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1、50*156050*1560铸坯摆式剪切机设计铸坯摆式剪切机设计 摘摘 要要 50*1560 铸坯摆式剪切机是安装在薄板坯连铸机扇形段的出口和加热炉的入口之间，用于把连铸机出来的热板坯根据一定的尺度进行分段剪切后输送到加热炉的。首先，本文讨论了连铸连轧技术在国内外的发展；较完整地介绍了剪切机的基本知识，以及摆式剪的结构特点和研究的内容与方法；比较了三种摆式剪设计方案，选择了一种较为合适的方案来设计。然后，根据结构参数对摆式剪进行运动学分析和力能参数的计算，从而预选了电动机。最后，对偏心轴进行弯扭强度的校核，校核了危险断面，判断了预选的电动机是否合适；详细讲述了设备的安装检测、维修、状态监测和润
2、滑的基本内容。通过以上工作，本次毕业设计作出了一种结构较为完整的摆式剪切机。关键词：关键词：剪切机，摆动，主传动 The design of 50*1560 billet shearing tilting machine Abstract The 50*1560 billet shearing tilting machine is installed on between the export of the thin slab continuous casting machine and the entrance of the furnace.It is used to transfer th
3、e heat slab which is shared according to certain sub-scale from the continuous casting machine to the furnace.First of all,this paper discussed the continuous casting and rolling technology development at home and abroad;a more complete description of the basic knowledge of shear machine and the str
4、uctural characteristics of tilting and research contents and methods;compared the design of three tilting shear program,select a more appropriate program design.Then,pre-select the motor according to the calculation of force energy parameters and the kinematics of the swing analysis based on structu
5、ral parameters.Finally,check the bending and torsion strength on the eccentric axis,check a dangerous cross-section to determine the suitability of the pre-selection of the motor;details about the basic content of the installation,maintenance,monitoring condition and lubrication of detection equipme
6、nt.Through the above-mentioned work,the graduate design a more comprehensive structure of tilting shears.Key words:Key words:scissors,swing,main drive 目目 录录 摘要.Abstract.I 第一章绪论.0 1.1 连铸连轧技术在我国的发展概述.0 1.1.1 我国薄板坯连铸连轧生产近年来的发展.0 1.1.2 薄板坯连铸存在的问题.3 1.1.3 我国薄板坯连铸连轧技术的发展方向.4 1.2 国外连铸连轧技术的发展趋势展望.5 1.3.剪切机及
