陳倫樹

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

三軸傳動(dòng)滾切式雙邊剪安裝在中厚板剪切線上，對(duì)鋼板的兩縱邊同時(shí)剪切。剪切鋼板厚度一般為5～50 mm。剪切不同厚度和材質(zhì)的鋼板時(shí)需要調(diào)整剪刃間隙，即調(diào)整切邊上、下刀的側(cè)隙。剪切完成后，為避免上刀抬升時(shí)與剪后成品鋼板摩擦，需上刀后退，使其與鋼板間出現(xiàn)間隙；剪切下一刀前，需將上刀復(fù)位，保證剪刃間隙；即上刀在空行程內(nèi)，應(yīng)完成后退和復(fù)位兩個(gè)動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)該功能，在滾切式雙邊剪中設(shè)置了切邊刀間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)。由于滾切式雙邊剪結(jié)構(gòu)緊湊，以及上刀在剪刃間隙調(diào)整時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)和在后退時(shí)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等特點(diǎn)，因而該機(jī)構(gòu)采用嵌套式雙四連桿機(jī)構(gòu)。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

切邊刀間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)見圖1，由間隙偏心軸、后墻、銷軸、拉桿、后退偏心軸和支座等組成。間隙偏心軸、銷軸分別裝在后墻上、下端的圓柱孔內(nèi)，拉桿一端通過銷軸與后墻下端連接，另一端通過后退偏心軸與支座連接，支座把合在機(jī)架上。

上刀架與切邊連桿采用球形連接，以適應(yīng)上刀架隨后墻一起擺動(dòng)。上刀裝在上刀架上，上刀架在側(cè)平衡裝置拉力作用下始終貼緊后墻。當(dāng)后墻擺動(dòng)時(shí)，上刀架帶著上刀隨之?dāng)[動(dòng)，擺動(dòng)量就是剪刃間隙值或后退量。

1.2 工作原理

調(diào)整剪刃間隙時(shí)，后退偏心軸帶著后墻停在復(fù)位位置。間隙偏心軸、后墻、拉桿和機(jī)架組成剪刃間隙調(diào)整四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)電機(jī)帶著間隙偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，后墻擺動(dòng)。上刀架緊貼后墻，把上刀架與后墻看成整體，后墻擺動(dòng)量為剪刃間隙值Δx。

當(dāng)上刀架運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，間隙偏心軸處于制動(dòng)狀態(tài)。后退偏心軸、后墻、拉桿和機(jī)架組成后退四連桿機(jī)構(gòu)。后退凸輪裝在上刀架偏心軸上，并隨之一起旋轉(zhuǎn)，凸輪大徑通過滾輪和壓桿一、壓桿二帶著凸輪偏心軸上下往復(fù)擺動(dòng)，凸輪偏心軸通過后退偏心軸帶動(dòng)后墻左右往復(fù)擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上刀的后退和復(fù)位，后墻向右的擺動(dòng)量就是后退量Δx′。切邊刀間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)原理見圖2。

2 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

從圖2可以看出，間隙偏心軸、后退偏心軸、后墻、拉桿和機(jī)架構(gòu)成了剪刃間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)的基本桿組。表面看是一個(gè)雙曲柄五連桿機(jī)構(gòu)，通過對(duì)工作原理的分析，實(shí)質(zhì)上是嵌套式雙四連桿機(jī)構(gòu)，即兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)有各自獨(dú)立的曲柄，共用連桿(后墻)和搖桿(拉桿)。

1—切邊下刀 2—切邊上刀 3—上刀架 4—間隙偏心軸(間隙曲柄) 5—后退液輪 6—后退凸輪 7—壓桿一 8—后退偏心軸(后退曲柄) 9—凸輪偏心軸 10—拉桿(搖桿) 11—后墻(連桿) 12—壓桿二 圖2 切邊刀間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)原理圖Figure 2 Principle of trimming shear clearance adjustment and backward mechanism

(a)一級(jí)桿組RR

上刀停在初始位，且后墻處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，把該狀態(tài)的剪刃間隙值和后退量都設(shè)置為零。以下刀刀尖為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系。給定O1、O2、B點(diǎn)的坐標(biāo)值和初始角度α0以及凸輪偏心值R3等原始參數(shù)。用作圖法確定擺角γ，擺角2γ就是后退角度。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)定間隙偏心值R1和后退偏心值R2。先用作圖法確定間隙偏心軸的旋轉(zhuǎn)方向和后墻的擺動(dòng)方向，用解析法優(yōu)化計(jì)算，再用作圖法驗(yàn)證。

采用解析法中的桿組法優(yōu)化計(jì)算機(jī)構(gòu)參數(shù)，分析其運(yùn)動(dòng)位置，由于運(yùn)動(dòng)速度慢，不分析其速度和加速度。

