QC11Y自动剪板机设计
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大 连 大 学 本科毕业论文 (设计 )开题报告 论 文 题 目: QC11Y 自动剪板机设计 学 院: 机械工程学院 专 业 、班 级: 机械设计制造及其自动化 机英 141 学 生 姓 名: 高悦 指导教师(职称): 王艳颖 (副教授) 2018 年 1 月 5 日 填 1 毕业论文(设计)开题报告要求 开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节,又是完成高质量毕业论文 (设计)的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化,特制定本要求。 一、选题依据 1.论文(设计)题目及研究领域; 2.论文(设计)工作的理论意义和应用价值; 3.目前研究的概况和发展趋势。 二、论文(设计)研究的内容 1.重点解决的问题; 2.拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路); 3.本论文(设计)预期取得的成果。 三、论文(设计)工作安排 1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计 参数); 2.论文(设计)进度计划。 四、文献查阅及文献综述 学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料,并在此基础上通 过分析、研究、综合,形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相 关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面,要求思路清晰,文理通顺, 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。 五、其他要求 1.开题报告应在毕业论文(设计)工作开始后的前四周内完成; 2.开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过; 3.开题报告不合格或没有做开题报告的学生,须重做或补做合格后, 方能继续论 文(设计)工作,否则不允许参加答辩; 4.开题报告通过后,原则上不允许更换论文题目或指导教师; 5.开题报告的内容,要求打印并装订成册(部分专业可根据需要手写在统一纸张 上,但封面需按统一格式打印)。 2 一、选题依据 1、 研究领域 机电控制 机械 设计 2、 论文(设计)工作的理论意义和应用价值 随着工业技术的不断进步,制造业得到快速发展,生产规模不断扩大,专业分工 更加细化,生产过程对控制系统的自动化要求及产品质量精度要求越来越高。在生产 制造业中的金属板材制造业,需要根据尺寸要求对板材进行切断加 工,所以剪板机就 成为金属板材制造业中使用最为广泛的板料剪断设备。 PLC 剪板机以其灵活性、快速 性、可靠性和性价比高等特点取代传统继电器剪板机控制系统,而且具有操作简单、 运行可靠、编程简单、适应性强、控制精度高的明显优势。 本次课题的目的在于设计一套对金属板材剪切的具有 PLC控制的自动化剪板机生 产系统,使其能更好的满足板料加工的要求,降低生产成本,提高生产效率,增强企 业的竞争力。 随着我国制造业的发展,自动剪板机的发展越来越成为机械制造行业的中流砥 柱,自动化也是我国现代化建设的必经之路。板料的加工需要更准确,更 精确,更安 全,保证被剪板料剪切表面的直线度和平行度要求,并减少板材扭曲的现象,尽可能 缩短加工时间,改善操作人员的工作环境。 