一是采用离合器制动器，我们称作“连续 起停 ” 制飞剪，另一种是电机直接起停制飞剪，两种飞剪各有其优点亦有其不足之处。随着科学技 术的不断发展，电控元器件水平的提高。起停制飞剪将逐步代表着飞剪机的发展趋势。 连续 起停制飞剪机，整机分为传动装置和剪切装置两大部分。传动装置部分是由直 流电机带动，配置有飞轮连续高速运转；而剪切装置一般情况下是静止不转的。两部分之间 由一对快速响应的离合器制动器相连接和控制。当需要剪切时，则制动器打开，离合器合上， 传动装置通过离合器带动剪切装置运动并剪切；剪切完后离合器脱开制动器合上，将剪切装 置制动停止到某一确定的待切位置上。传动装置仍连续运转。这种机型传动部分的转动惯量 很大，剪切部分的转动惯量很小。因此可以通过离合器制动器控制实现在小惯量下起动、制 动，而在大惯量下进行剪切。可以充分利用动力矩，提高速度，降低能耗。 起停制飞剪机，采用低惯量大扭矩直流电机，整机直接起动、剪切、制动，完成剪机的 三个基本动作过程飞剪的传动部分和剪切部分做成一体，整个传动系统的转动惯量都很低， 以便于实现整个传动系统频繁的起动制动。这种飞剪一般处于静止状态，剪切时， 电机直接拖动传 动装置和剪切装置迅速起动剪切，而后立即制动而且有些要求电机可反向爬行转动将剪 头准确地复位于某一待切位置因此，这种飞剪结构简单，维护保养方便，控制环节少，剪切 精度较高。 连续 起停制飞剪与起停制飞剪相比较，前者适合高速频繁起动，后者结构简单，剪 切精度高，并且在电控技术及元件过关的情况下，速度亦可达到或超过前者，因而更有发展前途。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 2 页 共 39 页 1 1. .1 1. .2 2 国国内内飞飞剪剪发发展展情情况况 从建国初期 50年代至 70年代， 国内飞剪机大都受东欧、苏联等社会主义国家影响，飞剪机 大致可分为连续制和起停制二大类，例如：鞍钢一初轧100100方连续制飞剪机，首钢300小型 5050方起停制飞剪； 2525连续制飞剪机，济钢小型厂捷克产l1吨连续制飞剪机等等连续制飞剪 机，大多采用空切机构和匀速机构，实现定尺剪切工作时电机拖动传动系统连续运转，剪切 机构做连续地空切动作当需要剪切时，调整空切机构的位置，令剪切机构完成剪切动作， 而后再恢复空切动作，因此这种飞剪设置了空切机构、倍尺机构等装置。不可避免地带来设 备庞大、结构复杂等问题，而且定尺长度是确定的，不可任意调整，限制了定尺规格的变化 范围。由于剪切机构复杂庞大，转动惯量也大，影响了剪切速度的提高。许多钢厂在后来的 设备改造中都将其简化改成摆槽式的飞剪，如首钢2525连续制飞剪即是如此，但这样改动后， 剪切误差很大常常定尺误差达l2m，这是非常不利的。 80年代中期，我国在开放政策影响下集中引进了一批国外先进技术和设备，包括一些国外70年 代水平的二手设备。其中较具代表性的先进飞剪技术是安阳260小型厂从意大利 Danieli公司引进的 CV30飞剪机，它是采用离合器制动器控制的连续 起停制飞剪机。最大剪切速度达20ms，剪切 精度士 80ram (v一1 7ms)。在冶金部对引进技术消化吸收的精神指导下，我院自85年以来确立了 部级飞剪机科研项目，在吸收国外先进技术的基础上，针对国内中小型轧钢车间的生产现状 与实际需要，经过几年努力，现已研制出FL和FJ两种机型的飞剪机这两种机型均属连续 起停工 作制飞剪。初步形成系列(见表 1)，在全国十几家钢厂推广了20多台套。已投产的有十三家，并已 经开始向东南亚出口，取得了卓有成效的工作业绩(见表 2) 另外大连重型机器厂、武汉钢铁学院、 首钢机械厂等单位，也都做过这方面的研制或消化工作，取得了可喜的进展。 我们相信，随着国内各项技术的不断发展，经过我国专家和科技人员的不懈努力，小型 飞剪技术和装备一定能够达到国外先进技术水平，实现替代进口满足国内需要之目的。 1 1. .2 2飞飞剪剪机机的的用用途途及及工工艺艺要要求求 飞剪机 (flying shears)是在轧件运动过程中，剪刃产生相对运动而将轧件或铸坯剪断的设 备。飞剪机装设在轧制或连铸作业线上，用来横向剪切轧件或连铸坯的头、尾或将其剪切成 一定的定尺长度。由于近年来连铸机的不断发展，连铸的拉坯速度不断提高，拉坯速度已经达到 5m/min以上，为了适应铸坯速度的增长，要求剪切机的剪切速度也必须相应地提高。同时， 出于剪切品种、规格和定尺长度范围的扩大，因而飞剪机的型式和结构使得到相应地发展。 为了保证一台飞剪机能正常工作，它必须能充分满足生产的需要，这就要求飞剪机 的设计必须保证下述生产工艺要求： 1.飞剪机的生产率必须与连铸机的生产率相协调，并能保证连铸机生产率的充分发挥； 2剪切时，剪刃在铸坯运动方向的外速度Vx 应与铸坯运动速度 VU保持一定关系，对尺剪切要求 VxVU ,以保证在剪切过程中铸件不被弯曲和被拉断； 3. 由于钢坯品种不同，要求产品尺寸长度也不相同，而对一种成品厚度有时也要求几种不 同的长度规格。