7、其发展概况.6 1.3.1 剪切机及剪切机的分类和用途.6 1.3.2 剪切机的发展趋势.7 1.4 摆式剪研究的内容和方法.8 1.4.1 型钢热连轧机的生产工艺.8 1.4.2 摆式剪在型钢连续机组的布置和作用.8 1.4.3 摆式剪的结构特点和研究的内容与方法.9 第二章摆式剪设计方案的选择.10 2.1 已知条件.10 2.2 方案的总体布置形式.10 2.3 摆式剪方案的确定.11 2.3.1 摆式剪方案的比较和确定.11 2.3.2 摆式剪的传动原理简图.12 2.3.3 摆式剪机架的选择.13 2.3.4 刀刃的型式.13 2.3.5 摆式剪工作制度的选择.14 第三章摆式剪切机
8、的运动学分析.15 3.1 摆式剪结构设计参数.15 3.1.1 刀片倾斜角.15 3.1.2 刀片尺寸.15 3.1.3 刀片行程.16 3.1.4 理论剪切次数.17 3.2 摆式剪剪切速度和剪切加速度.18 3.2.1 初选电动机和确定有关技术参数.18 3.2.2 摆式剪的剪刃速度.18 3.2.3 摆式剪的剪刃加速度.20 第四章摆式剪切机力能参数计算.22 4.1 剪切力计算.22 4.1.1 剪切机公称能力的确定.22 4.1.2 剪切力计算.23 4.2 剪切静力矩计算.28 4.2.1 静力矩的组成.28 4.2.2 剪切力矩和摩擦力矩.28 4.2.3 计算偏心轴上的静力矩
9、.31 第五章电动机型号及其容量的选择.33 第六章主要零件强度计算.36 6.1 偏心轴强度计算.36 6.1.1 偏心轴尺寸和材料性能.36 6.1.2 偏心轴的强度校核.36 第七章设备操作安装、维修和润滑.40 7.1 设备的安装与装配检验.40 7.1.1 设备的安装.40 7.1.2 摆式剪总体装配检验.41 7.2 设备的维修与状态监测.42 7.2.1 机械设备的维修.42 7.2.2 机械设备的状态监测.43 7.3 设备的润滑.44 7.3.1 润滑方法的选择.44 7.3.2 冶金设备润滑油清洁度管理.45 7.3.3 冶金设备润滑技术的发展趋势.46 致谢.48 参考文
10、献.49 第一章绪第一章绪 论论 1.11.1 连铸连轧技术在我国的发展概述连铸连轧技术在我国的发展概述 我国薄板坯连铸连轧生产进展很快，全国薄板坯连铸连轧作业线生产稳定，产量大幅度增加，而且在高质量品种开发、铁素体轧制和半无头轧制新技术试验、热轧薄规格产品和供冷轧基料的比例提高、装备国产化与相关材料(保护渣、耐材)自给率扩大等各方面都取得了显著的成绩。1.1.11.1.1 我国薄板坯连铸连轧生产近年来的发展我国薄板坯连铸连轧生产近年来的发展 （1）产量与生产效率继续提高 根据有关统计，我国已有13条薄板坯连铸连轧生产线，总能力超过3000万 ta，居世界第一。约占世界薄板坯连铸连轧工艺作业线
11、总产能的13左右。2005年薄板坯连铸连轧生产线生产的热轧带卷产量达到1 896万t，其中冷轧坯料3289万t占173，热轧商品卷中宽带产量为1 567万t，占中国热轧商品中宽带总产量3 399万t的461，占全部热轧商品板材产量6649万t的236 9，6。而2006年1-9月，中国大陆薄板坯连铸连轧工艺已生产热轧板卷1 824 3万t，2006年产量将超过2 500万t。在生产作业上看，中国的薄板坯连铸连轧厂一般都能在投产后迅速实现月达产和年达产。包钢、邯钢的CSP生产线、鞍钢的ASP生产线、唐钢的FTSR(UTSP)生产线都达到或超过了原设计的年产能力，走在世界同类生产线的前列。各厂都能
12、迅速地掌握工艺操作、设备维护等技术，运行平稳，事故较少，这也是中国薄板坯连铸连轧生产效率快速提高的重要原因。例如鞍钢、包钢、唐钢、邯钢等厂都实现了单流或双流月无漏钢的目标，鞍钢2004年全年漏钢率仅为万分之二点三，已与常规连铸国际先进水平相当。包钢最高连浇炉数又提高到31炉，而济钢则创造了连浇86炉无事故的新记录，年平均连浇炉数仅仅次于包钢、邯钢，位居第三。各厂轧机作业率普遍高于8O。唐钢FTSR(UTSP)作业线日产超万t并在2005年率先创造年产量超过300万t的世界新记录。包钢在2005年也实现日产近万t，年产达288万t的目标。而鞍钢新区4流连铸供一套R1+F6连轧机的中薄板坯连铸连轧