自动剪板机主要用于剪切金属板材,是重要的金属板材加工机床。其不仅用于机 械制造业,还是金属板材配送中心必不可少的装备,应用范围特别广泛,例如机械工 业、冶金工业、汽车、造船、电器电气工程设备、板金加工、钢管焊接、电子工业、 航天航空工业、农业机械制造、餐饮家具等各种行业,剪板机成为各工业部门使用最 为广泛的板料剪断设备。本次的设计在满足这些要求的基础上,能保证各种生产能顺 利的进行,并且减少不合 格品的数量。 3、 目前研究的概况和发展趋势 研究的概况: 随着社会的进步,时代的发展,自动剪板机也在不断地进步,越来越完善。在汽 车、航空航天、电子和家用电器领域,需要大量的金属板壳零件,特别是汽车行业要 求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入 21 世纪,我国汽车制造业飞 速发展,面对这一形式,我国的板材加工工艺及相应的冲压设备都有了长足的进步。 随着电子工业的发展,小型电子零件的需求日趋高涨,促进了高精度、高效率的 自动剪板机的发展。目前,日本已成为自动剪板机技术的领军,在 100KN 的压力, 8mm 冲程下,滑 块速度可达 4000 次 /min,我国金丰、江苏扬锻、高将精机、江苏扬力、 徐锻和西安通力等公司都有自动剪板机产品。 当前,我国机械制造业中自动化装备少,水准低,不仅在数量上同世界先进国家 有较大差距,而且在品种上、质量上、应用上,同世界先进水平也存在阶段性差距。 在这种国情下,要把庞大的劳动力大军从机械制造生产岗位上撤下来,投入巨额资金 改造现有的大量落后设备和研制大量的现代自动化装备及控制装置,在科学技术水准 和人员素质不太高的情况下采用先进的技术装备,都是不现实的。而大力发展低成本 3 自动化技术,确实潜力大,前景好,投 资少,见效快,可以收到事半功倍的经济效果, 适合我国现阶段的发展需要和国情。 我国机械制造业存在大量的通用设备,在发展现代机械自动化技术时,可以应用 微电子技术改造这些已有通用设备。比如用数显、数控装置改造通用设备,提高单及 自动化程度;用可编程程序控制改造通用机床、专用机床、组合机床及其自动设备与 半自动设备组成的生产线,这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适应性强的优点 和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来。这是一条低成本、高 效益、符合我国国情的机械自动化技术发展应用新途径。我国剪板机技术为适应 市场 发展,不断提高装机水平,提高板材剪切技术及质量水平。 近年来,美国的维德曼公司和日本的天田公司相继开发了一种新型剪板机,这种 剪板机是数控装置,应用在板材成型柔性制造系统。这种数控剪板机与现有的剪板机 的区别是有两个相互垂直的刀刃。因此可以对板料进行直角剪切,这对排样后从大张 板料上套裁矩形板件十分有用,如在普通剪板机上,必须先要把板料送到剪板机刀刃 进行横切,然后再将板料旋转 900 再次送进去进行竖向剪切工作,耗时耗力,不易于 提高劳动强度。在设计优化方面,国外在设计剪板机过程中通常以传统设计方法与现 代过程中设计 理念相结合,同时广泛的使用各种 CAE 以及模拟软件,对设备实际运行 情况进行仿真模拟,进而了解设备结构的力学性能,同时修改不合理的结构,使设备 性能达到使用要求。 发展趋势 : 自动剪板机随着科学技术的发展及剪板机制造技术的提高,以及社会对剪板机产 品多样化的需求不断扩大,自动剪板机产品的更新换代非常之迅速,自动剪板机产品 品种的多样化,使得剪板机出产规模已由过去的大批量出产方式为主转向以中、小批 量轮番出产占主导地位的局面,促进了剪板机数控机床的发展。 