因此，一台飞剪机必须能够调节被剪钢坯的长度在生产品种要求的范围之内， 并且要求最佳剪切； 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 3 页 共 39 页 4尽可能的避免金属材料的消耗； 5必须保证能够剪切不同的材质、端面、厚度等要求； 6剪切的铸坯应符合质量标准。 1 1. .3 3飞飞剪剪的的基基本本运运动动方方程程式式 钢坯剪切的长度 L是钢坯在两次顺序剪切时间间隔t内所走过的距离 S0的函数： Lf（S0） (1-1) 或者，是送料辊两次顺序送料时间t内转动的角度的函数： 0 （1-2）Lf0（） 在使用上此方程具有非常简单的形式： ，m （1-3） 00 D L 2 式中送料辊的直径 0 D 这个方程式是飞剪的基本运动方程的一般形式。以后当把飞剪在不同具体工作情况下的 数值代入后，将会变得稍微复杂一些。 如果送料辊以严格不变的转速n0旋转，则在相应的值代入后得到： ，m （1-4） 00 D n Lt 60 即钢坯在飞剪上剪切的长度等于送料辊的周长乘以送料辊在两次顺序剪切的时间间隔t内所转过的 距离。 将钢坯的进给速度 代入式1-4中得到： 0 Lt，m （1-5） 0 如果两次顺序剪切的时间间隔t以刀片每分钟的转速 n和刀片在两次顺序剪切所完成的整周转数 K值来表示，则方程 1-5可得到如下形式： ， m （1-6） 0 60 L k n 在把送料辊的转速 n0代入就得到： ，m （1-7） 0 0 L n Dk n 而当用速比为 i的减速器来达到此速度时，要满足同步要求，则： ，m （1-8） 0 LD ik 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 4 页 共 39 页 由以上的方程可以得到：当钢坯的进给速度 不变时，钢坯在飞剪上的剪切长度L仅与两次顺 序 0 剪切的时间间隔 t有关。无论是刀片剪刃的速度v，还是送料辊滚筒的半径 r，都对钢坯的长度没 有 影响。 式1-6表明：当在钢坯的进给速度与单位时间内的剪切次数之间保持一定比例时，在连续 0 运转的飞剪机上剪切时，可以得到精确的定尺长度。为了能够保持这个比例，通常飞剪以一定的速度 将铸坯送入飞剪的专用辊。按照式1-7，如果刀片转数 n与送料辊的转数 n0以一定的比例同步， 0 则可以达到所要求的铸坯定长精确度。 在很大程度上，送料辊的结构与传动取决与飞剪的工作条件。在大多数情况下，飞剪上 装有装用的送料辊，以保证一定的铸坯进给速度。这些辊通常有飞剪的主传动来带动，并且 在大多数情况下是用减速器来实现同步的。减速器和飞剪联系起来并能在很大范围内调整速比。 在此情况下，铸坯的定尺长度L，按照式1-8，由送料辊到飞剪的速比值 i决定，此传动比等于 送料辊转数 n0与刀片转数 n之比： 0 0 nZ i nZ 式中 Z和Z0飞剪与送料辊的齿数。 可以利用连铸机的出坯辊道的一部分作为送料辊。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 5 页 共 39 页 第第2 2章章 摆摆式式飞飞剪剪的的方方案案选选择择 2 2. .1 1 切切割割设设备备简简介介 连铸机的切割设备是在拉坯的过程中将铸坯切割成定尺长度或倍尺长度。铸坯的切割设 备一般分为两类：火焰切割设备和机械剪切设备。 2 2. .1 1. .1 1 火火焰焰切切割割设设备备 火焰切割机是用氧气和燃烧气体产生的火焰把切缝处的金属熔化，然后以高压切割氧把 熔化的金属吹掉，从而把铸坯切断。来切割铸坯的。可燃气体有乙炔、丙烷、天然气和焦炉煤气等。 在实际生产中多用乙炔作可燃气体，故火焰切割也可叫气-乙炔切割。当切割不锈钢或某些高合金 铸坯时，由于这些钢种含有易氧化的合金元素，如Cr、Ni、Mo等，因此还需在火焰中喷射铝粉、铁 粉和镁粉等以助燃烧。氧乙炔切割装置通常由切割机、同步机构、 返回机构、供电、供水、供 乙炔的管道系统及闸门等组成。 2 2. .1 1. .1 1. .1 1 切切割割小小车车及及其其行行走走机机构构 火焰切割装置为了实现与铸坯同步运动，一般都制成门式小车结构(图2-1)。小车横路铸坯期小 车横跨铸坯输送辊道并在两侧的轨道上走行。当切割较大断面的铸坯时，小车车体要通水 冷却。切割时小车与铸坯作同步运动，切割完毕后就迅速返回。为此小车由同步机构和返回 机构两部分组成。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 6 页 共 39 页 图2-1 门式小车结构 1-割炬；2-同步夹持器； 3-侧边定位器；4-软管道；5-铸坯； 6-定尺机构；7-升降辊；8-轨道；9-切割小车；l0-切头收集 车 （1）同步机构 夹钳式同步机构见图 2-2。它是一种比较简单可靠 的同步方式，应用最多。是用一套气动夹钳机构来实现 的。压缩空气的压力为0.2940.686 MPa。但要注意密 封部件的选择，用活塞环较好。夹钳的钳口要镶上耐热 铸铁或高铝铸铁衬板。 