張俊峰

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

?

寶鋼股份硅鋼擺式飛剪堆鋼原因分析及問題處理

張俊峰

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

本論文主要解決寶鋼股份硅鋼擺式飛剪剪切時(shí)堆鋼現(xiàn)象，簡要介紹了擺式飛剪的結(jié)構(gòu)，通過對飛剪剪切一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場測繪和理論計(jì)算，對飛剪剪切過程中的剪切板長、加速度、導(dǎo)板形式等影響因素進(jìn)行深入分析，找出關(guān)鍵要因：剪切鋼板長度過長；剪切加速度不合理；廢料導(dǎo)板形式不合理。最終解決方案：控制鋼板定尺長度為1 m之內(nèi)，優(yōu)化剪切加速度，改造廢料導(dǎo)板形式，使擺式飛剪剪切堆鋼問題得以很好的解決，正常生產(chǎn)得以延續(xù)，證明理論計(jì)算是正確的。

擺式飛剪；堆鋼；鋼板定尺；剪切加速度；導(dǎo)板形式

0 前言

寶鋼股份硅鋼三期FCL機(jī)組，出口為了提高剪切效率和緩解出口活套的運(yùn)行壓力，由硅鋼二期的閘刀剪切改為擺式飛剪剪切。冷運(yùn)行調(diào)試階段，頻繁發(fā)生擺式飛剪剪切堆鋼的現(xiàn)象，造成機(jī)組的異常停機(jī)，需要投入大量時(shí)間來處理這些廢板，給生產(chǎn)帶來極大的不方便，業(yè)主要求調(diào)試團(tuán)隊(duì)盡快徹底解決飛剪剪切堆鋼問題，這給現(xiàn)場機(jī)械、電氣調(diào)試人來帶來了很大的壓力，通過對飛剪剪切過程中的剪切板長、加速度、導(dǎo)板形式等影響因素進(jìn)行深入分析，最終通過優(yōu)化剪切長度、優(yōu)化加速度角度、改變導(dǎo)板形式等方法，順利地解決了這一難題，完成了預(yù)定目標(biāo)。

1 擺式飛剪結(jié)構(gòu)及動(dòng)作分析

擺式飛剪本體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，該飛剪的剪切執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是分三部分組成，即上刀架即擺架，下刀架及勻速裝置。其結(jié)構(gòu)主體就是一臺(tái)凸輪式機(jī)動(dòng)下切剪，為實(shí)現(xiàn)空切，下刀架的凸輪從主軸分離出來，用一個(gè)兩端帶偏心輪的套筒，附加在主軸上，其回轉(zhuǎn)中心仍然與上刀架凸輪的回轉(zhuǎn)中心保持在同一軸線，為使刀架能自由移動(dòng)，所以將剪切機(jī)的架體設(shè)計(jì)成搖桿，回轉(zhuǎn)中心設(shè)置與上下刀架的凸輪同一軸線，這樣做的最大好處是保證傳動(dòng)裝置軸線位置的固定。推動(dòng)剪切機(jī)搖擺運(yùn)動(dòng)的裝置，稱其為勻速機(jī)構(gòu)，勻速機(jī)構(gòu)功能有二：一是產(chǎn)生擺動(dòng)，使剪刃產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)；二是根據(jù)不同長度的定尺，改變在不同轉(zhuǎn)速的條件下，保持剪刃與帶鋼同步。雖然這種飛剪結(jié)構(gòu)簡單，但是結(jié)構(gòu)未充分考慮機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力平衡，根據(jù)實(shí)際使用情況，即使剪切最薄的帶鋼，其最高剪切速度也不能超過120 m/min。

圖1 擺式飛剪的基本結(jié)構(gòu)

2 剪切堆鋼情況及受力、速度分析

2.1 飛剪剪切堆鋼情況描述

現(xiàn)場在調(diào)試過程中，屢次發(fā)生如下問題

(1)帶鋼有局部剪不斷，不時(shí)有粘刀現(xiàn)象發(fā)生；

(2)前面的廢板還沒有來得及拋掉，后面又開始剪切，有時(shí)候造成一刀切重疊的兩張板的現(xiàn)象；

(3)剪切時(shí)伴隨有機(jī)架振動(dòng)大，不規(guī)則等現(xiàn)象發(fā)生；

圖2為飛剪堆鋼及粘刀現(xiàn)象照片。

圖2 擺式飛剪剪切堆鋼后的照片

2.2 飛剪剪切受力分析

擺式飛剪機(jī)構(gòu)簡圖見圖3。

圖3 擺式飛剪機(jī)構(gòu)簡圖

根據(jù)工程中常用的計(jì)算剪切力的公式-富姆公式

P=0.257fh2Rσb=53×103Nf=1+(9.93-37.6c)R0.1990.0936+c-0.605

式中，h為帶鋼厚度，此處取最厚規(guī)格的帶鋼1.6 mm；c為剪刃側(cè)隙，一般c=5%～20%h，此處取c=5%h=0.08 mm；R為剪刃斜度，R=tgα，α為剪刃斜斜角，在此R=0.01；σb為帶鋼強(qiáng)度極限，此處取最大780 N/mm2。

