文 / 北京瀚川鑫冶工程技術(shù)有限公司 張建國

開口度可調(diào)式液壓剪在鋁板帶生產(chǎn)線的設計與應用論述

文 / 北京瀚川鑫冶工程技術(shù)有限公司 張建國

本文簡單概述了鋁板帶熱軋生產(chǎn)線常規(guī)液壓剪發(fā)生的一些問題，針對問題提出了本設計的改進方式，對本開口度可調(diào)式液壓剪的設計結(jié)構(gòu)、工作原理和功能特點進行了較為詳細的闡述；并通過實際案例表明其運行平穩(wěn)可靠、效果良好，可以大力推廣應用。

開口度 液壓剪 調(diào)整裝置 鎖緊機構(gòu)

一、概述

直刃單斜式液壓重型剪切機一般用于鋁板帶熱軋生產(chǎn)線，位于粗軋機之后、精軋機之前，其剪切范圍大（30～120mm），對于軟態(tài)鋁最大剪切厚度可達150mm。主要用于剪切粗軋階段鋁板頭尾張嘴部分的板坯，如配置定尺標尺還可對板料進行定尺剪切，剪切后的板料做為中厚板成品下線。

由于重型液壓剪剪切厚度大，所以剪切力相對較大，為減小剪切力，剪刃一般都設計為斜刃剪切，一般為下刀刃平直設置，上刀刃單斜設置，傾斜角度一般為3～5°。

由于重型液壓剪是單斜式液壓剪，當剪切板料較寬時，剪切行程就較大，這樣被剪切板料隨著下刀架的抬升高度就大。由于下刀刃是平直刃、而上刀刃是斜直刃，所以在剪切過程中，板料除受到刀刃的剪切力之外，還會受到上下刀刃對板料的壓扭作用力的作用，再加上板料的自重，當剪切過程中，板料抬升過高且板料相對較薄、較寬時，就會在臨近剪切完畢板料提前撕裂而斷，造成切口不整齊，甚至有可能由于切口缺陷造成板料報廢。

本新型結(jié)構(gòu)設計，設置有開口度調(diào)整裝置，可根據(jù)不同的待剪切板料進行開口度的二次調(diào)整，該調(diào)整裝置安裝于液壓剪上部連接橫梁處，通過開口度調(diào)整裝置的偏心軸和上刀架的升降連桿機構(gòu)相連接，再通過升降連桿機構(gòu)帶動上刀架進行開口度的調(diào)整。

二、本液壓剪的基本結(jié)構(gòu)設計說明

本技術(shù)設計的特點是：開口度調(diào)整機構(gòu)簡單、控制運行可靠，可根據(jù)不同的剪切板料進行開口度的二次調(diào)整，開口度的調(diào)整量由偏心軸的偏心距和旋轉(zhuǎn)角度決定，調(diào)整裝置還設置有偏心軸的鎖緊裝置，保證在剪切過程中上刀架的連桿機構(gòu)的穩(wěn)固。設備設計結(jié)構(gòu)簡圖如圖-1所示，其由機架裝配、上剪切裝置、下剪切裝置、剪刃開口度調(diào)整裝置、以及液壓介質(zhì)、潤滑等管路及電氣檢測元件等組成。

1．本液壓剪的機架裝配主要由液壓剪機架立柱（15）、液壓剪底座（16）、液壓剪連接橫梁（03）組成。四個機架立柱通過螺栓和底座相連接，四個機架立柱和液壓剪連接橫梁通過鍵和螺栓相連接。板料壓緊裝置（06）安裝在上刀架上，剪切時壓緊板坯以利于順利剪切。其由壓緊液壓缸（17）、導向桿（21）、壓緊壓板（20）等組成。

2．上剪切裝置主要由上刀架升降缸（02）、上刀架升降連桿機構(gòu)（04）、上刀架（05）、壓緊裝置（06）、上剪切刀（07）組成。上刀架升降缸（02）安裝于液壓剪連接橫梁（03）上，其通過銷軸和上刀架升降連桿機構(gòu)（04）的擺桿一（22）相連接；上刀架升降連桿機構(gòu)的擺桿一（22）和擺桿二（23）連接于開口度調(diào)整裝置的偏心軸（18）上，偏心軸固定于液壓剪連接橫梁（03）上，與液壓剪連接橫梁間隙配合，可旋轉(zhuǎn)；上刀架升降連桿機構(gòu)的另一端和上刀架（05）通過銷軸相連接；而升降連桿機構(gòu)和液壓剪連接橫梁、上刀架組成雙平行四邊形結(jié)構(gòu)，通過上刀架升降缸的推出和縮回推動雙平行四邊形的擺動，從而帶動上刀架升降。