在一机多流或铸坯断面变化较频繁时，可以采 用钩式同步机构 (见图 2-3)。它是一个由电磁铁控 制升 降的钩式挡板，切坯时挡板落下，借助于铸坯端部顶着 钩式挡板把小车带动一起同步前进。切割完毕，抬起挡 板，小车快速返回原处。调整挡板的长度可以改变切坯 的定尺长度 L。 可调的夹钳同步机构见图2-4。它适 用于板 坯连 铸机。其夹钳的两股距离，可以用螺丝 杆调 节以 适应宽 度不同的板坯。开动夹紧气缸， 使夹头夹 住铸坯作同步 运动，并开始切坯，切断铸坯后，松开夹 紧气虹，使切割小车迅速回到原始 位置。 骑坐式同步机构见图 2-5。这种同步机构的特点是在切坯时使切割小车直接骑坐在连铸坯 上，实现二者的同步。 （2） 返回机构 常见的返回机构有两种：电动式返回机构和重锤式返回机构。 2 2. .1 1. .1 1. .2 2 割割炬炬及及其其传传动动机机构构 割炬的工作原理是先把铸坯预热到熔点，再用高速氧气流把熔化的金属吹去，形成切缝。 根据预热氧气及预热燃气混合位置的不问，可以分为以下几种型式(图2-6)。 图2-2 1-气缸；2-车体；3-夹钳；4-铸坯；5-钳 口 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 7 页 共 39 页 a 体内混合式 预热氧气和燃气在割炬体内混合(图2-6a)。 b 嘴内混合式 (图2-6b)。 c 外混式 预热氧气和燃气在喷嘴外混合（图2-6c)。 图2-5 1-提升架； 2-活动横梁； 3-切割小车； 4-卷扬机； 5-小车驱动系统； 6-铸坯 前两种割炬的火焰内有短的白色焰心，只有接近铸坯时(10mm以内 )才能进行切割。外混式割炬 的白色焰心为长线状，在喷嘴距铸坯50100mm时即可进行切割。此外，外混式割炬还有如下特点： 1)因预热氧和燃气是在空气中混合，不会回火、灭火，比较安全可靠，长时间工作不会过热。 2)喷嘴到铸坯表面的允许距离范围较大，切割时割炬可以平行运动，也可以摆动。 3)切缝较小，金属损耗少。 由于有以上优点，外混式割炬应用较多。外混式矩形割炬的外形及喷嘴切面见图2-7。 为了实现割枪的平移运动，可以采用齿条运动，也可以采用丝杠传动或链传动等。有的工 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 8 页 共 39 页 厂也采用液压传动，其运动平稳，操作方便，但管路较多。由于切割速度要随铸坯的温度和厚度而变 化，所以应采用直流调速电机驱动。割枪的升降运动一般是气动的，也可以是电动的。 2 2. .1 1. .1 1. .3 3 自自动动定定尺尺装装置置 为把铸坯切割成规定的定尺长度，在切割系统中设有定尺装置。在新的连铸机上，定尺 机构是由过程控制计算机控制的。 2 2. .1 1. .1 1. .4 4 切切割割区区的的输输送送辊辊道道 为了防止切坯时把辊道烧坏，在火焰切割区内的输送辊道必须采用相应的保护措施。常 用的措施是在切割区内采用能升降的辊道，如图2-8 所示。在切割区的每个辊子都用液压缸推动， 能够上下移动。 图2-8 a-往复运动情况； b-往复运动辊道 往复移动的辊道见图 2-8。它能使割炬永远是在两个辊子之间进行切坯。当割炬运行到一 个辊子附近时，则临时停止切割，利用液压缸把辊道迅速拉回，使辊子避开割炬，再重新开 始切割。这种输送辊道设备比较简单，维修费用也较低。 火焰切割装置的优点是设备轻，加工制造容易；切缝质量好。且不受铸坯温度和断面大 小的限制；设备的外形尺寸较小。对多流连铸机尤为适合。目前，铸坯厚度在200mm以上的几乎都采 用火焰切割。缺点是金属损失大。约为铸坯质量的1 1.5；切割速度较慢；在切割时产生氧 化铁、废气和热量的传递需要必要的运渣设备和通风装置；当切割短定尺时需要增加二次切 割；消耗大量的氧和燃气。 2 2. .1 1. .2 2 机机械械剪剪切切设设备备 铸坯的机械剪切方式由机械剪来完成。机械剪按其动力来源分为电动机和液压机两大类 型。按剪切机与铸坯同步运动的方式来划分，则有摆动式和平行移动式两种类型。按其剪刀 片运动的方向来划分，有上切式与下切式两种方式。按所切铸坯的运动方向来划分，则有卧 式与立式两种类型。用直角刀片作对角剪切时，有时把剪切机做成45倾斜式。 摆动式剪切机是驱动端支架在固定支架的轴承上，剪切端能绕支承轴线摆动。由于摆动 半径远大于摆动弧线，其摆动弧线接近于一小段直线。这是应用较多的型式。 液压剪的主体设备比较简单但液压站及其控制系统比较复杂。电动剪切设备较重，但 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 9 页 共 39 页 操纵和维护比较简便，运行可靠，故应用较多。平行移动的剪切机是把剪切机装在小车上，切割时实 现与铸坯同步运动。其优点是剪切机的高度较低。 上切式剪切机的下刀片是不动的，由上刀片向下运动实现剪切。其主轴上只有一个曲轴 或偏心轴销，结构较简单。但切坯时对输送辊道产生很大的压力。