13、生产线在世界上也是一种新的探索，设计能力500万ta，成为生产能力最大的一条生产线。（2）产品开发有新进展，并逐渐形成各厂特色 我国薄板坯连铸连轧生产线不仅生产效率高，而且也同时开展了大量的产品开发工作，各厂都取得了具有自己特色的产品研发成绩，有的已实现了批量生产。可以说中国薄板坯连铸连轧的生产效率与产品开发基本上实现了同步发展。产量增长必须做到工艺、装备正常化，加上积累的生产管理经验，这是产品开发的重要基础，而产品开发又促进了工艺、装备及管理的进一步优化，两者互相促进，共同进步。第一，各厂在熟悉和掌握薄板坯连铸连轧工艺特性、组织细化和强化的冶金学理论的基础上，生产细晶与超细晶钢、低碳高强度钢
14、、微合金化铌、钒、钛高强钢板的实践中取得成功。如珠江钢厂CSP作业线已成为全球集装箱用薄钢板最大供应商，其中包括了厚度16 mm 的超高强度(R。720 MPa、R 770 MPa)集装箱用薄钢板。包钢批量地生产了铌微合金化高强度钢板并解决了铌微合金化钢种的混晶问题。邯钢、马钢、唐钢、涟钢等还相继开发成功低合金高强度船板或X52一X60管线等钢种。第二，在生产低碳冷轧坯料方面获得成功。成功地解决了薄板坯连铸连轧生产线生产的热轧卷屈服强度过高，影响冷轧生产的问题，并使屈服强度稳定在280300 MPa之后，低碳钢冷轧基料的生产已趋正常。马钢CSP生产线在进行开发研究后，已成功地将冷轧基料在热轧卷
15、产量中的比例由2004年的30 提高到2005年的75，2006年0109月继续保持平均697 的比例。2006年以来，唐钢、包钢、邯钢等企业的冷轧基料比例都超过41 96，而全国12条生产线生产的冷轧基料比例平均达31。这说明全国薄板坯连铸作业线的产品中约有13左右可以供冷轧深加工用。第三，进行了铁素体轧制、半无头轧制等先进工艺的研究与工业化试验。例如涟钢、唐钢、马钢、通钢半无头轧制试验已超过千吨级的规模。利用半无头轧制工艺生产超薄规格热带产品是薄板坯连铸连轧生产线的一大优势。涟钢在CSP线上进行了半无头轧制试验，实现了269 m 长坯(切分7卷生产078 mm产品的历史性突破。唐钢、珠钢等
16、厂还进行了铁素体轧制的试验研究。第四，薄规格产品的试生产也取得进展，2005年珠钢2 mm 的热轧卷占总产量的47.6，涟源、唐山、珠江都试轧出了078097 mm 厚的热轧卷。2006年O1一O9月，12条生产线的热轧带卷中2 mm 的薄带卷共1299万t占71 96，珠江为538 96，通钢和马钢也分别达到了16 和13。看来各厂已先后认识到发挥薄板坯连铸连轧新工艺生产薄规格产品优势的重要性。第五，相关工厂，科研院所，高等学校在产品开发方面，注意薄板坯连铸连轧流程工艺的特点，从理论上进行研究，找出成分控制、洁净度控制、凝固、均热、轧制、冷却与钢材组织性能的关系。北京科技大学与珠钢合作，在国
17、际上首先发现在普通低碳钢热轧板卷中存在着纳米尺度的析出物，具有显著的沉淀强化作用。近来又在实验室条件下，通过回火快冷处理(已申请国家发明专利)，证明对薄板坯连铸连轧钢板性能的调控可能存在着较大的发展空间，这方面的探索虽然还有待进一步深入，但对选择TSCR工艺参数、保证质量、提高生产效率会有促进作用，对揭示这一流程产品组织性能变化的规律、有目的地优化工艺与装备配置、选择最佳产品结构系列都具有重要的意义。马钢还坚持优化从炼钢、精炼到连铸、连轧的系统技术人手，研究包括汽车面板在内的高质量产品的生产技术，而且都以批量生产和高效率、优质、低成本生产为研发目标。（3）耐材、备品备件国产化程度与相关技术水平
18、都有明显的提高 耐火材料、备品备件等有效供应是薄板坯连铸连轧生产线能够稳定、高效进行生产的必要保证，各厂都十分重视，因而取得了不少的进步。以下列举一些具体成果加以说明。第一，2005年以来，唐钢FTSR(uTSP)生产线结晶器浸入式水口和保护渣实现了国产化，质量很好而成本大幅降低。就浸入式水口而言，不仅改进了材质而且改进了水口的形状结构，长寿高效(可以满足12 h以上的使用寿命)，也有利于提高铸坯质量。水口改进前后结晶器内铸坯温度分布如图5所示。马钢、珠钢等厂也积极与辽宁科技大学、洛阳耐火材料研究院相结合开展了国产浸入式水口、长水口、塞棒的研究和批量试验，取得了良好进展。第二，钢铁研究总院和有
19、关生产厂对引进结晶器的结构形状、材质、加工技术进行了优化，使不同宽度、厚度的铸坯减少了裂纹等缺陷，并延长了使用寿命。宝钢技术研究院对薄板坯流程的装备与工艺技术开展综合分析与研究，并取得了多项专利性成果。宝钢自行开发不同宽度的低应力结晶器已成功用于包钢，提高了质量和生产效率。第三，薄板坯连铸连轧生产线的大部分机械装备已基本实现国产化。首钢机修总厂等制造厂在装备结构改进，加工技术优化等方面进行了研究，邯钢等厂对轧机的工艺润滑系统也有新的改进。1.1.2 薄板坯连铸存在的问题薄板坯连铸存在的问题 近年来我国薄板坯连铸生产技术的发展成绩显著，但仍应清醒地看到在生产和技术等方面还存在许多问题，急需引起注