数控机床的发展泛起向两端扩展的方向,即一端是发展高技术、高功能的数 控剪 板机产品,另一端是发展简易、廉价的数控剪板机车床及兼有手动与功能的手动型数 控剪板机机床,以满足出产中多层次的要求。 在现行通用的经济型数控剪板机车床中,其纵、横向的自动进给运动均由步进电 机伺服驱动,共需要两套伺服系统。而在普通剪板机车床中,其纵、横向剪板机进给 运动则是由相互自锁的机械传动加以实现,无法实现两坐标联动功能。唯仿形剪板机 车床例外,它只有两坐标联动功能,可以车靴圆柱面、圆锥面和圆弧面等。其斜向仿 形运动在尺度样件(硬靠模)的控制下,通过液压伺服控制系统,作出与纵向主进给 运动相适应的仿形进给,从而 实现了两坐标的联动功能。 国外的剪板机的技术功能越来越齐全,操作越来越方便,随着国外技术日新月异 的发展,自动剪板机必将实现智能化,体系开放化、驱动数据化、通信网络化、设备 运行的高速化和加工高精化。 (1)减少工序,提高设备利用率,减小劳动强度,提高工作效率。 4 (2)向自动化、智能化、集成化和信息化发展。机械技术和电子技术相结合,将 先进的微电子技术、电力电子技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实 现自动化和智能化,以适应多批次少批量的柔性生产模式。 (3)向成套化,系统化和规模化发展。将自动剪板机上下 料的单元组合为成套系 统,加强加工设备与物料搬运机械的有机结合,提高自动化程度,改善人机系统。 (4)采用新理论、新方法、新技术提高设计质量。通过计算机模拟与仿真,开展 对板料厚度变化的研究,寻求参数与机种的最佳匹配与组合;开展对可靠性的试验研 究,全面采用极限状态设计法、概率设计法和可靠性设计等,利用 CAD 提高设计效率 与质量,与计算机辅助制造系统相衔接,实现产品设计与制造一体化。 (5)用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材 和异型钢,减少结构的拼接焊缝,采用各种高强度低合金钢新材料, 提高承载能力, 改善受力条件,减轻自重和美化外形。在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化 机构,以焊代铸,采用机电液一体化技术,提高使用 性能和可靠性。开发性能好 、成 本低 、可靠性高的调速系统和电控 系统 。 5 二、论文(设计)研究的内容 1.重点解决的问题 自动剪板机 的结构设计和控制系统设计 2.拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路) (1)自动剪板机的总体结构设计; (2)确定控制对象的具体参数,以利于相关配置的选择; (3)完成剪板机参数的计算 ; (4)完成液压系统的设计 ; (5)完成液压系统元件的选择 ; (6)完成液压系统图的绘制 ; (7)自动剪板机总装图绘制; (8)完成相关外文文献的翻译; 3.本论文(设计)预期取得的成果 (1)完成并绘制自动剪板机主要结构图; (2)完成液压系统的设计与元件的选用 (3)编写 10000 字以上的说明书。 6 三、论文(设计)工作安排 1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数); 最大剪切厚度为 10mm,最大宽度为 3000mm 的板带。 通过参考各类设计、加工手册等细化自动剪板机工作原理,模块功能及技术参 数;以理论计算分析为基础,以类比方法为辅助手段,采用常规设计与实体分析并 行,利用计算机辅助计算、绘图、编程、仿真完成预定的设计任务及设计要求。 2.