所以须在其后装一段可以 升降的辊道。 下切式剪切机的主轴上有两对曲柄或偏心轴销，剪切时先使上刀片压在铸坯上。同时使 下刀片向上提升，完成剪切运动。这是广泛应用的一种形式。 2 2. .1 1. .2 2. .1 1 立立式式电电动动摆摆动动剪剪切切机机 传统典型结构的立式电动摆动剪切机(见图 2-10)。其公称能力为 1.568106N(160t)。一般可用 它来剪切 l00150mm的连铸坯。其飞轮装在高速轴上，在剪切连铸坯时，为使剪切机剪刃跟踪 铸坯，在摆式剪切机上采用了摆动及复位机构。 图2-10 1-下刀台；2-上刀台；3-拉杆；4-连杆；5-机架； 6-牙嵌式离合器；7-飞轮；8-电动机及传动系统 适合多流小方坯连铸机用的立式电动摆动剪切机（见图2-11），它是采用蜗轮传动，为下切式 剪切机。其驱动系统安装在跨越出坯辊道以上的支架上，它由传动机构、剪切机构、同步机 构、复位机构和气体制动离合器所组成。用交流电机驱动，通过皮带轮带动飞轮，工作时靠 离合器带动双偏心轴转动。上刀片沿下刀杆的滑槽移动而实现剪切。为了实现剪切过程中剪 刃能随铸坯作水平同步运动，采用了一套可调斜块装置，剪切完成后由重锤式复位机构带动 刀台恢复初切位置。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 10 页 共 39 页 图2-11 1-交流电动机；2-飞轮；3-气动制动离合器； 4-蜗轮；5-剪刃；6一水平运动机构；7-平衡 锤 2 2. .1 1. .2 2. .4 4 平平行行移移动动式式液液压压剪剪切切机机( (下下切切式式 ) ) 如图 2-13所示，这种型式的剪切机最大剪切力为2.45x106N(250t)，最大剪切断面为 140140mm 方坯。剪切温度高于 750 ，钢种为中碳钢。剪切机装在移动小车上，剪切时用液压缸推 动随铸坯一起移动，移动最大距离为1500mm。被 剪切的铸坯定尺长度用光电管控制， 可在 1.53m范围内调节。 2 2. .2 2 2 28 80 0t t电电动动摆摆式式飞飞剪剪的的结结构构与与组组成成 电动摆式飞剪主要用于多流小方坯弧形连铸 机上，如图 2-1-11所示。这种机械飞剪成为我国 小方坯连铸生产的主要剪切机型式，其特点是驱 动系统安装在跨越出铸坯辊道以上的支架上， 剪 切机 下部能绕主轴中心线回转摆动，主传动机构 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 11 页 共 39 页 采用蜗杆传动，剪切机构采用的是双自由 度叠加 摇杆 机构作为摆体机构。 2 2. .2 2. .1 1传传动动机机构构 机械剪的驱动装置采用交流卷线型电动机通过三角皮带、飞轮、气动制动离台器，传动 一对中心距为 752mm的蜗杆付，使上、下剪刃运动。因为剪切过程是一个间歇过程，所以飞轮可 将非剪切时的能量储存起来，在剪切高峰负荷时放出，这样电动机的额定功率可以大大降低。 2 2. .2 2. .2 2 气气动动制制动动离离合合器器 制动离合器是机械剪的关键部件。它控制剪切机投入工作和解除工作，因而要求动作准 确灵敏。一般冲剪机上离合与制动分为两个部件，本设备合为一体，结构紧凑，操作灵敏。 图中传动摩擦盘与飞轮连接在一起， 为连续运转件。制动摩擦盘与机座连 接在一起为固定件。 从动盘 装在蜗杆轴 上，用键连接，气缸体内壁中部成环状， 两端扩大成盘状与 摩擦盘对应，在制动 盘端折回形成环状 气缸体外壁，环状活塞带着二主动盘装 在两摩接盘之间，活塞受弹簧压缩夹紧制动摩擦盘。当气缸充气时，活塞压缩弹簧并夹紧传动摩 擦盘。因此当主动盘与从动盘夹紧制动盘时，为制动状态，当夹紧传动盘时，则随飞轮转动，这 种动作是靠主令控制器或定尺装置发出信号，通过电磁气动阀给气缸供气或排气来完成的。因 为制动和离合经过时间很短，所以要求瞬时供气量较大，压缩空气系统必须满足这一要求。 2 2. .2 2. .3 3 剪剪切切机机构构 剪切机的剪切运动来源于双偏心轴(即蜗轮 轴)，在蜗轮两侧各有两个偏心轴， 偏心距为 85mm，连接下剪刃的两个连杆；另一对偏心距为 25mm，连接上剪刃的两个连杆。所以下剪刃 行程为 170mm。上剪刃行程为 50mm，上剪刃起压 坯作用， 下剪刃起剪切作用，上剪刃刀架在 下剪刃 连杆的导槽中滑动，上剪刃连杆推动 刀架运动。 当改变铸坯断面时，需要更换相 应尺寸的 剪刃。剪刃为槽形以减少铸坯剪 口变形。 2 2. .2 2. .4 4 同同步步剪剪切切机机构构 见图 2-15所示，在剪切过程中，为了使 剪刃与铸坯同步水平运动，采用倾斜角度可 调的斜 块机构，斜块布置在摆体两侧，通过 固定轴装 在机座上，下剪刃连杆下端两侧各 装一个导 辊，当剪切机处于原始位置时，导 辊与斜块 靠在一起；剪切时下剪刃上升，因 斜块作用， 即产生水平运动，水平速度的大小取 决于 斜块角度。