上刀架的兩端側(cè)面和機架立柱內(nèi)側(cè)面的耐磨襯板間采取間隙配合，保證上刀架可自由上下滑動，且耐磨襯板和上刀架間的間隙可調(diào)整，保證耐磨襯板磨損后的間隙一定。

3．下剪切裝置主要由下剪切刀（09）、下刀架（10）、主剪切柱塞缸（11）、下刀架同步裝置（12）、主剪切活塞缸（14）組成。下刀架（10）由左右兩個主剪切柱塞缸（11）支撐于其兩端，主剪切柱塞缸安裝于液壓剪底座上；在下刀架中部還設置有主剪切活塞缸（14），其頭部鉸接于下刀架上，尾部通過耳軸安裝于液壓剪底座上，剪切厚板時，主要由主剪切柱塞缸和活塞缸共同驅(qū)動完成剪切，剪切后在主剪切活塞缸拉動下刀架回位；剪切薄板時，主要由主剪切柱塞缸驅(qū)動完成剪切，然后由活塞缸拉動下刀架完成下刀架的回位。

下刀架的兩端側(cè)面和機架立柱內(nèi)側(cè)面的耐磨襯板間采取間隙配合，保證下刀架可自由上下滑動，且耐磨襯板和下刀架間的間隙可調(diào)整，保證耐磨襯板磨損后的間隙一定。

4．該液壓剪開口度調(diào)整裝置的設計結(jié)構(gòu)簡圖如圖-2所示，其主要由調(diào)整裝置偏心軸（18）、減速電機（24）、偏心軸鎖緊滑塊（25）、鎖緊液壓缸（26）、鎖緊滑塊導軌（27）組成。

調(diào)整裝置偏心軸（18）與液壓剪升降連桿機構(gòu)（04）的擺桿一（22）和擺桿二（23）連接，偏心軸與液壓剪連接橫梁（03）滑動配合連接安裝；偏心軸一端和減速電機（25）連接，另一端設計成外花鍵結(jié)構(gòu)并與內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)設計的偏心軸鎖緊滑塊（26）相配合，從而實現(xiàn)偏心軸的鎖緊與分離；偏心軸鎖緊滑塊安裝于鎖緊滑塊導軌（27）上，導軌和滑塊的配合處設計為燕尾槽結(jié)構(gòu)，保證鎖緊滑塊只能前后往復滑行，不能翻轉(zhuǎn)；鎖緊液壓缸（26）采用中間鉸接式液壓缸，其頭部連接于鎖緊滑塊上，液壓缸推出，推動鎖緊滑塊前移而鎖緊偏心軸，液壓缸縮回，拉動鎖緊滑塊后退而松開偏心軸。

圖-1 液壓剪基本結(jié)構(gòu)簡圖

圖-2 調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)簡圖（圖-1中A-A剖）

三、本液壓剪的工作原理

1. 如圖-1、圖-2所示，液壓剪剪切時，上刀架（05）由升降液壓缸（02）通過升降連桿機構(gòu)（4）帶動上刀架至第一行程剪切位置，然后根據(jù)板厚由開口度調(diào)整裝置的減速電機驅(qū)動偏心軸并帶動升降連桿機構(gòu)及上刀架至合適的剪切位置。

2. 上刀架行程分為兩級，第一級行程主要由升降缸驅(qū)動升降連桿機構(gòu)實現(xiàn)，第二級行程由開口度調(diào)整裝置的減速電機驅(qū)動偏心軸實現(xiàn)。當剪切板料厚度＞50mm時，板料進入到剪切位置后，上刀架才可進行第一級行程下降，這樣可避免板料的翹曲而撞擊到刀刃，剪切完畢再次提升刀架，等待第二塊板料的剪切；當剪切板料厚度≤50mm時，上刀架可先進行第一級行程下降，剪切完畢不用提升刀架，繼續(xù)等待剪切下一塊板料，這樣可提高剪切效率。

3. 當?shù)谝患壭谐滔陆档轿?，待剪切板料也進入到剪切位時，開口度調(diào)整裝置的偏心軸在減速電機驅(qū)動下，開始由偏心最高位向最低位旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動升降連桿機構(gòu)及上刀架繼續(xù)下降，從而使剪切開口度進一步減小。二級行程的下降量，也就是剪切開口度的調(diào)整量是由開口度調(diào)整裝置的偏心軸的偏心距e和偏轉(zhuǎn)角度決定，偏心距e的設計取值保證剪切最厚板和最薄板時，上刀口距板面的距離既不過大也不過小，基本在20～40mm的范圍；而偏心軸的旋轉(zhuǎn)角度也是根據(jù)剪切板料的厚度確定，其確定原則也是盡量保證上刀口距板面的距離既不過大也不過小，基本在20～40mm的范圍。