论文(设计)进度计划 (1) 自动剪板机 总体构想并完成开题报告 第 1-4 周 (2) 总体 结构方案设计确定 各 部分尺寸 第 5 周 (3) 自动剪板机 结构图完成 第 6-7 周 (4) 驱动 方式的选择 第 8-9 周 (5) 液压系统的设计及原理图的绘制 第 10-11 周 (6) 设计 答 疑 并撰写说明书完成 第 12 周 (7) 完成 设计说明书,交 导师 审阅修改 第 13 周 (8) 设计 完成,答辩 第 14 周 7 四、需要阅读的参考文献 01宋宪通 .带有自动送料系统的液压剪板机的设计 D.天津理工大学 ,2016. 02圣祝素 .串联油缸等减速缓冲结构的设计研究 D.安徽工业大学 ,2015. 03徐吉伟 .液压闸式剪板机的结构优化设计 D.江苏大学 ,2016. 04盛刚 .超大型数控剪板机液压系统压力响应及回程节能特性研究 D.江苏大 学 ,2016. 05邓生明 ,张文玉 ,胡伯陶 .闸门式剪板机的 PLC控制系统 J.锻压技术 ,2005,(05) :57 60. 06张志娟 .PLC 在自动剪板机中的精确定长裁剪方法 J.机床电器 ,2010,(3):32 35. 07熊幸明 .可编程控制器在自动剪板机控制中的应用 J.电气开关 ,2002,(02):77 80. 08顾忠新 ,胡智明 ,刘兴讯 ,李阳 .一种高效节能新型数控液压闸式剪板机 J.锻压 装备与制造技术 ,2016,(02):45 47. 09刘艳 ,刘志 .大型板料加工自动送料控制系统的设计与改进 J.组合机床与自动 化加工技术 .2010,(11):52 55. 10王艳颖 ,刘安生 .机电综合实验指导书 M.大连大学机械 工程学院 ,2012. 11陆秀令 ,张松华 ,张忠贤 .PLC 梯形图的顺序控制设计法 J.机床与液 压 ,2003,(0 4):58 62. 12李清香 ,丁时峰 ,熊俭 .PLC 控制的液压剪板机系统设计 J.机械设计与制 造 .200 7,(11):69 72. 13SIMATIC.S7-200 ProgrammableController SystemManual.SIEMENS AG. 2000. 14Dynamic analysis of two types of over-crank guillotine shears a comparative studyJ . V. Ramamurti,Harish Rajaram,Mahadevan Balasubramaniam. Journal of Materials Processing Tech. 1998(1) 15Dynamic analysis of a guillotine shearing machineJ . V. Ramamurti,S. Sasikiran,P. Vinod Kumar. Journal of Materials Processing Tech. 1997 (2) 16A New NC Machine Tool Controller for Step-by-Step MillingJ . J. Balic. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2001 (6) 附 :文献综述 8 文献综述 随着工业的发展 ,对于金属板材的需求量也相应的增加了很多 ,这样就要求对金 属板材加工的机械设备也要适应时代的发展 ,剪板机就是金属板加工中使用比较多的 设备。产品需求量的增加和精度要求的提高就给加工设备提出了更高的要求 ,本次设 计的是液压闸式剪板机能够实现生产自动化 ,并且能够保证生产效率和加工精度。本 设备主要包括送料部分、剪板部分和液压系统部分。机械设备的主体结构大部分采用 的是焊接方式的连接 ,辅助以螺栓方式连接保证各部分的强度。