一种型材生产线飞剪的研发与优化

吴 伟

(中冶南方工程技术有限公司 热轧分公司,湖北 武汉 430223)

0 引 言

飞剪[1]是一种重要的冶金设备，通过剪刃的相对运动，横向剪切连续运动着的轧件。通常安装在钢坯连轧机、钢板连轧机、型钢和棒线材连轧机等轧制线上，用来剪切轧件头部、尾部、事故碎断或将轧件剪切成定尺长度。

自主研发了一种曲柄连杆式飞剪并应用于某中小型H型钢生产线，实现了该类型飞剪的完全国产化。飞剪于2012年8 月正式投用，并于2013年10月使用了优化后的剪刃更换装置。生产实践表明,该飞剪满足生产线各品种规格型钢的剪切要求,优化后的剪刃更换装置更加可靠、便捷，值得业内推广。

1 飞剪参数及结构特点

飞剪的基本参数见表1所列。

表1 飞剪基本参数

飞剪主要由主传动装置、飞剪本体、废料收集装置、换剪刃装置、飞剪输入输出辊道装置组成。

图1 飞剪结构示意图1.主传动装置 2.飞剪本体 3.废料收集装置 4.换剪刃装置 5.输入输出辊道

(1) 飞剪主传动装置

主传动装置主要由主电机，联轴器，飞轮，减速机，制动器组成。采取对称布置并联输入，主电机经由联轴器传送至减速机高速轴以及挂在高速轴上的飞轮，经减速机低速轴端将动力传输给飞剪本体(见图2)。飞轮通过键连接和减速机高速轴端相连，主要用于储存剪切能量。其中一台联轴器上带有制动轮和电液制动器相配合作用，其作用是剪刃停止工作期间确保曲柄连杆机构锁死，防止伤人、误操作。减速机高速轴连接联轴器和飞轮，低速轴为内花键轴，与飞剪本体一对齿轮轴以花键相连接。

图2 飞剪的传动示意图[2]1.电动机 2.联轴器 3.飞轮 4.减速机 5.本体小齿轮轴 6.本体下端大齿轮 7.下曲轴 8.本体上端大齿轮 9.上曲轴

(2) 飞剪本体

飞剪本体上包括包括机架、传动装置、剪切机构、剪刃侧隙调整装置、剪刃锁紧拆卸装置等。

① 机架 机架由若干钢板及六个轴承座，侧板等组成。轴承座全部焊接在机架上，进行焊后加工。曲轴的外端连接在侧板上，另外一端通过轴承座安装于机架内。另外设有两组轴承座用于安装齿轮轴。六个轴承座分别设有稀油润滑点。而侧板安装曲轴处设置有一个干油润点。

② 传动装置 传动装置由一对小齿轮，一对大齿轮及上下曲轴组成。飞剪本体接受来自于主传动传输装置的动力后，由小齿轮传递至下端大齿轮，然后与上端大齿轮啮合，最终将动力传至剪切机构实现剪切(见图2)。大齿轮与曲轴通过锥面过盈配合连接，曲轴上开有打压油孔，方便大齿轮及曲轴安装。

③ 剪切机构 剪切机构为曲柄连杆式四杆机构，由剪刃锁紧装置，剪刃侧隙调整装置，连杆，摆杆，曲柄等组成，锁紧装置主要由连杆，刀座，楔块，压杆，蝶形弹簧，活塞杆等组成。曲柄通过衬套和曲轴相连，将曲轴传递过来的动力传至四杆机构实现剪切。

(3) 废料收集装置

由溜槽，溜槽挡板，废料筐，废料筐横移装置组成。正常工作时，废料筐在工作位，溜槽挡板打开，废料框接收废料。废料框满，需要输出废料时，收缩气缸活塞杆，关闭溜槽挡板，由废料横移电机驱动卷筒，通过钢丝绳拖动废料框至离线位天窗口下，等待吊离。被吊离的废料框清理完废料后，由废料横移电机将废料框拖回初始工作位，然后活塞杆上顶，溜槽挡板打开，废料重新溜回废料框。

(4) 换剪刃装置

换剪刃装置由底座、换刀旋转架等组成，可在轨道上来回移动，共四个液压缸，可放置两对上下剪刃(新旧剪刃)，两对剪刃可通过选择换刀旋转架旋转180°交换位置进行更换。

(5) 飞剪输入输出辊道

飞剪输入辊道承接粗轧机后飞剪运输辊道，将粗轧之后的轧件导入飞剪本体进行剪切，轧件剪切完后再由飞剪输出辊道导出到精轧机组进行轧制。辊道可以正、反向旋转，可以单独控制。