20、意，努力改进。1各厂生产水平和技术经济指标存在着明显的不平衡。差距较大各厂技术经济指标最优的与最低的相差很大，如漏钢率、加热炉能耗等相差近8倍。铸机作业率、轧机作业率、连铸平均连浇炉数等指标差距也很大。有的企业部分技术经济指标还比2005年有了退步。有的企业一度被铸坯裂纹和高漏钢率所困扰，严重影响了生产效率与产品质量。这说明，生产稳定性和技术与管理工作还亟待改进，应加强互相学习与帮助，互相促进，共同提高。2薄规格产品生产依然未能引起充分关注虽然在理论上都承认薄板坯连铸连轧流程与传统厚板坯连铸连轧流程相比具有生产热轧薄规格板卷的优势，但2006年0109月，厚度2 mm热轧带卷产量仅占全国薄板坯
21、连铸连轧作业总产量的712，有的企业几乎等于放弃了厚度2 mm 热轧带卷的生产，与引进时的期望大相径庭。12条生产线中，2 mm的比例超过10 的只有三家，最高只有53 77。这种现象不利于提高薄板坯连铸连轧流程的优势发挥和竞争能力的提高。这种现象也使得薄板坯连铸连轧生产线独具优势的半无头轧制工艺技术的研究与产业化一直未能在有关厂坚持下去并快速发展。应当继续加强技术经济核算，适应与开拓市场，加快开发薄规格热轧带材的生产与应用技术，促进这一新流程的健康发展。意大利阿尔维迪ISP、埃及EZZ厂(FTSR)、墨西哥希尔萨等厂大力发展薄规格产品生产，取得明显经济效益的例子值得我们借鉴。我国珠江钢厂的经
22、营实践也证明了这一点。3其他应当重视的问题工艺制度优化的研究是提高生产效率，有效保证质量稳定提高的关键。从全世界生产冷轧板厂的精炼工艺看，要高质量、高效率地生产高档冷轧薄板，应当考虑以RH作为主要精炼手段。还需要探索符合薄板坯连铸连轧生产工艺要求的不同钢种洁净程度以及钢液温度稳定化(窄过热度)控制。探索进一步提高连铸机铸速和稳定铸速以及合理控制铸坯进入加热炉时的温度以保证均热的效率和降低能耗。要进一步改进工艺操作和提高管理水平，降低拉漏率，减少设备与质量事故。特别是进一步加强信息化技术，协调炼钢一精炼一连铸一加热炉一热轧机各工序的生产节奏等集成优化问题，都是十分重要的。具有半无头轧制和铁素体轧
23、制等新工艺功能的作业线，一定要下大力气进行系统的研究与开发，使之应用于正常的生产过程中，取得应有的效益。关于产品开发虽然各厂都在努力，但除了前面已提到薄规格产品比例未能快速提高的问题外，真正结合薄板坯连铸连轧工艺特点与优点来开发品种的思路与体系，以及修改与建立新的产品标准系统的工作还未认真开展。企业广泛试验新品种的重复性与不能迅速形成有市场竞争能力的产品特别是批量生产能力等问题还普遍地存在。以上这些问题都应引起大家在生产、开发过程中高度重视，并尽快解决，否则我国薄板坯连铸连轧生产的发展，将受到不应有的制约，一些重大战略目标也将难以实现。1.1.3 我国薄板坯连我国薄板坯连铸连轧技术的发展方向铸
24、连轧技术的发展方向 1贯通冶炼一连铸一热连SL-冷SL-涂镀层整条生产线。为薄板坯连铸连轧产品高档化打好基础，有关企业都在产品开发中把冷轧品种及其延伸产品作为重要目标，这也是薄板坯连铸连轧在世界上产业化后发展的新趋势，也就是薄板坯连铸连轧既可生产薄规格热轧产品(其中部分以热代冷)，也可像传统流程一样生产优质冷轧品种及其延伸产品。2尽快实现以薄规格优质薄带材生产为特色的高效化生产按照薄板坯连铸连轧生产的特点，生产薄规格热带材是一种优化选择。但目前大多数企业受市场影响为提高产量生产较厚规格的带卷，以实现短期效益。3必须加大对装备和相关材料的研究。立足自主创新与国内供给。4要开展有针对性的组合集成研
25、究 1.21.2 国外连铸连轧技术的发展趋势展望国外连铸连轧技术的发展趋势展望 1生产能力提高采取增加薄板坯厚度、改进保护渣，采用高频小振幅波形可调振动机构实现高速浇铸等措施来提高生产能力新建生产线的生产能力已能与传统板坯轧机相配。单流达160万ta，两流达250万 a从而充分利用热轧机能力成为可能。2扩大品种提高质量各薄板坯连铸工艺均在努力根据市场需求而扩大浇铸钢种，达尼里FTSC工艺作为在CSP和ISP法基础上开发出来的工艺技术上更胜一筹，公司宣称已能浇铸其他方法难以生产的包晶钢、电工钢等。由于冶炼及连铸、轧制工艺技术的不断改进，成品带的质量正在不断提高，其内在和表面质量、机械性能、板形等