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

2.1.1 間隙調(diào)整四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

前期分析 教師對(duì)教學(xué)環(huán)境、教學(xué)對(duì)象以及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，通過合理組織、優(yōu)化配置相關(guān)教學(xué)資源，如網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、學(xué)時(shí)、計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)、教材，建立集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的混合式教學(xué)平臺(tái)[5]，為教學(xué)資源建設(shè)和教學(xué)策略抉擇奠定基礎(chǔ)。本文采用藍(lán)墨云班課作為電力電子技術(shù)課程混合式教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，以教師在云端創(chuàng)建的班群和班課空間為基礎(chǔ)，教師可以進(jìn)行課堂管理、資源推送、教學(xué)評(píng)價(jià)等教學(xué)組織，學(xué)生可以進(jìn)行訂閱課程、個(gè)性化學(xué)習(xí)、討論交流等[6]。藍(lán)墨云班課平臺(tái)功能模塊見圖1。

把間隙調(diào)整四連桿機(jī)構(gòu)拆成一個(gè)一級(jí)桿組RR(曲柄)和一個(gè)二級(jí)桿組RRR(連桿、搖桿)分別計(jì)算，四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析見圖3。

(1)一級(jí)桿組RR位移分析

計(jì)算A點(diǎn)坐標(biāo)，α=α0-i。

xa=xO1+R1cosα

(1)

ya=yO2+R1sinα

(2)

用式(1)、(2)計(jì)算C點(diǎn)和D點(diǎn)坐標(biāo)。

(2)二級(jí)桿組RRR位移分析：

計(jì)算連桿Lab、Lac和Lbc：

(3)

如果Lab+Lbc

(4)

(5)

θ=θ1-θ2

(6)

(3)計(jì)算剪刃間隙值

計(jì)算剪刃間隙值：Δx=xd。

2.1.2 后退四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

后退偏心軸向右擺動(dòng)角度為2γ，按公式(1)和公式(2)計(jì)算C點(diǎn)坐標(biāo)，再計(jì)算連桿長度及其擺角，最后計(jì)算出D點(diǎn)坐標(biāo)。

后退量為：Δx′=xd-Δx

2.2 程序框圖

優(yōu)化目標(biāo)：5.2 mm≤Δx≤5.5 mm，1.9 mm≤Δx′≤2.2 mm。

優(yōu)化計(jì)算參數(shù)：曲柄值R1、R2和連桿長度。

采取先優(yōu)化剪刃間隙值，再優(yōu)化后退量的內(nèi)外雙循環(huán)法；即先計(jì)算剪刃間隙最大值，判斷該值是否滿足優(yōu)化目標(biāo)，如果不滿足，調(diào)整曲柄值R1再次計(jì)算，直到滿足優(yōu)化目標(biāo)為止，作為內(nèi)循環(huán)；然后，后退曲柄擺到后退位，計(jì)算每個(gè)剪刃間隙值所對(duì)應(yīng)的后退量，找出最小值，判斷該值是否滿足優(yōu)化目標(biāo)，如果不滿足，調(diào)整曲柄值R2，再次返回計(jì)算剪刃間隙值和后退量，直到后退量滿足優(yōu)化目標(biāo)為止。作為外循環(huán)，輸出相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化計(jì)算結(jié)束。程序框圖見圖4。

圖4 程序框圖Figure 4 Block chart of procedure

3 工程應(yīng)用實(shí)例

我公司為某鋼廠設(shè)計(jì)制造的一臺(tái)三軸傳動(dòng)滾切式雙邊剪，要求剪刃間隙為0.5～5 mm，后退量約2 mm。設(shè)計(jì)時(shí)用該方法編寫計(jì)算程序，把相關(guān)原始參數(shù)輸入程序中進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下(取偏心量最小的一組值)：

間隙偏心軸偏心量：R1=27.5 mm

后退偏心軸偏心量：R2=7.5 mm

剪刃間隙值和后退量見表1。

表1 剪刃間隙值和后退量Table 1 Clearance values and backward amounts of shear blade

從表1中可見，優(yōu)化時(shí)，實(shí)際選取間隙偏心軸旋轉(zhuǎn)角度范圍為6°～85°，滿足技術(shù)要求。

在計(jì)算機(jī)上用作圖法驗(yàn)證，按上表角度分別作出運(yùn)動(dòng)軌跡圖，測量剪刃間隙值和后退量，把測量值與計(jì)算值比較，兩者結(jié)果完全相同。

裝配完成后，按上表角度分別盤動(dòng)間隙偏心軸和后退偏心軸，測量剪刃間隙值和后退量，與計(jì)算值比較，兩者結(jié)果相吻合。

4 結(jié)論

優(yōu)化后，偏心軸的偏心量減小，使設(shè)計(jì)更精準(zhǔn)，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)效率。通過介紹的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法找到了切邊刀間隙調(diào)整及后退機(jī)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值，為類似機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種優(yōu)化方法。