2 800 mm热分段剪设计

郑永红

(中国第二重型机械集团公司重型机械设计研究院，四川 618000)

国内某钢厂2 800 mm 中板生产线为了提高产品质量和产量，增加了连铸坯的厚度和长度，轧机生产的钢板长度增加，相应的冷床长度无法满足部分钢板通过的要求。为解决此问题，根据该生产线中的设备布置情况，经过详细分析论证，确定在冷床与热矫直机之间(见图1)增加一台热分段剪，将超过冷床长度的钢板进行分段剪切，使其能顺利进入冷床。为满足用户的要求，二重自主设计制造了该2 800 mm 热分段剪。由于现场空间的局限性，热分段剪与热矫直机之间距离很近，导致在热分段剪进行分段剪切时，钢板仍处于矫直过程中，因此采用了摆动辊道布置于热分段剪入口侧的结构形式，避免了钢板在摆动辊道摆下时无法自由伸缩的情况。

1 钢板在热分段剪及热矫直机区域的工艺流程

轧机生产的钢板进入热分段剪及热矫直机区域后，钢板有以下3 种工艺走向:

流程一，当钢板不需要分段时:热分段剪位于最大开口度位置，钢板通过热分段剪，直接进入后续流程。

图1 热分段剪及热矫直机区域设备布置简图Figure 1 Sketch of devices distribution at hot section shears and hot straightener zone

流程二，当钢板需要分段且板形良好时:钢板经过热分段剪(此时热分段剪位于最大开口度位置)，进入热矫直机矫直。当到达需要分段的位置时，钢板输送停止;热矫直机停止工作;热分段剪开始剪切钢板，将钢板分段。完成此次剪切后，热矫直机再次启动，继续矫直钢板，同时，上料辊道启动继续输送钢板。

流程三，当钢板需要分段且板形不好时:钢板整体直接通过热分段剪(此时热分段剪位于最大开口度位置)，到热矫直机进行矫直。矫直后的钢板再回退到钢板需要分段的位置，由热分段剪分段。分段后的钢板不需要再次矫直，被直接送入冷床。

2 主要技术参数

型式:液压上切式

被剪钢板厚度:≤25 mm

被剪钢板最大宽度:2 800 mm

钢板强度极限:Rm≤800 MPa

钢板延伸率:A≤21%

最大剪切力:～3 800 kN

剪切钢板温度:≤800℃

上剪刃倾斜度:2.5°

剪刃长度:3 000 mm

剪刃最大开口度:220 mm

测长辊直径:300 mm

3 设备组成、工作原理及设计时需考虑的主要问题

热分段剪由摆动辊道、剪机本体、压紧装置和测量辊装置组成(见图2)。

3.1 摆动辊道

图2 热分段剪结构示意图Figure 2 Sketch of hot section shears configuration

摆动辊道位于热分段剪入口处，主要由辊子装配、辊道架、盖板、支架、升降液压缸、液压缸底座和传动装置等组成。本组辊道有4 套辊子装配，辊子采用焊接空心辊，辊道架采用焊接结构。辊子装配、盖板以及传动装置安装在辊道架上，辊道架入口端铰接在支架上，另一端与升降液压缸头部相连。在升降液压缸驱动下，辊道架可绕其入口侧铰点上、下摆动。升降液压缸采用尾部铰接的两级驱动液压缸。4 套辊子装配中，有2 套由单独的减速电机直接传动，剩下2 套由1 台减速电机通过链条同时传动。

工作原理:不分段时，摆动辊道处于水平位置，做输送辊道用。分段时，摆动辊道随着上剪刃运动;剪切完成后，摆动辊道运动到上极限位置，输送钢板。更换下剪刃时，摆动辊道处于下极限位置。摆动辊道各工作位置由接近开关检测。

摆动辊道设计时需考虑的主要问题:

(1)摆动辊道的摆动角度应该既要匹配上剪刃的剪切行程，确保钢板剪切时辊道不与剪刃干涉，又要留出更换下剪刃的操作空间。

(2)当摆动辊道向下摆动时，辊道的入口盖板应始终低于辊面标高。

(3)辊道的出口盖板标高应高于下剪刃的标高，防止钢板运输时头部冲击下剪刃。

3.2 剪机本体

剪机本体位于摆动辊道出口，用于切断钢板。它主要由机架装配和上刀架装置组成。

机架装配为剪机的主要受力件，由左右机架、上横梁、下横梁组成一个封闭式架体，其中下横梁为铸焊件，其余为焊接件。上横梁安装有主剪切缸。机架内设有上刀架滑动腔体。下刀片通过螺栓把合在下横梁上，刀片与下横梁间设有斜楔，可手动调节剪刃间隙。