在设计的过程中 ,多处 用到了液压系统 (剪切部分的压料装置是由液压 系统组成 ,此外 ,剪刀的上下运动的动 力也是又两个液压缸提供 )。剪板机部分的结构主要包括左右支架、上刀架、上刀片、 刀架导向装置、下刀架和压料系统。送料部分结构主要包括支撑架、直线导轨和滑块、 滚珠丝杠、伺服电机和气动夹紧装置。首先 ,通过分析液压闸式剪板机的机构和工作 原理 ,掌握其基本构成、性能参数以及各部件之间的连接方式 ,最后通过 CAD、 UG、 SOLIDWORKS 建立其参数化的模型。其次 ,对设备中比较重要的结构进行有限元分析。 将已建立的剪板机三维模型传递至有限元分析软件中。将剪板机结构进行刚度、强度 分析。通过考察关 键部位的应力值大小来确定材料是否满足强度要求 ,安全系数是否 足够。再次 ,通过查阅相关的资料文献 ,掌握一定的液压气动理论知识 ,然后根据设计 要求进行理论计算。对于液压系统与气动系统。精确的理论计算是必须的 ,因为不仅 可以确保系统要有足够的动力 ,还可以根据计算选取合理的液压气动元件 ,在保证系 统正常工作的情况下降低成本。参考计算结果 ,绘制合理的原理图。整个设备的设计 包括了二维图纸、三维立体图以及完整的液压系统原理图。设备的关键受力部位经过 了有限元分析保证了强度 ,液压元件也都是根据精确计算的结果来选择的。参考液压 原理图和 气动原理图设计出电气控制线路。 01 在液压驱动的机械设备中 ,油缸串联连接是多油缸驱动的方式之一。普通油缸的 缓冲结构难以达到油缸串联连接时所要求的缓冲制动效果 ,因此串联连接油缸的缓冲 结构需要专门设计。本文以某型闸式剪板机的两个串联连接的主油缸及其相关液压回 路为研究对象 ,建立相关数学模型 ,研究油缸串联的缓冲效果 ,以期设计出专用的缓冲 结构 ,提高串联油缸的缓冲制动性能。主要研究内容如下。 (1)分析现有液压系统主油 缸缓冲存在的问题。根据闸式剪板机的整体结构分析其液压驱动系统的工作原理 ,介 绍液压缸的缓冲装置以及缓 冲装置的发展。 (2)根据两个主油缸串联连接的蓄能器回 程油路 ,建立油缸回程液压回路的数学模型 ,分析各关键参数对缓冲的影响 ,求出液压 缸在临近缓冲前的初始速度。 (3)分别建立双缸缓冲、左缸缓冲和右缸缓冲的数学模 型 ,包括缓冲头径向尺寸的推导 ,缓冲段内速度、加速度以及油缸各腔压力的仿真 ;分 析计算满足等减速缓冲要求的缓冲头形状。 (4)按照满足等减速缓冲性能的理想形面 , 基于蓄能器容积 10L,充气压力 6MPa,充液压力 10MPa,机床刀架重量 G=1.8 吨 ,设计便 于制造加工且能实现近似等减速缓冲的油缸实际形面 ,对所设计的缓冲 结构进行缓冲 仿真分析 ,考察刀架重量、充液压力参数变化时的缓冲效果 ,绘制某型号闸式剪板机主 油缸的缓冲结构工作图 ,并用 CFD对流场速度和压力分布云图进行模拟分析。 02 液压系统是数控剪板机的动力系统 ,为剪切板材提供剪切力 ,其设计水准及可靠 性对剪板机的最大剪切能力产生直接影响。针对国内外超大型数控剪板机液压系统的 发展现状 ,本文开发了一套适用于大跨度、厚板材剪切的剪板机液压系统 ,并对所开发 的液压系统的压力响应特性及蓄能器辅助刀架回程的节能特性开展了理论分析及实 验研究 ,主要内容如下 :(1)自主设计了超大型数控剪 板机液压系统 ,首次采用蓄能器 外加回程缸的方式辅助刀架回程 ,具有显著的节能效果 ;通过对系统总压力损失进行 验算分析表明 ,系统总压力损失为 1.44MPa,所设计液压系统满足剪板机使用要求 ,为 9 后续系统的理论分析奠定了基础。 (2)建立了插装式电磁溢流阀数学模型及 Simulink 仿真模型 ,并结合物理模型对仿真模型进行相关边界条件设置 ,研究了剪板机循环工 作过程中系统压力及主阀阀芯位移的周期性变化情况 ,研究结果表明 ,系统建压耗时 明显长于系统卸压耗时 ,同时系统启动卸荷时 ,压力脉冲较大 ;对比分析了插装式电磁 溢流阀结构参数、输入 流量和工作压力等对系统压力响应特性的影响。 (3)建立了蓄 能器辅助刀架回程的理论模型 ,研究了蓄能器初始充气体积和液腔有效作用面积等对 刀架回程节能特性的影响 ;研究表明 ,初始充气体积和液腔有效作用面积越大 ,回程响 应越慢 ;通过对比分析两种刀架回程方式的能耗发现 ,采用蓄能器辅助回程的方式可 以使系统能耗降低 14.8%。 (4)搭建了剪板机液压实验系统 ,设计了系统压力响应特性 实验方案 ,研究了插装式电磁溢流阀静态卸荷压力及压力响应特性。实验结果表明 ,随 着输入流量的越大 ,卸荷压力有一定程度地增大 ,同时卸荷初期的压力脉冲也增大 ,实 验数据反映出的规律与理论分析结果基本一致 ,从而验证了理论分析的正确性。 04 在现代工业中 ,剪板机是一种使用上下剪刃来剪断板料的金属加工设备。目前国 内大部分剪板机的设计依旧是采用机床传统设计方法 ,设计人员借助经验公式、经验 数据、图表和手册完成剪板机的设计 ,此种设计方法存在很大的局限性 ,不能有效的改 善剪板机的应力分布 ,提高剪切性能。本文以 QC11Y-162500 型液压闸式剪板机为研 究对象 ,在有限元分析方法的基础上 ,从剪板机参数化建模、静力学分析、动力学分析 以及结构优化设计等方面进行了研究。本文的主要 内容如下 :(1)计算剪板机的力学性 能参数 ,对剪板机各部件进行受力分析 ;对剪板机机架和上刀架等主要部件进行参数 化建模 ,为有限元分析提供模型基础。 (2)对机架和上刀架进行静力学分析 ,分别在机 架和上刀架上施加移动载荷模拟实际剪切过程 ,得到各个剪切位置的应力应变分布规 律 ,校核了剪板机的强度和刚度 ;对剪板机的关键部位进行刚度分析 ,得出不同剪切位 置对关键部位刚度的影响。 (3)对剪板机机架进行模态分析 ,获取机架结构的前十阶固 有频率及相应振型 ,分析各阶振型对剪板机工作性能的影响 ,找出机架易疲劳破坏的 区域 ,为之后的优化设计提 供一定的参考。 (4)在静力学分析的基础上 ,在保证剪板机 工作性能的前提下 ,以剪板机机架结构质量最轻为目标 ,对机架进行拓扑优化设计和 尺寸优化设计 ;比较两种优化方案的优劣 ,选择较为合理的机架结构优化方案 ,得到了 一种新型的剪板机设计方法。 03 自动剪板机的发展趋势:即柔性化,敏捷化,智能化和信息化。 1.从技术中心转向以理念为中心,明确行业目标:我国一些企业家在不清楚自己 的行业本质的情况下就盲目生产扩张,品牌理念意识不强烈,剪板机在机械制造行业 中,我国企业首先要定位在为我国工业基础攻坚的排头兵,要积极树立自己的 品牌, 强化品牌效应和危机意识,要有自己的品牌特点和企业文化理念,发展灵魂也是决定 机械制造业发展方向的因素,在这个经济技术全球化的时代中创建独特的企业发展方 向的因素,在这个经济技术全球化的时代中创建独立的企业发展模式和理念。 2.从强调专业化分工向专一多能转变最大发挥劳动者的聪明才智:自从福特发明 了流水线的生产方式,全世界人们都以为这种能极大提升生产效率的方法必然是非智 能技术的顶峰,是不可以再比较改进得了,可是日本佳能相机一改流水线为圆桌生产 线,效率大大提高,原来在一张圆桌上,劳动者可以相互合作,发挥各自聪明 才智来 完成相机的组装,轻松的气氛比死板的流水线更能提高工作效率。在机械制造行业中 也是如此,让各种不同的工人参与到流水线的不同位置,以便有利于工作效率的提高。 3.加强科研的投入和人才的培养,为未来机械行业的高科技发展储备人才;现阶 段很多企业家愿意把赚到的钱投入可以减免赋税的慈善事业,但鲜有愿意投入到教育 领域中,在我国高校里由企业设下的专项奖学金以鼓励大学生在各方面的成绩,这是 一个很好的现象,但是,仅仅如此力度并不够。