在剪切最厚板料時，偏心軸的偏心位在最高點，剪切最薄料時，偏心軸的偏心位旋轉(zhuǎn)到最低點，也即偏心軸旋轉(zhuǎn)180°。

4．剪切50mm以上厚板坯時，活塞缸和柱塞缸共同作用驅(qū)動下刀座向上運動，實現(xiàn)剪切；剪切50mm以下薄板坯時，柱塞缸單獨驅(qū)動下刀座向上運動，實現(xiàn)剪切，左右柱塞缸采用機械連桿同步裝置。

5．當待剪切板料進入液壓剪剪切位后，上刀架升降缸開始快速拉動，帶動升降連桿機構(gòu)（04）及其上刀架（05）快速下降，下降到位后，開口度調(diào)整裝置的減速電機開始工作，驅(qū)動偏心軸由最高位向低位進行旋轉(zhuǎn)，從而帶動升降連桿機構(gòu)（04）及其上刀架（05）繼續(xù)下降，剪切開口度進一步減小。偏心軸的旋轉(zhuǎn)角度根據(jù)待剪切板料的厚度由控制系統(tǒng)自動確定，偏心軸旋轉(zhuǎn)到確定位后，開口度調(diào)整裝置的鎖緊液壓缸推動鎖緊滑塊向前，滑塊內(nèi)花鍵嵌入偏心軸端的外花鍵，從而鎖死偏心軸，避免在剪切過程中偏心軸的轉(zhuǎn)動影響剪切的平穩(wěn)性。

6．在調(diào)整裝置的偏心軸旋轉(zhuǎn)的同時，設置于上刀架上的壓緊裝置（06）的壓緊液壓缸（17）也開始向下推出，帶動壓緊裝置的壓緊壓板（20）向下壓向待剪切板料，在偏心軸旋轉(zhuǎn)到位后，壓緊板緊隨其后也壓緊到位。此時下剪切裝置的下刀架（10）帶動下剪切刀（09）在主剪切柱塞缸（11）和主剪切活塞缸（14）的共同作用下，向上運動，和上剪切刀對板料形成斜向剪切，實現(xiàn)剪切。

7．剪切完畢，下刀架在活塞缸的拉動下，向下運動，同時柱塞缸泄壓，實現(xiàn)下刀架的回位；同時上刀架升降缸推出，通過連桿機構(gòu)帶動上刀架上升回位，同時偏心軸旋轉(zhuǎn)回位，壓緊液壓缸縮回帶動壓緊壓板提升回位，完成一次剪切。

8．當待剪切板料小于50mm時，完成一次剪切后，上刀架無需要提起回位，只進行偏心軸旋轉(zhuǎn)回位，壓緊液壓缸縮回帶動壓緊壓板提升回位，等待下一塊板料入位剪切即可。

四、本液壓剪的技術(shù)特點及應用

本液壓剪開口度調(diào)整裝置偏心距e的確定原則是：根據(jù)剪切板料的厚度范圍確定，保證剪切任何厚度的板料，上剪刃刀口的最低點距板料上表面的距離基本一致，約20～40mm。

圖-3 本液壓剪在實際應用現(xiàn)場

本技術(shù)設計液壓剪具有以下特點：開口度調(diào)整機構(gòu)簡單、控制運行可靠、故障率低、成本低廉；可實現(xiàn)根據(jù)不同的剪切板料自動進行開口度的調(diào)整；開口度可調(diào)整裝置設置有偏心軸的鎖緊裝置，保證上刀架的連桿機構(gòu)不發(fā)生擺動，保證剪切平穩(wěn)。

本液壓剪在鎮(zhèn)江某鋁板廠的熱軋線設備改造中得到實際應用，其運行平穩(wěn)可靠、效果良好，得到用戶的首肯，可以大力推廣應用。隨著鋁加工業(yè)向特大、特寬、特厚方向的發(fā)展，中厚板鋁熱軋生產(chǎn)線改擴建項目的增多，這種新型的剪切范圍寬廣的可調(diào)整開口度液壓剪的需求相應也會同步增長。

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Discourse of the opening adjustable hydraulic shears' design and application in aluminum strip production line