斜块轴的上下各有一个调整 图 2-15 1、5-调整弹簧；2-碟形弹簧； 3-斜块；4-导辊 图 2-14 气体制动离合器 1-制动摩擦盘；2-飞轮；3-机座；4-传动摩 擦盘；5-从动盘；6-主动盘；7-活塞；8-弹簧 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 12 页 共 39 页 螺栓， 用以调节并保持斜块成一定角度。为了减小导轮对 斜块的冲击，螺栓端部装有缓冲弹簧。剪切 机摆体末端装有一个由钢绳牵引的平衡锤，可使 摆体返回并保持初始位置。 2 2. .2 2. .5 5 稀稀油油润润滑滑系系统统 剪切机的蜗杆滚动轴承及蜗杆、蜗轮的啮合点都采用稀油喷淋润滑，每流装一台WBZ16型稀 油泵，通过过滤器、溢流阀和油流指示器，将油喷到各润滑点。油路上配备有压力表和压力 继电器，监视给油压力，油压降低时报警。油泵不开动，电动机不能启动。 2 2. .2 2. .6 6 干干油油润润滑滑系系统统 在双偏心轴与连杆轴瓦配合处，上刀架在下剪刃连杆导槽的滑动配合面，以及上剪刃连 杆与刀架铰链处等共 15个润滑点均采用于油润滑，四流共用一台双线干油泵供油，剪切机工作 时断续供油。飞轮的滚动轴承由人工定期加干油润滑。 2 2. .2 2. .7 7 压压缩缩空空气气系系统统 为了给气动制动离合器供气，从压缩空气主管接一根直径50.8mm(2in)支管，再向各流并联接出 分支管，通过气动三大件气水分离器、调压阀、油雾器，接压力继电器，单电磁铁二位四 通阀，经旋转接头到气动制动离合器。当压缩空气压力降低到0.539MPa(5.5kg/cm2)以下时，剪切机 停止工作。电动输出轴用的三角皮带，应定期检查张紧程度，并可通过电动机地脚螺栓进行调整。 综上所述，机械剪切的优点是：剪切时间短，便于剪切短定尺；剪切时金属损失极少； 操作安全可靠；劳动强度低、工作环境好、维修容易、生产成本低。其缺点是设备重、制造 较难、消耗功率也比较大。由于机械剪切所具有的突出优点，近年来在国内外采用机械剪切 铸坯的连铸机日益增多。但目前国内还限于剪切铸坯厚度小于200mm以下的连铸机，而从长期生产 的经济性及生产操作的可靠性来看，机械剪切是很有发展前途的。 第第3 3章章 2 28 80 0T T电电动动摆摆式式飞飞剪剪主主要要参参数数计计算算 3 3. .1 1 铸铸坯坯的的剪剪切切过过程程、单单位位剪剪切切阻阻力力及及剪剪切切力力的的计计算算 整个剪切过程可分为两个阶段。第一阶段是刀片压入铸坯阶段，此时力的平衡条件如图33 1所示。第二阶：当力 P不断增加，直至克服铸坯断面上的剪切阻力，此时铸坯沿剪切面开始 沿移，直到剪断为止。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 13 页 共 39 页 图3-1-1 单位剪切阻力是指铸坯单位截面面积上抵抗剪切变形的能力(亦可称为变形程度 )，即切人深度与 断面高度的比值的百分数，一般以 表示之。单位剪切阻力通过试验得到。图3-1-2表示了 Z h 在不同温度、不同钢种情况下单位剪切阻力 与相对切入深度 的关系曲线。 剪切力P的大小等于单位剪切阻力与被切铸坯原始断面面积之乘积： （3-1-1）PA 式中P单位剪切阻力， MP； 根据相应的条件从试验曲线(图3-2-3)查得； A被切铸坯原始断面面积，mm2 在确定 时，应考虑铸坯的过冷现象，一般可按750左右考虑。C 刀片的侧压力 T一般可按下式确定： 有压板时T (0.10.18)P； （3-1-2） 无压板时T（ 0.180.35)P （3-1-3） 当所切金属的单位剪切阻力从试验找不到时，可近似地按下列关求出： （3-1-4） B B PA （3-1-5） 式中从试验曲线查得的与所切铸坯材料及条件近似的单位剪切阻力，MPa ； A一被切铸坯原始断面面积，mm2 被切铸坯的强度极限及相对伸长； B 、 所选用的试验曲线的强度极限及相对伸长。 B 、 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 14 页 共 39 页 图3-1-2 a35CrMnSiA ，b低碳钢（ 0.13 0.2C） 在计算剪切力时，为了避免每次都根据切入深度Z来计算相对切入深度。可用刀片行程 h与偏 心轴转角 的关系曲线图来进行，见图 3-1-3。hf（） 纵坐标OE分成五等份，且由坐标原点 o作弧线，把纵坐标 h和o弧形线的交点 A与点o相联， 则对Z20mm，h100mm来说； 由相似三角形及 oAD得： Abc （3-1-6） ZACAb hoDoA 式中ZAC ；hoD 如取线段oA为一单位长，则线段 Ab将表示： Z h 因此，直线 oA为在剪切厚 100mm的铸坯时，求找偏心轴在各个不同位置时的 值的坐标线。例 如，铸坯厚度为 110mm，求找当 时的 值时的具体作法如下：90 1) 从纵坐标找到 hI10时的F点，并从F点作横坐标平行线且与弧线相交于G点； 2) 联结Go，则直线Go便为h110时 的坐标线； 3）从横坐标处作垂线，且与曲线相交于 H点；90 hf（） 4) 从点H作水平线，并与 Go相交于K点，则线GK便表示此时的 ，即 50。