我们的机械企业要想在全球化的世界 10 中走的更远,就应该以各种不同的方式投入到教育事业中,为国家和 社会培养更多的 人才,最终他们会成为机械行业发展的坚强后盾。 剪板机是带有自动送料装置,可完成板料高效率、精密加工的机械剪板机,具有 自动、高速、精密三个基本要素。目前,随着社会现代化的发展,剪板机自动化水平 的提高,自动剪板机在工业中的应用越来越多,对自动剪板机的功能要求越来越多, 对自动剪板机的功能要求越来越多越来越高,这就需要对自动剪板机的控制系统加以 改进,不浪费宝贵的资源并且能提高自动剪板机的性能。同时,为了提高板料加工精 度和生产效率,对现有剪板机床进行自动化改造,成为一些中小型企业提高经济效益 的重要选择。 我国剪板机床工业多年来虽然势头强劲,但在技术上、战略上沿着老路 走,没有从根本上寻求改变发展思路。世界机床工业具有高度国际化的特征,表现在 市场国际化、技术国际化、投资国际化等方面。基于此,选择合适当代机床工业发展 潮流的模式与路径是未来国内机床工业做强所必须致力的,而且,这种选择不应该只 停留在形式上。同时,跨国并购也是实施行业产业结构调整的一种重要方式。数控剪 板机需要不断出现创新和改变其发展的路径。当今世界科技日新月异,加工技术已进 入亚微米和纳米级超精加工时代,网络化制造技术方兴未艾,绿色制造受到高度重视, 以数 控机床为技术平台的数字化制造提升到了智能制造的新阶段,技术集成和技术复 合已成为数控机床技术最活跃的发展趋势之一。针对剪板机床工业的内在属性,积极 扶持民营机床机床企业的发展,鼓励民营资本在机床工业领域投资,也应该被视为有 利于改善国内机床工业的内部结构,转变传统的发展模式的有效途径。在这方面,许 多机床工业发达地区有着足够的例证。与此同时,应积极探索深化机床行业内国有企 业的经营体制改革,建立适合市场经济需要和机床工业特点的国有资产经营管理模 式,以利于机床工业打造一个良好企业层面的微观基础。 摘要 飞剪机有上下两个剪切辊,每个辊都有刀片,上下两辊被同一台电机不停地驱动,并且剪切辊的切线速度与来料板材的水平速度相一致。上剪切辊做圆周运动,当刀片转到高于最低点时为非剪切位置,当刀片达到最低位置时和下剪切辊配合完成对来料的剪切,上剪切辊取代了被电机驱动的结构,而这个结构是用来控制每个辊在完整的运动周期内能够从完全停止启动和从运动中完全停止。旋转滚筒式飞剪机 发明领域 这个发明通常涉及钢铁制造厂的处理方法,尤其是与剪切长的热轧钢材用的先进旋转滚筒式飞剪机相适应,例如箍钢带、型材、棒材、线材,这些钢材在热连轧车间的最后一道工序时有着很高的流动速度,这个时候飞剪机将流动的钢材剪切成合适的长度以便成卷或放置在冷床上冷却。现有技术在连续热连轧机方面有一个趋势(以下简称热连轧机),那就是使板带钢在加工中的流动速度从原来的600米/分钟加速到现在的1000米/分钟甚至更高。另外,由于大厚板的应用,盘卷的重量已经从原来的25吨左右增加到现在的40吨甚至更多。高重量大尺寸的盘卷在高速、高效率的热连轧机上生产时一大特点,这一特点正在用于各种生产线,如酸洗线、平整线、剪切线,这些生产线在钢铁方面已经有了相应的处理能力,这些处理能力使得钢厂本身也没有太多问题。然而,对于出售的盘卷产品有一些问题,就是说这些产品必须符合客户生产设备对盘卷的处理能力,这些客户像切割和剪切工厂,汽车、管线制造商。用飞剪切割来料达到符合上述盘卷重量从而实现对外销售,这种切割形式如安装在热连轧机上的用于切尾和切定尺的滚筒式飞剪机,这时就会就会遇到下面问题。旋转式剪切机每次的切割都需要启动和停止转鼓,在这个过程中采用了一个所谓的启动停止系统。正因为如此,对于上下转辊直径相同的剪切机,一个剪切循环必须在转辊的大约一个或两个旋转周期内完成,一个剪切循环是指转滚从静止加速到最大速度,然后再从最大速度到停止。