為了減小剪切力，不采用平剪的形式而采用斜剪刃的形式，同時(shí)為了防止單斜度剪刃剪切時(shí)產(chǎn)生帶鋼側(cè)向移動(dòng)的情況，采用雙斜度的剪刃，既下剪刃設(shè)計(jì)為V型，所以在剪切時(shí)有2個(gè)剪切點(diǎn)，故總剪切力為

P總=2P=106×103N

2.3 擺式飛剪同步速度分析

要保證飛剪穩(wěn)定剪切，必須保證在曲柄半徑或定尺長度從最大到最小，都能維持在上下刀刃在剪切位置上的刀刃的正確關(guān)系，通常的做法是，在剪切位置上，下刀刃比上刀刃的水平分速度略高一些，這能保證剪切過程中刀刃側(cè)隙不變大，相反就有可能由于側(cè)隙的增大，使帶鋼未能完全剪斷，產(chǎn)生事故。曲柄半徑的確定，是在定尺、機(jī)組速度、飛剪轉(zhuǎn)速確定的前提下，必須滿足與機(jī)組速度的剪切關(guān)系，即飛剪刀刃的水平分速度，應(yīng)大于機(jī)組速度1%～5%，不要超過10%，這能使剪切過程中，帶鋼保持一定的張力，但是又不會(huì)因張力過大而造成帶鋼的斷帶，或使定尺長度超標(biāo)，同樣無張力剪切，會(huì)造成定尺的不正確，以及容易造成上述的“堆鋼”現(xiàn)象。

最佳剪切位置如圖4所示，應(yīng)用瞬心法來確定同步速度VA。主偏心軸與均速偏心軸由同一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。一般取主偏心軸的角速度ω主與均速偏心軸角速度ω均相等，即ω主=ω均=ω。

圖4 擺式飛剪運(yùn)動(dòng)簡圖

β角為正值時(shí)，瞬心P點(diǎn)在c點(diǎn)上面。根據(jù)瞬心法求解速度可得

VAL1+L2=VBL2=VCL3

(1)

由式(1)可得

VA=VbL1+L2L2=VCL1+L2L3

(2)

令

BC=L，PC=L3，BP=L2，L=L2+L3

則

L2=VBVCL3

(3)

則有

L=L1+L2=VBVCL3+L3

所以

L3=LVBVC+1

(4)

將式(4)帶入式(3)可得

L2=VBVC·LVBVC+1

(5)

將式(5)L2值及式(4)L3值帶入式(2)，可得

VA=VCL1+L2L3=VCL1+VBVC·LVBVC+1LVBVC+1

=L1L(VB+VC)+VB=VBL1L+1+L1LVC

(6)

由圖4可知，ν=90°-(γ+β+α)，根據(jù)速度投影定理得：VC=VDcos[90°-(γ+β-α)]cosγ=VDsin(γ+β+α)cosγ

(7)

將式(7)帶入式(6)得

VA=VBL1L+1=VDsin(γ+β-α)cosγ·L1L=

ω·OBL1L+1+ω·O1Dsin(γ+β-α)cosγ·L1L

(8)

應(yīng)用式(8)可求出不同β值及不同ω值時(shí)，飛剪的同步速度(剪刀的剪切速度)。

若β為負(fù)值，瞬心點(diǎn)P在AC延長線上。即在C點(diǎn)下面。此時(shí)，在應(yīng)用式(8)求同步速度時(shí)，則應(yīng)以負(fù)β代入，式(8)同樣有效。

由機(jī)械原理可知，此類擺式飛剪機(jī)構(gòu)中A點(diǎn)的水平位移是按正弦規(guī)律變化的。即

XA=Asinωt

(9)

則其A點(diǎn)水平速度Vxa為

Vxa=dXAdt=Aωcosωt

(10)

式中，A為擺架的擺幅；a=ωt為主偏心軸的轉(zhuǎn)角，ω=2π/T;T為擺動(dòng)時(shí)間，擺架往復(fù)一次的周期，它正好是主偏心軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的時(shí)間。若無空切時(shí)，正好為剪切一次的時(shí)間。因此，亦可稱為剪切時(shí)間，t為相位時(shí)間；A點(diǎn)的水平速度VxA隨主偏心軸的轉(zhuǎn)角a=ωt變化而變化。顯然，在α=0°(360°)及180°位置時(shí)，cosωt=1，則

vxA=VA=Aω

(11)

這說明擺架擺幅A值不同，其同步速度亦不同。

2.4 剪切長度影響因素分析

當(dāng)擺式飛剪運(yùn)行過程中，上刀固定，隨著上刀架一起擺動(dòng)，下刀隨著凸輪機(jī)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，情況見圖5。