此时切入深度 可以从纵坐标轴得到，Z55mm。用此方法可以很方便地找出剪切某一断面情况下不同的值时的 值，再根据曲线及F值的大小就可以作出的曲线。f（）f（）Pf（） 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 15 页 共 39 页 图3-1-3 3 3. .2 2 主主要要参参数数的的计计算算 本设计的280T摆式飞剪，其特点是采用蜗杆叠加摇杆方式，是目前使用最多的飞剪之一。 其原始技术参数如下： 最大剪切断面 (A)，A145145mm2 ； 被剪材料在最低剪切温度 800时的抗剪强度（ w） ，w117MPa ； 铸坯的最大拉坯速度 ()；v5.7m/min ； 铸坯最小定尺长度 ( )； =1.5m ；ll 3 3. .2 2. .1 1 最最大大剪剪切切力力P Pm ma ax x的的确确定定 Pmax Aw （3-2-2） 式中w 抗剪强度， MPa ； A 最大剪切断面， mm2 ； 代入数据可以求得： Pmax =Aw =145145117（N） 2459925N 2500000N 3 3. .2 2. .2 2 最最大大剪剪切切功功A As s的的计计算算 As=Pmaxh 1 2 式中 h最大剪切高度，即方坯边长，m ； As最大剪切功， Nm ； 代入数据可以求得： As=Pmaxh25000000.145181250Nm 1 2 1 2 3 3. .2 2. .3 3 上上、下下剪剪刃刃行行程程及及曲曲轴轴偏偏心心距距的的计计算算 设：下剪刃行程为 Ld，偏心距为 d 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 16 页 共 39 页 一般取： Ld2d150220mm； 上剪刃行程为 Lu，偏心距为 u 一般取： Lu2u2050mm； 则曲轴偏心距 eu十d ， (3-2-3) 代入数据可 以求得： eu十d2585110mm ； 3 3. .2 2. .4 4 剪剪切切角角度度s计计算算 剪切角度计算详见图 3-2-1 。 见图： s90十 （3-2-4） 式中sin 1（） （3-2-5） e V h he （3-2-6） h 式中s纯剪切过程中曲轴实际转过的角度， ； h 最大剪切高度， mm ； ve曲轴偏心距， mm 代入数据可以求得： he14511035mm h sin 1（） sin 1 e V h 35 18. 553 110 s90十 9018. 553109 图3-2-1 3 3. .2 2. .5 5 曲曲轴轴回回转转一一周周所所需需时时间间 t te e te , s (3-2-7) e 60 n 式中 ne偏心轴转速， r/min ，一般取ne1724r/min ； te曲轴回转一周所需时间，s 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 17 页 共 39 页 取ne17r/min 代入式3-2-7中得： te e 60 n 60 3. 53s 17 （ 3 3. .2 2. .6 6 有有效效剪剪切切时时间间 t ts s ts= (3-2-8) es t 360 式中ts有效剪切时间， s ； 代入数据可以求得： ts es t 360 3. 53109 1. 07s 360 （ 3 3. .2 2. .7 7 剪剪机机电电动动机机功功率率 初初选选 m N (3-2-9) m N s s A K t 102 式中 电动机功率系数，一般取 0.160.2 ； 剪机电动机功率， kw m N 取K0.18 代入式3-2-9中得： m N s s AK t 102 182500. 18 29. 9kw 1. 071020 （ 3 3. .2 2. .8 8 有有关关飞飞轮轮的的计计算算 1）飞轮在剪切时应释放的能量AF AFAsAm (3-2-10) 式中AF飞轮剪切时释放的能量，Nm ； As剪切时消耗总功， Nm ； Am电动机产生的功， Nm ； 其中Amts1020 (3-2-11) m N 代入数据可以求得： A mts102029.91.0710203262.86 Nm 32633 Nm m N AFAsAm18125032633148617 Nm 2）飞轮力矩 GDF2 的确定 GDF2 （3-2-12） F 22 12 A7200 nn 式中GDF2飞轮力矩， Nm2 ； n1飞轮释放能且前的转速，r/min ； 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 18 页 共 39 页 n2飞轮释放能量后的转速，r/min ； 其中 n1 (3-2-13) m d n i 式中 nm电动机额定转速， r/min ； id 三角皮带轮传动比 ； 而电动机转差率为： 15 12 1 nn n 设：电动机的额定转速为 975 r/min，三角带的传动比为 1.618 则n1834.8 r/min m d n i 975 1. 