2 剪刃的安装拆卸及侧隙调整

(1) 剪刃的安装和拆卸

剪刃的安装和拆卸靠剪刃锁紧装置的锁紧与松开实现，锁紧装置(见图3)主要由锁紧楔块，碟簧，刀座，活塞杆，压杆,刀座盖板组成。剪刃的拆卸采取刀座加剪刃整体式更换方式，锁紧时，压杆压紧碟簧，碟簧被压缩,产生一定预紧力使楔块牢牢的将刀座固定在连杆头中，压紧后，用螺栓将压杆固定与连杆头上。松开刀座时，液压油经过打压油口打入活塞杆腔，推动活塞杆反向压缩碟簧，使得碟簧进一步被压缩，楔块与刀座分离，使得刀座可以被剪刃更换装置拖出进行更换。

图3 锁紧装置1.刀座 2.楔块 3.压杆装置 4.剪刃 5.连杆装置

(2) 剪刃侧隙调整

在改变轧制规格、剪刃严重磨损或损坏需更换、剪刃少量磨损需调整等情况时，需要对剪刃的相对位置进行调整。剪刃侧隙调整装置主要由摆杆，偏心轴，固定螺钉等组成。如图4所示。

当剪刃在剪切时不垂直与轧件，或剪刃的侧隙达不到要求时，可将剪刃转到垂直位置，然后卸下固定螺钉，旋转偏心轴，偏心轴外端置有24个沉头孔，与固定螺钉配合，可将偏心轴固定与机架上，实现±5 mm偏心。通过改变四杆机构摆杆固定点的位置，剪刃的位置发生改变，将剪刃调到正确位置后，再旋紧固定螺钉，固定偏心轴，达到调整剪刃侧隙的目的。

剪刃的间隙和重叠量的设定和调整是否正确．直接影响飞剪的剪切质量。剪刃的间隙过大会使剪切质量下降，断口形状不好：问隙太小，会加快剪刃的磨损，间隙为负值时，严重时会造成剪刃损伤或刀架损坏等事故。H型钢的剪刃的间隙一般控制在0.2～0.4 mm，上下剪刃的重叠量为l～2 mm[3]。

3 剪刃更换装置的优化

剪刃更换装置原设计为由底座、换刀旋转架组成，共四个液压缸，更换剪刃时，先将新剪刃在离线位安装好后，手推小车至飞剪换剪刃位，驱动小车上的液压缸将装有旧剪刃的上、下刀座整体拉出分别置于上下托盘上，旋转换刀旋转架，将离线剪刃(新剪刃)更换至在线位，液压缸将新刀座推送至飞剪本体，完成剪刃更换。设计换刀旋转体的初衷为减少停机时间，但实际投入生产后，很难在拆除旧剪刃后通过旋转换刀旋转架180°后定位上下刀座，不能立即更换已离线安装好的新剪刃，所需时间及更换剪刃难度反而增加。优化后的剪刃更换装置如图5所示。

图5 优化后的剪刃更换装置1.液压缸 2.配重 3.本体 4.调整垫片 5.旋转架 6.下刀座 7.下托盘 8.平轮 9.V轮 10.U型锁块 11.上托盘 12.上刀座

改进后，轨道采用一根平轨，一根V型轨，可在轨道上来回移动，手推至工作位时，用定位螺母使得换剪刃小车U型锁块和飞剪本体相对固定，驱动小车上的液压缸将上、下刀座整体拉出分别置于上下托盘上，先用吊车吊走上刀座后，打开旋转架，将下刀座吊走(见图6)。旧剪刃更换完毕后，先将新的下刀座用吊车吊入安装于下托盘上，将旋转架旋转至工作位，装入上刀座；新液压缸将新刀座推送至飞剪本体，剪刃锁紧后，松开本体锁紧螺母，小车退回至离线位，完成剪刃更换。

图6 剪刃更换

优化后的换剪刃装置具有以下特点：

(1) 车轮分别采用V型轮及V型轮轨道，平轮及平轮轨道，使得换剪刃小车车体与飞剪本体具有较好的对中度。

(2) 车轮采用2 mm偏心设计，轨道下端采用垫片组设计，用于高度方向的微调。

(3) 上托盘设置有调整螺母，用于调整托盘侧边与刀座的间隙(见图6)。

(4) 小车车体，及本体上用U型定位块+固定螺母锁紧，保证小车与本体无相对运动，稳定可靠。

(5) 车体附有配重，防止工作时小车倾翻。

4 结 语

阐述了一种曲柄连杆式飞剪的技术参数、结构特点、以及剪刃更换小车的优化设计。该连杆飞剪的成功研发使用,使得该厂具有了生产中小型型钢的能力,填补了该地区H型钢市场的空白。本飞剪的完全国产化设计和制造,有效降低了设计和制造成本,推进了型材飞剪在国产化进程上的持续发展,为国内其他类似的项目提供借鉴和经验。

参考文献：

[1] 黄庆学.轧钢机械设计[M].北京:冶金工业出版社,2007.

[2] 许 燚.热轧型材启停式曲柄飞剪关键性能参数的计算与分析[J].冶金设备,2016(3):18-20.

[3] 殷 强，蒋 涛.飞剪在型钢轧机生产线的应用[J].冶金信息导刊,2010(3):63-64.