恒定帶材速度為V0，假定剪切基本定尺長度時(shí)，其擺架擺幅及主偏心軸的角速度分別為A0和ω。在剪切瞬時(shí)，可假定cosωt=l，剪切瞬時(shí)剪切速度VA與恒定帶材速度V0同步。即

VXA=VA=Aω=V0=A0ω0

(12)

剪切基本定尺長度

L0=V0T0=A0ω02πω0=2πA0

(13)

圖5 飛剪剪切及擺動(dòng)情況分析

若主偏心軸角速度為ω值，及帶材速度V0為恒定，其剪切長度L

L=V0T0=A0ω02πω=2πA0ω0ω

(14)

令ω0ω=i，則

L=2πA0i=L0i

(15)

由式(15)可知，改變i，即改變主偏心軸的轉(zhuǎn)速(角速度)，可改變剪切長度。

由式(12)可知，若V0=Aω，則式(14)變?yōu)?/p>

L=V0T=Aω2πω=2πA

(16)

因此，改變擺架擺幅A，可改變剪切速度。A的改變，一般可用改變相位角β來實(shí)現(xiàn)。而改變相位角β，則依靠旋轉(zhuǎn)偏心軸的偏心套來實(shí)現(xiàn)。偏心套不同位置，表示了不同的相位角β值。由圖5可清楚的表明，偏心套位置不同，擺幅A值亦不同。圖中A1

每分鐘擺架擺動(dòng)次數(shù)(即主偏心軸的轉(zhuǎn)速為n主，而T=60/n主，引入空切系數(shù)K，則剪切定尺長度為：

L=V(60/n主)K

(17)

式中,V為帶材速度。

由式(17)可知，欲改變剪切長度L，可采用下列方法：

帶材速度為恒定V=60 m/min，只改變n主。由于n主的改變，會(huì)引起剪切速度VA的改變，會(huì)出現(xiàn)V與VA不一致的情況。在這種情況下，則應(yīng)采用均速機(jī)構(gòu)改變?chǔ)轮?，使剪切速度VA與帶材速度同步。

3 擺式飛剪堆鋼改進(jìn)方案

通過以上分析，有三個(gè)改善措施：①規(guī)定了剪切長度不超過1 m，定尺情況下，不管是取樣板還是取廢料，找到最優(yōu)化的剪切長度；②改進(jìn)導(dǎo)板形式，由滑輪導(dǎo)板改為鏡面不銹鋼，不但提高了導(dǎo)板使用壽命，還降低了輪子卡鋼的概率；③優(yōu)化了剪切的同步速度和加速度，保證了最優(yōu)化的剪切角度。改進(jìn)后，解決了擺式飛剪卡鋼堆鋼問題，生產(chǎn)運(yùn)行良好。

4 結(jié)論

通過對飛剪剪切一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場測繪，對飛剪剪切過程中的剪切板長、加速度、導(dǎo)板形式進(jìn)行分析，找出要因，最終控制鋼板定尺長度為1 m之內(nèi)，使擺式飛剪剪切堆鋼問題得以很好的解決，每天因?yàn)轱w剪造成堆鋼停機(jī)的幾率降低到1次以內(nèi)，正常生產(chǎn)得以延續(xù)，證明理論計(jì)算時(shí)正確的。

[1] 何經(jīng)南，王普.冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝及設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2015.

[2] 楊基厚.擺式飛剪輸入扭矩的波動(dòng)分析[J].東北重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào),1981，12(03)：377-381.

[3] (蘇聯(lián))阿爾托包列夫斯基著.機(jī)械原理[M].樊大鈞譯.北京：高等教育出版社，1956.

[4] 萬飛.曲柄擺式飛剪液壓空切原理及剪刃軌跡分析[J].重型機(jī)械,2010(01)：31-33.

[5] 潘紀(jì)根，賈高華.寶鋼冷軋廠曲柄擺式飛剪特點(diǎn)分析[J].寶鋼技術(shù)，1989(04):50-54.

[6] 鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000：314-322.

[7] 周國盈.帶鋼精整設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001：228-231.

Steel pile analysis and treatment of silicon steeltilting flying shear in Baosteel

ZHANG Jun-feng

(Baosteel Engineering & Technology Group Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China)

This paper is mainly to solve the flying shear shearing pile of steel in Baosteel silicon steel, the paper briefly introduces the structure of the flying shear, the flying shear of a series of data on-site surveying and theoretical calculation of the shear factor of shear plate in the shearing process, acceleration, guide form influence of in-depth analysis, find out the key due to the shear plate: the length is too long; shear acceleration is not reasonable; unreasonable waste plate form. The final solution: control the length of the steel is 1 m, the optimization of shear acceleration, transformation of waste plate form, the flying shear pile of steel can solve the problem very well, the normal production continues, proved by the theoretical calculation is correct.

flying shear;steel plate pile;length;shear acceleration;plate form

2017-01-06；

2017-02-10

張俊峰(1981-)，男，碩士研究生，高級工程師，高級調(diào)試經(jīng)理。

TG333

A

1001-196X(2017)04-0078-04