618 （ 由15 可得： n2709 r/min 12 1 nn n GDF25529.9 Nm2 5530 Nm2 F 2222 12 A72001486177200 nn834. 8709. 5 （ （ 3）飞轮质量的确定 一般飞轮质量 G 应按下式确定 G (3-2-14) F F 2 2 G D 0. 6D 式中 G飞轮质量， N ； DF飞轮外径，按剪切机结构要求确定，mm ； GDF2飞轮的飞轮力矩， Nm2 ； 其中飞轮的外径大小是根据剪切机的大小比例及安装空间的大小而定： (3-2-14-1)MMMP m 静剪摩 式中 推算力臂， m ； P 剪切力， N ； M作图时的比例系数 。 推算力臂可按下式计算： （3-2-14-2） C cossin sinsin ( ) e l f 式中C连杆力对偏心轴的力臂(考虑摩擦后 )，可用作图法求得，或从几何关系算得 ； 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 19 页 共 39 页 偏心轴转 角时连杆摆动的角度 ； （3-2-14-3）sinsin e l 摩擦系数 。 为了计算方便，一般是把式 3-2-14-3作成曲线图，见图 3-2-2( )f 图3-2-2 图3-2-3 根据及两个曲线图，可以很方便地作出静力矩图。无其( )f 剪 ( )fM( )f 静 他限制时，可按图 3-3-3选定。 从图3-3-3中我们可以很容易确定飞轮的外径DF880mm ； 由下式可求出飞轮的质量 G： G11901.68N 11900N1190kg F F 2 2 G D 0. 6D 2 5530 0. 60. 88 （ 按飞轮质量再求其他尺寸，最后核算实际的飞轮力矩。 3 3. .2 2. .9 9 验验算算电电动动机机功功率率 由于剪切的时间比较短，这时电动机电枢的电流由于自感作用来不及增加，所以剪 切功完全是由减少飞轮转动部分的转动动能得到的。转动部分质量的动能A在每分钟转速 n一 定时，可以按照下式计算： （3-2-15） 22 GD n A 7300 可以看作是剪切开始与终了时飞轮动能的差值，即 F A （3-2-16） 2 22 F12 GD A()nn7300 代入数据可以求得： 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 20 页 共 39 页 2 22 F12 22 G D A() 5530(834. 8 709. 5 ) Nm146583Nm nn AA （ 7300 （ 7300 （146583.47 按上述计算出来的实际飞轮力矩求出实际飞轮剪切时放出的能量AF 则 Nm （3-3-17） SF s AA 1020t （） 式中Nm电动机功率， kw ； AS剪切时消耗的总功， Nm； Ap飞轮剪切时释放的能，Nm； ts 剪切时间， s 代入数据可以求得： Nm31.76kw SF s AA181250 146852 1020t10201. 07 （ （ 过载条件必须满足： S esm A 1020 ttN（） 式中过载系数 ； AS剪切时消耗的总功， Nm ； te曲轴回转一周的时间，s ； ts有效剪切时间， s ； 代入数据可以求得： S esm A181250 2. 27 1020 ttN10203. 53 1. 0731. 76 （ （ 查电动机标准（ JB/T71191993） ，选用三相异步电动机： 型号： YR250M2-6 ； 功率： N37 kw ； 转速： n980r/min ； 过载系数： 2.8 ； max M M额 质量： m490 kg ； 由于电动机额定功率 N37kw Nm31.76kw 额定转速n980r/min nm=975r/min 接电持续率 Je100 所以，所选电机满足要求。 3 3. .2 2. .1 10 0 最最大大剪剪切切力力矩矩 M Mm ma ax x的的计计算算 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 21 页 共 39 页 MmaxPmax Ve （3-2-18） 式中 Mmax最大剪切力矩， Nm ； Pmax最大剪切力， N ； Ve曲轴的偏心距， m 代入数据可以求得： MmaxPmax Ve2500000.11275000Nm Mmax是用以计算机械零件的强度及离合器的传动力矩。 3 3. .2 2. .1 11 1验验算算工工艺艺要要求求的的最最大大剪剪切切次次效效 S S S （3-2-19） V l 式中S每分钟最大剪切次数，/min ； 最大拉坯速度， m/s ； 定尺长度， ml 代入数据可以求得： S V5. 7 3. 8 1. 