26、已达到甚至超过常规热轧带标准，有的达到了冷轧板质量。3生产超薄带材，部分取代冷轧产品高炉转炉路线钢厂利用薄板坯连铸设备生产超薄规格产品，具有质量优势，目前许多薄板坯连铸连轧厂家正致力于生产薄规格和超薄规格带材最薄为07mm08ram取代部分冷轧产品，进一步扩大了薄板坯连铸产品的市场份额。美国阿克梅厂作为世界上第一家使用氧气转炉和薄板坯连铸连轧相配合的生产企业，所生产的超薄带厚度仅076m m。4技术多样化薄板坯连铸设备开发和设计均按用户厂具体情况和要求而定。由于条件和要求的多样性，决定了技术发展的多样性。除了前面介绍的四种薄板坯连铸工艺外国外还有美国和韩国三星公司联合开发的TsP工艺；蒂森、于
27、齐诺尔、SMS合作开发的CPR法；Il崎钢公司和日立公司开发的KH连铸机；韩国浦项投产的UTSR设备等此外还有尚未命名的处在开发试验中的机种不能排除它们后来居上的可能性。5半无头、无头化连续轧制和热轧带钢的深加工SiMS提出将CSP工艺过程和轧制的连续化方案。意大利阿尔维迪1SP的热带产品已进一步进行热浸镀。以提高档次，扩大品种应用领域。1.3.1.3.剪切机及其发展概况剪切机及其发展概况 1.3.11.3.1 剪切机及剪切机的分类和用途剪切机及剪切机的分类和用途 用于对轧件进行切头、切尾或剪切成规定尺寸（定尺）的机械称为剪切机。根据剪切机刀片形状、配置以及剪切方式等特点，剪切机可以分为平行刀
28、片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。1平行刀片剪切机：其特点是剪切机两个刀片彼此平行。平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。平行刀片剪切机一般都由电动机驱动，根据其工作制度，可分为启动工作制和连续工作制两种。前者多半采用直流电动机，每剪切一次，电动机启动、制动一次，完成一个工作循环。在连续工作制的剪切机上，一般均采用带有飞轮装置的交流绕线式异步电动机，在传动系统中装有离合器。电动机启动后就连续运转，每次剪切时，先将离合器合上，使传动系统带动剪切机构进行剪切。剪切完了将离合器打开，使剪切机构和传动系统脱离。显然，在这种剪切机上，离合器的性能直接影响剪切机的运转及其生产率。在大型平行
29、刀片剪切机上，除采用电动机驱动外，也有采用液压传动的。用途：用于横向热剪切初轧坯（方坯、板坯）和其他方形及矩形断面的钢坯，故又称为钢坯剪切机。有时也用两个成形刀片来冷剪管坯及小型圆钢等。2斜刀片剪切机：剪切机两个刀片中由一个刀片相对于另一个刀片是成某一角度倾斜布置的，一般是上刀片倾斜。根据剪切机机架结构型式，斜刀片剪切机可以分为开式和闭式。用途：用来横向冷剪或热剪钢板、带钢、薄板坯，故又称为钢板剪切机。有时，也用来剪切成束的小型钢材。3圆盘式剪切机：由于刀片是旋转的圆盘，因而可以连续纵向剪切运动着的钢坯或带钢。圆盘剪通常设置在精整作业线上，用来将运动着的钢板的纵向边缘切齐或切成窄带钢。根据其用
30、途可分为两种型式：剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。剪切板边的圆盘剪每个圆盘刀片均悬臂地固定在单独的传动轴上，刀片的数目为两对，这种圆盘剪用于中厚板的精整加工线、板卷的横切机组和连续酸洗等作业线上。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组、连续退火和镀锌等作业线上。这种圆盘剪的刀片数是多对的，一般刀片都固定在两根公用的传动轴上，也有少数的圆盘剪刀片固定在单独的传动轴上。圆盘剪在连续剪切钢板的同时对其切下的板边要进行处理，通常在圆盘剪后面设置碎边机，将板边剪切成碎段送到专门的滑槽中去。此外，对于薄板板边也有用卷取机来处理的，其缺点是需要一定的手工操作，卸卷时要停止剪切等。为了使已切掉板边的钢板在出圆
31、盘剪时能够保持水平位置，而切边则向下弯曲，往往将上刀片轴相对于下刀片轴移动一个不大的距离，或者将上刀片直径做得比下刀片小些，此时，被剪掉的板边将剧烈地向下弯曲。为了防止钢板进入圆盘剪时向上翘曲，通常在圆盘前面靠近刀片的地方装有压辊。4飞剪机：飞剪机用来横向剪切运动着的轧件。它可以装设在连续式轧机的轧制作业线上，亦可装设在横切机组、连续镀锌机组和连续镀锡机组等连续作业精整机组上。随着连续式轧机的发展，飞剪机得到了愈来愈广泛的应用。根据飞剪机的用途，飞剪机可分为切头飞剪机和切定尺飞剪机两大类。如果按照飞剪机剪切机构的型式来分，目前应用较广泛的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式