上刀架装置主要由主剪切缸、上刀架、同步连杆等组成。两台主剪切缸推动上刀架作垂直剪切运动。上刀架与上横梁通过连杆机构相连，保证上刀架在两个主剪切缸作用下始终作直线运动。上刀片直接通过螺栓把合在上刀架上(见图3)。

工作原理:不分段时，上剪刃位于上极限位置。分段时，当剪切准备工作完成后，上剪刃向下运动剪切钢板;当剪切完成后，上剪刃回到上极限位置。

剪刃更换:更换下剪刃时，上剪刃位于上极限位置;换上剪刃时，剪刃运动到设定的换剪刃位置，剪刃位置由位置传感器检测。

剪机本体设计时需考虑的主要问题:

(1)机架和横梁组成的框架必须有足够的强度和刚度来承受剪切力。

图3 剪机本体结构示意图Figure 3 Structure sketch of shears body

(2)由于剪机工作时，热钢板是静止不动的，所以必须考虑机架的冷却。

(3)剪刃间隙的调整应能满足不同钢板厚度的剪切要求。

(4)连杆的设计应满足上剪刃的剪切行程。

(5)由于上刀架带有一定角度，所以刀架重心不在刀架中心。为使两连杆的受力相同，应该按照刀架的重心位置，对称布置两连杆。

(6)上剪刃的下极限位置应避开连杆的死点位置。

3.3 压紧装置

压紧装置位于剪机本体的出口侧，用于压紧钢板，配合剪机本体剪切。它主要由压紧缸、横梁、导杆、压板组成。压板为整体焊接结构，内通冷却水。横梁为焊接件，安装在机架上，起压下导向作用。导杆在横梁套筒内滑动。压紧缸安装在机架的上横梁之上。

工作原理:不分段时，压板位于上极限位置;分段剪切时，压板压紧钢板，配合剪机剪切钢板。压板的上极限位置由接近开关检测。

压紧装置设计时需考虑的主要问题:

(1)压紧力的选择:压紧力太大，易压伤钢板;压紧力太小，钢板剪切时易跑偏。一般选取最大剪切力的4%～5%。

(2)压紧装置的两液压缸性能需要液压同步，并且压力必须可调。

(3)压头冷却方式:由于压头与热钢板经常接触，所以应考虑压头的冷却方式，一般采用内冷水方式。

3.4 测量辊装置

测量辊装置位于压紧装置的出口，用于检测钢板的长度。测量辊装置主要由气缸、支架、摆臂、辊子、万向接轴、编码器、标尺等组成。测长辊为被动辊，辊子在气缸作用下可上下摆动。支架为焊接件，把合在机架上。标尺安装在运输与冷床上料辊道1 上，用于配合测量辊定尺。

工作原理:送板时，辊子通过气缸作用压靠在钢板上表面，钢板带动辊子转动，通过万向接轴传递信号给编码器，实现测长功能。测量辊上极限位置由接近开关检测。

测量辊装置设计时需考虑的主要问题:

(1)测量辊的材料:应选择耐高温、耐磨的材料。

(2)气缸的压力:必须可调，以满足不同材质、厚度钢板的需求。

(3)钢板的支承形式:测量辊落下压在钢板上时，钢板下面的空间必须有支承，最好采用辊轮支撑的形式。

4 设备的技术特点

(1)采用液压上切式剪切机，剪切过程平稳，冲击力小。

(2)热分段剪集定尺测量、活动式上压板为一体，结构紧凑，布置合理。

(3)热分段剪设有手动剪刃间隙调整装置，可实现剪刃间隙无级调整，结构简单，重量轻，操作方便。

(4)剪刃采用整体长剪刃的形式，上下剪刃均为直剪刃，上下刀片上的四个棱边均为刀刃，可交替互换使用，有效延长了刀片的使用寿命。

(5)摆动辊道采用单独传动型式，结构简单、制造维护方便、操作灵活。

(6)摆动辊道升降缸采用尾部铰接的双级驱动液压缸型式，液压缸安置在摆动辊道的下方，直接驱动摆动辊道的升降。机构简化、安装方便、维护省力。

(7)设有专用的剪刃更换吊具，方便人工更换剪刃。

5 结束语

2 800 mm 热分段剪是热轧中板线上的重要设备，具有功能完备、实用、设备重量轻、结构简单、操作维护方便等特点。目前，该剪机已成功应用于用户现场，运行稳定，达到了设备设计的预期效果，满足了用户的使用要求。