280T摆式飞剪机设计
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目 录
绪论 ----------------------------------1
第1章 飞剪机的发展
1.1 国内外飞剪机的发展状况-----------2
1.2 飞剪机的用途及工艺要求-----------3
第2章 摆式飞剪的方案选择
2.1 切割设备简介---------------------5
2.2 280T电动摆式飞剪的结构与组成-----10
第3章 摆式飞剪的主要参数计算
3.1 铸坯的剪切过程、单位剪切阻力及剪切力的计算------13
3.2 主要参数计算---------------------15
第4章 传动机构设计及校核
4.1 普通V带的设计------------------------22
4.2 蜗轮蜗杆传动设计-----------------------25
第5章 摆动叠加摇杆的机构分析和运动分析
5.1 机构分析-----------------------------32
5.2 轨迹的计算---------------------------34
第6章 电动机飞剪存在的问题与改进
6.1 槽型剪刃 ----------------------------35
6.2 水平运动机构的改进---------------------35
6.3 剪切能力低---------------------------35
6.4 小端面、短定尺铸坯在剪切中发生的问题与解决方案---35
参考资料-------------------------------36
体会与感受-----------------------------37
第1章 飞剪机的发展
1.1 国内外飞剪机的发展状况
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 国外飞剪机的发展情况
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。
1.1.2 国内飞剪发展情况
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100×100方连续制飞剪机，首钢300小型50×50方起停制飞剪；25×25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25×25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l～2m，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20m／s，剪切精度士80ram (v一1 7m／s)。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。
1.2飞剪机的用途及工艺要求
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Vx VU ,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；
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。
1.3飞剪的基本运动方程式
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：
L＝f（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：
在使用上此方程具有非常简单的形式：
式中 ――送料辊的直径
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： （1-4）
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：
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：
在把送料辊的转速n0代入就得到：
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：
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，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：
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。
问题与改进
6.1 槽型剪刃
实践证明：采用槽型剪刃，只有加大上、下剪刃的开口度或采用不同端面的引锭杆才能使引锭杆顺利通过。但采用槽型剪刃比平剪刃在铸坯剪口变形上可以减少约10mm。
6.2 水平运动机构的改进
在生产中发现剪切机的斜块受力较大，磨损很快，实测中也得到证实。空剪时按照120×120mm2方坯的斜度，斜面法力达8.812×104N，按照150×150mm2方坯的斜度，斜面法力达20.874×104N，以至于斜块装置底座长期工作中发生焊缝开裂和底板变形。为了解决这个问题，被迫采用了加固措施，将立柱焊缝改为坡口焊，底板厚度从30mm改为50mm。
6.3 剪切能力低
在实际生产中，剪切机剪切150×150mm2断面方坯，剪切温度低于800℃时,280t摆式飞剪不能正常剪切。为了解决这个比较普遍存在的问题，可以提高飞剪的剪切能力以达到剪切大端面的铸坯。
6.4 小端面、短定尺铸坯在剪切中发生的问题与解决方案
实践证明：在设备上浇铸90×90mm2的小断面铸坯，以及剪切2.8m以下的定尺长度，经验是不足的，经常发生铸坯跑偏；剪切时铸坯上翘较严重，剪切后铸坯落下冲击辊道；剪切前的铸坯由于刚性较小，易与剪刃侧面摩擦，不能顺利通过剪口，辊道面也容易早期损坏。
结束语&谢辞
为期半年的毕业设计已经接近尾声，回顾过去的日子，感触颇多。这次设计是一次全面的设计，是对整个大学三年所学知识的一个综合运用。从一开始的查资料，课题可行性分析，到后来的参数设计、机构设计、零部件校核、绘图，期间不断的向老师同学请教，互相探讨。虽然很辛苦，但也收获很多，为以后的工作学习打下了一定的基础。
期间任廷志老师循循善诱、不厌其烦，对本次设计提供了很大的支持，其严谨的科研态度为我以后的工作起到了很好的表率作用。其中，黄文老师、许志强老师，同组的其他同学也给了我很大的帮助，在此深表感谢！
参考文献
1 邹家祥. 轧钢机械. 北京：冶金工业出版社，2000
2 龚景安，许立忠.机械设计. 北京：机械工业出版社，1998
3 陈家祥. 连续铸钢手册. 北京：冶金工业出版社，1991
4 罗振才. 炼钢机械. 北京: 冶金工业出版社，1989
5 韩晓娟. 机械设计课程设计. 北京：机械工业出版社，2000
6 [苏联]A?H?伊洛什尼柯夫. 飞剪. 北京：中国工业出版社，1964
7 机械设计手册编委. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，2004
8 邹家祥，施向东. 轧钢机械原理与结构设计（下）. 北京：机械工业出版社，1993
9 傅文祖. 摆式飞剪的扭转振动. 上海金属，2001.No.9
10 杨晓明，王海儒. 双偏曲柄摆式飞剪运动分析. 太原重型机械学院学报， 1995.No.1
11 费珉.铸坯切割装置.冶金设备，1991.No.1
12 冉文兰.起停工作制飞剪的设计.河北冶金，1994.No.1
13 樊振华. 起停式飞剪设备的优化设计与改进.重型机械科技，2002.No.2
14 李克涵.小型飞剪机现状与发展，1994.No.6
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