32、飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式飞剪机等。近十几年来，采用计算机可编程序控制等新技术的飞剪机得到了一定的发展。1.3.21.3.2 剪切机的发展趋势剪切机的发展趋势 近年来，剪切机的发展趋势主要是传动方式和控制方式的发展。从传动方式来说，剪切机主要从电机械传动向液压传动方向发展。在最初的剪切机，都是使用电机械传动动力，其缺点就是机构复杂，传动动力受到限制，效率较低。随着液压传动技术的发展，应用到剪切机上，使得最大剪切力大幅度提高，而机构体积并没有同比地增长，效率得到了提高。从控制方式来说，剪切机经历了电机械控制、气液控制、计算机可编程序控制的过程。随着控制方式的发展，剪切机的剪切精度越来越高。特
33、别是计算机技术的应用，使剪切机以及整个生产线的自动化程度明显地提高。1.41.4 摆式剪研究的内容和方法摆式剪研究的内容和方法 1.4.11.4.1 型型钢热连轧机的生产工艺热连轧机的生产工艺 图1.1 1.4.21.4.2 摆式剪在型钢连续机组的布置和作用摆式剪在型钢连续机组的布置和作用 摆式剪属于连铸设备，它的安装位置是在连铸机扇形段的出口和加热炉的入口之间。它是把连铸机出来的厚度约50mm、运动速度约4m/min热板坯根据一定的尺度进行分段剪切后输送到加热炉的。1.4.31.4.3 摆式剪的结构特点和研究的内容与方法摆式剪的结构特点和研究的内容与方法 1摆式剪的结构特点 摆式剪主要有摆剪
34、本体、送料系统、传动系统、控制系统和一些辅助机构几大部分组成。摆式剪是由传动侧机架、操作侧机架、偏心轴、摆臂、连杆、上剪刃滑架、下剪刃横梁、输送辊道、入口侧溜槽、出口侧横梁、出口侧溜槽等件组成。2摆式剪的研究内容和方法 本文主要设计摆式剪的机构。通过设计摆式剪的结构参数，确定主要构件的结构型式。然后，进行摆式剪的力能参数计算，推算出摆式剪的偏心轴转动一周（即剪切一次）的过程中，其转角与剪刃开口度之间的关系，进而求得不同转角对应的剪切力和静力矩。最后，通过平均静力矩选择电动机以及在所选的电动机功率下，校核摆式剪的主要部件的强度。第二章摆式剪设计方案的选择第二章摆式剪设计方案的选择 2.12.1
35、已知条件已知条件 参数：1.摆式剪驱动形式：电动机械剪切，液压同步。2.剪切产品尺寸：501560mm。3.剪切钢种：Q235。4.剪切温度：700。5.剪切次数：10次/min。6.铸坯拉速：6.5m/min。2.22.2 方案的总体布置形式方案的总体布置形式 根据剪切机的基本构成和本次毕业设计的给定条件，来确定摆式剪的总体布置形式如下方框图：图2.1 2.32.3 摆式剪方案的确定摆式剪方案的确定 2.3.12.3.1 摆式剪方案的比较和确定摆式剪方案的比较和确定 （a）(b)(c)图2.2 摆式剪的型式很多，上图3（a）（b）（c）就是摆式剪的三种型式。图2.2（a）所示的是一种用于剪切
36、钢坯的摆式剪示意图。主动杆1作旋转运动，除了主动曲柄1进行剪切外，整个系统由连杆5连接可相对铰链摆动。这样，剪切时剪刃就可以和轧件一起运动，剪切终了靠辅助装置中的弹簧使剪切机回到原始位置。这种剪切机 可以用来剪切100*100mm以上的钢坯,但剪切速度小于11.5m/s。图2.2（b）是一种液压摆式剪切机，上下剪刃的相对运动由液压缸1和活塞2实现，剪刃与轧件速度同步由剪切机的自由摆动来保证。图2.2（c）所示的摆式剪切机是靠偏心轴1的转动使剪刃靠拢，实现剪切，同时剪切机与轧件一起摆动。这种剪切机主要用于剪切钢坯的头部，剪切断面较平直。综合上面三种剪切机，可以把本次设计的剪切机确定为如下：把图2
37、.2（a）的曲柄1做成双偏心轴，而且分别用来带动上下剪刃；把连杆5做成一定角度的液压缸，来保证剪切机能够对运动着的轧件进行剪切；把上下剪刃放在同一个滑槽中，以保证在剪切时上下剪刃始终处于同一个平面内。由此，在设计剪切机时，剪切机与轧件同步前进，只需计算剪切机在垂直面内的剪刃对剪。2.3.22.3.2 摆式剪的传动原理简图摆式剪的传动原理简图 根据剪切机知识，查阅资料，作出本次设计的摆式剪切机的传动原理简图如下：图2.3 摆式剪的剪切过程：本设计采用的是曲柄连杆机构。电机通过减速机连接轴带动偏心轴转动，使连杆、摆臂带动上、下剪刃刀架相对运动形成剪切。偏心轴转动180时上下剪刃对切，偏心轴转动36