如果两直径不同,例如:上下辊径比为2:3时,那么剪切辊从停止到全速再从全速到停止的一个循环必须在上辊大约三个旋转周期内完成。在上旋转滚筒直径0.8m,下旋转滚筒直径1.2m的条件下,上下旋转滚筒的惯性效率将会转换为下旋转滚筒轴的20000kg.m2和1200m/min的板带热轧速度。例如,上下滚筒转变成下旋转滚筒轴所需的净加速扭矩大约为45500kg.m,当此扭矩与一个过载3倍电机相转化时,它相当于5000千瓦。这是和电机自身所需功率相比较的结果,没有考虑像机械效率一类的因素,但是它表明,需要一个具有很大承载能力的电机。由于剪切机的这个性质,那么根据这个发明设想用剪切机剪切速度超过1000m/min的板带是不合实际的。另外,起止控制系统也有这样的特性,由于上下滚筒只有完成剪切后才停止,那么发生在停止的下滚筒和经过上滚筒的带钢之间的滑移随着轧制速度的增加而增加。这将会导致板带表面出现划痕、磨损、粘着这样的问题,即产品的商业价值就会丢失。还有一个问题是,由于旋转飞剪是在滚筒连续旋转时完成剪切,那么每次剪切的长度不变。另外,甚至通过漏切来获得不同长度的方法都不能得到长度超过10m的板带,漏切是说用直径相同的上下滚筒,通过上滚筒或下滚筒周期性地竖直移动来达到剪切出不同长度的方法。当然,也可以用上下滚筒直径相同的飞剪实行漏切来实现不同长度的板带。正是由于这个原因,下面的做法到现在为止已成为惯例,那就是产品分割成卷对外销售,将热轧带钢一次卷一大卷,等冷却后展开,然后根据对外销售带卷的重量剪切成同一长度,最后再卷成卷。但是,这种做法的不足是,需要额外的重卷设备。现在,热轧厚板带钢车间在生产时出现了下述问题,例如,由板带车间生产的产品超过4.5mm或是厚达约16mm。来自这样生产线的板带钢在高速运行时不可能被切割成适合冷床的长度。由于这个原因,长厚板冷却是不可能的。这样,下面的做法就成了一个惯例:将热板带一次卷成一个大卷,冷却后展开,然后用矫直机矫直或在一系列重压下进行冷矫直,矫直是为了防止板带在剪切或气割后产生变形,最后完成分割从而生产出所需钢板。但是,在这个生产过程中,重压下的冷矫直是为了整平钢板,因此,残余应力的驱散减少和了解有关平直板的知识都是必须的。这个发明概括此项发明的目的就是明显减少每次剪切操作加速减速所消耗的能量,加减速的能量消耗是飞剪机的一大特点。这项发明的另一目的是防止板带在生产过程中表面出现划痕、磨损、粘着等类似损坏。此发明还有一个目的就是提供给飞剪有剪切大于最小可能长度的任意所要长度板带钢的能力。此项发明更大的目的是省去生产外售带卷的开卷线设备。此项发明另外一个目的是实现热轧板带由较大长度。简单地说,此项发明使旋转滚筒式飞剪机拥有第一、第二转鼓,这两个转鼓上安有各自的剪切刃,而且能够在不同速度下旋转,这就能够在来料特定流动速度下进行剪切。以下是驱动组合:转鼓的驱动方式由电机传动机制来耦合二者;一个电机给转鼓提供一个连续的切向速度,这个速度和来料同步。转鼓的移动由另一个电机驱动,因此能够使第一个转鼓在远离第二个转鼓的回收位置和接近第二转鼓的剪切位置之间移动,而且在后一个位置时剪切刃的速度同来料相同,从而完成剪切;控制方式是指控制第二个电机驱动转鼓使其能够完成周期运动,每个周期有以下过程:第二个电机在剪切刃与来料速度一致而第一个转鼓在收缩位置时开始转动,然后移动第一个转鼓到剪切位置进行剪切;完成剪切后第一个转鼓回到收缩位置,第二个电机停止转动。这个发明的性质、工作原理、特点都将从后面的具体说明中优先显现出来,结合所附图纸来阅读此项发明,这些图纸像零件图一样都有参考数字。
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