5l 应满足以下条件： neS 式中 ne偏心轴转速； S最大剪切次数； 因为 ne17 S3.8 所以 满足要求 3 3. .2 2. .1 12 2 剪剪切切时时剪剪刃刃摆摆动动行行程程 S SP P SPVmax te （3-2-20） 式中 SP剪刃摆动行程， m ； Vmax铸坏最大拉速， m/min ； te制动时间， s ； 代入数据可以求得： SPVmax te5.70.31.71m 第第4 4章章 传传动动机机构构设设计计及及校校核核 本剪切机采用二级传动装置，第一级为普通V带传动，第二级为蜗杆传动。 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 22 页 共 39 页 4 4. .1 1 普普通通V V带带的的设设计计 由上一章的计算得知，电动机为三相异步电动机，其功率N37kw，转速为 980r/min；要 1 n 求第一级传动比为 i11.168，根据，可知n2839r/min；工作制为每天 24小时。 1 2 n i n 4 4. .1 1. .1 1 V V带带型型号号的的选选择择 根据设计功率 Pd和小带轮转速 n1进行选择： 由机械设计手册可查得，取工况系数KA1.6。 设计功率 PdKAP （4-1-1） 式中Pd设计功率， kw； KA工况系数； P电机功率， kw 代入数据可得： PdKAP1.6 3759.2kw 由参考文献 1中P40页的图48，根据Pd和小带轮转速 n1可确定为C型V带。 4 4. .1 1. .2 2 带带轮轮的的基基准准直直径径的的选选择择 由设计手册选取 dd1300mm dd250.4 1d i d 11. 618 3003 取标准值dd2355mm。 4 4. .1 1. .3 3 带带速速计计算算 （4-1-2） d d n V 11 60 1000 式中V带速， m/s； 小带轮转速， r/minn1 代入数据可得： d d n V 11 60 1000 300980 m/ s15. 39m/ s （ 601000 4 4. .1 1. .4 4 带带长长、轴轴间间距距及及包包角角 4 4. .1 1. .4 4. .1 1 初初定定轴轴间间距距 若带传动的带间距过小，虽然可以使结构紧凑，但是带的长度较短，在一定的速度下， 单位时间内的应力变化次数多，这样会加速带的疲劳损坏。而且，当传动比i较大时短的轴间距将 导致包角 过小。但是传动轴间距也不宜过大，否则，在带的速度过高时容易引起带的颤动。 一般初定轴间距为： 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 23 页 共 39 页 （4-1-3） dddd 0.7 dda2 dd 12012 （）（） 代入数据可以求得： 458.51310 a 0 初步确定轴间距为 1000mma0 4 4. .1 1. .4 4. .2 2 带带长长 初选a0后，根据开口传动的几何关系，按照下式初步确定带的基准长度： （4-1-4） d0 d2d1 1 355 300 L2100300 2 30303150 1000 2 dd 18057. 390120 a 2 （ （355（ 41000 （ （ 代入数据可以求得： dd d00dd dd L2add 2a 2 21 12 0 （） （） 4 355 300 2 100300 2 2 （） （355） 4 1000 3029.71mm 3030mm 由参考资料查询，选取带的基准长度为Ld3150mm 4 4. .1 1. .4 4. .3 3 实实际际轴轴间间距距 根据选取的标准基准长度 Ld按下式计算实际的轴间距，由于V带传动轴间距一般可以调整， 可以采用下式进行计算: a （4-1-5） 0 0 a 2 dd LL 代入数据可以求得： a 0 0 a 2 dd LL 30303150 1000 2 1060mm 4 4. .1 1. .4 4. .4 4 小小带带轮轮包包角角 小带轮包角 愈小，带的工作能力愈不能发挥出来，所以应该保证： 洛阳大学机电工程学院毕业设计 第 24 页 共 39 页 （4-1-6） d2d1 1 dd 18057. 3 a （ 代入数据可以求得： d2d1 1 dd 18057. 3 a （ =18057. 3 1060 355（300 =177 120 满足要求 4 4. .1 1. .5 5 带带的的根根数数 考虑实际传动中小带轮的包角以及实际带长的影响，分别引入了包角修正系数K和带长修正 系数KL，因此带根数为： （4-1-7） 59. 2 Z 0. 980. 97 （ （8.90（0.4312（ 式中ZV带根数； V带备用功率值， kw；P0 功率增量， kwP 0 其中0.0001 （4-1-8）P 01 Tn 式中普通V带所传递转矩的修正值T 查手册可以得知： 4.4 代入式4-1-8得：T 0.0001 4.4 9800.4312kwP 0 查手册可以得知： 8.90kw；P0 K0.98； KL0.97 代入数据可以求得： d L P Z PPK K 00 （） 59. 2 0. 980. 97 （ （8.90（0.4312（ 6.