38、0时完成一次剪切，剪切同时推拉缸推动摆臂沿板坯运动方向摆动，剪切是在摆动过程中进行。剪切后推拉缸推动摆臂回到原位准备下一次剪切。2.3.32.3.3 摆式剪机架的选择摆式剪机架的选择 剪切机的机架可以分为开式和闭式两种。开式机架呈凹形，即机架的一侧有较大的侧凹形空间，上下刀台安装在这一空间进行轧件的剪切。开式机架的特点是便于观察轧件的剪切情况以及换辊方便。但是机架有较大的侧凹形缺口，机架刚性差。因此，这种剪切机主要用来剪切成束小型圆钢，以及宽度不大的钢板（焊管坯）等轧件。闭式机架是一个整体框架，具有较高强度和刚度。闭式机架主要用于轧制力较大的初轧机、板坯轧机和板带轧机等。采用闭式机架的工作机座
39、，在换辊时，轧辊是沿其轴线方向从机架窗口中抽出或装入，这种轧机一般都有专用的换辊装置。本次设计的摆式剪切机剪切力较大，对机架的强度和刚度要求比较大，故选择闭式机架比较合适。2.3.4 刀刃的型式刀刃的型式 刀刃分为平行刃和斜刀刃，在设计时可以对上下刀刃分别作出选择。在本次设计中，上刀刃采用人字形剪刃，它由螺栓与上刀台固定。由于刃口呈人字形，故组装时在刀刃和刀台之间装有一与刃形相适应的垫板，垫板的底面是平面，使刀台加工简单。剪刃做成人字形的优点是既可以缩小剪切区，减少剪切力，又能克服侧推力。因为剪刃呈人字形，在剪切时，剪刃与钢坯两边同时接触，使钢坯横向移动的侧推力得到平衡，并且可大大减小剪刃和钢
40、坯之间的速度差值，两者达到最佳同步速度，从而提高了剪切质量。剪刃的侧间隙，定位所剪钢坯的10%，并利用增减上剪刃背上的垫板进行调整。2.3.52.3.5 摆式剪工作制度的选择摆式剪工作制度的选择 目前国外多采用两种比较先进的剪切机型，一是采用离合器制动器，我们称“连续起停”制剪切，另一种是电机直接起停制剪切，两种剪切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。起停制剪切将逐步代表着剪切机的发展趋势。连续起停制剪切机，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
41、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。起停制剪切机，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 剪切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。这种剪切一般处于静止状态，剪切时，
42、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，这种剪切结构简单，维护保养方便，控制环节少，剪切精度较高。连续起停制剪切与起停制剪切相比较，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。所以，在设计中，选择连续起停制剪切比较合适。第三章摆式剪切机的运动学分析第三章摆式剪切机的运动学分析 3.13.1 摆式剪结构设计参数摆式剪结构设计参数 摆式剪主要结构参数包括刀片倾斜角、刀片尺寸、刀片行程和理论剪切次数。3.1.13.1.1 刀片倾斜角刀片倾
43、斜角 刀片的倾斜角愈大，剪切时的剪切力愈小，但使刀片的行程增加。最大允许倾斜角max受钢板与刀片间的摩擦条件的限制，当max时，钢板就要从刀口中滑出而不能进行剪切。如果剪切机的上刀片做成人字形，max就不再受摩擦条件限制，上刀片采用双倾斜角以后，剪切时钢板能保持在中间位置。另外，倾斜角的大小对剪切质量也有影响。当很小时，在钢板剪切断面出现撕裂现象。为了改善剪切质量和扩大剪切机的使用范围，有的剪切机倾斜角做成可以调整的。上刀片倾斜角与钢板厚度之间有一定的关系。在剪切薄钢板时，一般用 1.56，而剪切厚钢板时为812.因此，本次设计时，人字形刀刃的倾斜角选为5.2。3.1.23.1.2 刀片尺寸刀
44、片尺寸 剪刃长度 L：max(100300)LB 式（3.1）=1560+240=1800mm 式中,maxB被剪钢板的最大宽度 剪刃横断面高度 h：max(0.651.5)hh 式（3.2）=1.250=60mm 式中，maxh被剪钢板的最大高度 剪刃横断面宽 b：(2.5 3)hb 式（3.3）=60/2.5=24mm 3.1.33.1.3 刀片行程刀片行程 斜刀片剪切机的刀片行程 HHH 式（3.4）m a x12HBt g 其中，H与平行刃剪切机一样，即 1IHHsr 式（3.5）图3.1：刀片行程图 IH辊道上表面到压板下平面间距离；(50 75)IHhmm其中h为轧件的最大截面高度
45、，(5075)是保 证翘头轧件通过所留的裕量；因此，5070120IHmm。s上下剪刃的重叠量，因为上剪刃做成人字形，所以 m a x15.22snBtg111 5 6 05.27 0.9 82t gm m，取72smm。1压板低于上剪刃的数值，以保证上剪刃不被轧件撞击，一般取为5 25mm。所以取123mm。r 辊道上平面高出下剪刃的数值，用以保证下剪刃不被轧件撞击和 磨损。一般可取520mm。所以取14rmm。则，1IHHsr 1 2 07 22 31 4 229mm 而，m a x12HBt g 11 5 6 05.22tg 7 0.9 8mm 取 71Hmm。所以，HHH 2 2 97
46、 1 300mm 3.1.43.1.4 理论剪切次数理论剪切次数 剪切次数是表示剪切机生产能力的一个重要参数。有理论剪切次数 n和实际剪切次数n之分。理论剪切次数是指每分钟内剪刃能够不间断地上下运动的周期数。实际剪切次数是指每分钟内剪切机实际完成的剪切周期数，即实际剪玩轧件段数。设计剪切机时，应按理论剪切次数来考虑。本次设计的理论剪切次数是10次/min。实际剪切次数依据情况来确定。3.23.2 摆式剪剪切速度和剪切加速度摆式剪剪切速度和剪切加速度 3.2.13.2.1 初选电动机和确定有关技术参数初选电动机和确定有关技术参数 （1）初选电动机 主驱动电动机初步选为YR4004，其额定功率为4
47、50KW，转速为1474r/min,同步转速为1500r/min，效率为94.6%。（2）偏心轴结构的确定 偏心轴做成双偏心轴，上刀刃安装在偏心为60mm的轴段，下刀刃安装在偏心为90mm的轴段。（3）连杆长度的确定 根据机架结构以及上刀台的结构，确定连杆的长度为1240mm。（4）减速机传动比的确定 减速机为三级减速，确定传动比为147.4。3.2.23.2.2 摆式剪的剪刃速度摆式剪的剪刃速度 上剪刃：上剪刃的速度就等于连杆与上刀台连接处的速度。图3.2 由图3.2知：2221240(150cos)H 式（3.6）221240(150cos)ddHdd上 222150 sincos1240
48、(150cos)其中 上为上剪刃速度，单位为/m s，方向为竖直向下。下剪刃：图3.3 由图3.3知：1c o sR下 式（3.7）其中 为下剪刃速度，单位为/mm s，方向为竖直向上；190Rmm；21 0/60rad s。将偏心轴每隔10转角所计算的上下剪刃的速度值列于表3.1 表3.1 上剪刃 下剪刃 上剪刃 下剪刃 上剪刃 下剪刃 0 0 0.942 120-7.872-0.471 240 7.872-0.471 10 3.126 0.928 130-8.962-0.606 250 5.836-0.322 20 5.869 0.885 140-8.974-0.722 260 3.104
49、-0.164 30 7.902 0.816 150-7.902-0.816 270 0 0 40 8.974 0.722 160-5.869-0.885 280-3.104 0.164 50 8.962 0.606 170-3.126-0.928 290-5.836 0.322 60 7.872 0.471 180 0-0.942 300-7.872 0.471 70 5.836 0.322 190 3.126-0.928 310-8.962 0.606 80 3.104 0.164 200 5.869-0.885 320-8.974 0.722 90 0 0 210 7.902-0.816
50、330-7.902 0.816 100-3.104-0.164 220 8.974-0.722 340-5.869 0.885 110-5.836-0.322 230 8.962-0.606 350-3.126 0.928 3.2.33.2.3 摆式剪的剪刃加速度摆式剪的剪刃加速度 上剪刃加速度：dad上上 式（3.8）22222(75sin2)150cossindad上上 式（3.9）式中 221240(150cos)式（3.10）其中 a上为上剪刃速度，单位为2/ms，方向为竖直向下。下剪刃加速度：dad下下 式（3.11）1sinaR 下 式（3.12）其中 a下为下剪刃加速度，单位为
