崔振祥

（寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠 中國 上海 200941）

0 概述

寶鋼熱軋廠2050薄板線于1990年投入生產(chǎn)，其飛剪采用的是德國施羅曼—西馬克公司設(shè)計(jì)制造的D1型飛剪，該飛剪連續(xù)生產(chǎn)能力強(qiáng)，在定尺公差、斷口質(zhì)量、形狀公差方面均能滿足用戶的要求。飛剪是薄板線上的關(guān)鍵設(shè)備，其特點(diǎn)是能橫向剪切運(yùn)動(dòng)著的軋件[1]，對(duì)它有三個(gè)基本要求：1)剪刃在剪切軋件時(shí)要隨著運(yùn)動(dòng)著的軋件一起運(yùn)動(dòng)，即剪刃應(yīng)該同時(shí)完成剪切與移動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作，且剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)分速度v應(yīng)與軋件運(yùn)動(dòng)速度v0相等或大2%～3%，即v＝(1～1.03)v0。在剪切軋件時(shí)，剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度v如果小于軋件的運(yùn)動(dòng)速度v0，則剪刀將阻礙軋件的運(yùn)動(dòng)，會(huì)使軋件彎曲，甚至產(chǎn)生軋件纏刀事故。反之，如在剪切時(shí)剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度v比軋件運(yùn)動(dòng)速度v0大很多，則在軋件中將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這會(huì)影響軋件的剪切質(zhì)量和增加飛剪機(jī)的沖擊負(fù)荷；2)根據(jù)產(chǎn)品品種規(guī)格的不同和用戶的要求，在同一臺(tái)飛剪機(jī)上應(yīng)能剪切多種規(guī)格的定尺長度，并使長度尺寸公差與剪切斷面質(zhì)量符合國家有關(guān)規(guī)定。

1 飛剪結(jié)構(gòu)和剪切原理

1.1 飛剪結(jié)構(gòu)

概括來說，飛剪由以下幾部分機(jī)構(gòu)組成。

1.1.1 飛剪本體

飛剪本體一般包括剪切機(jī)構(gòu)、調(diào)長機(jī)構(gòu)和剪刃間隙調(diào)整裝置。

1.1.2 夾送系統(tǒng)

使軋件按照工藝要求的運(yùn)動(dòng)速度通過飛剪的系統(tǒng)，常用的夾送系統(tǒng)有夾送輥、夾送矯直機(jī)和輥道等。

1.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)

一般包括飛剪本體和夾送系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置。

1.1.4 控制系統(tǒng)

控制定尺飛剪剪切長度精度、啟動(dòng)工作制飛剪啟動(dòng)及制動(dòng)位置等方面的電氣或電氣—液壓控制系統(tǒng)。

2050薄板線飛剪采用的飛剪，屬于四連桿機(jī)構(gòu)，其原理及結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 施羅曼飛剪原理圖與結(jié)構(gòu)圖

由于飛剪機(jī)作時(shí)總能量波動(dòng)較小，因此可在大于5m/s的速度下工作，薄板線飛剪最大剪切速度為110m/min，上刀刃的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，下刀刃的運(yùn)動(dòng)軌跡為弧線，下刀架的擺動(dòng)中心處裝有空切用的偏心裝置。正常工作時(shí)上下刀片按相應(yīng)的軌跡運(yùn)行進(jìn)行剪切。飛剪曲柄半徑固定，做勻速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，夾送輥在每兩次剪切之間通過非勻速送料實(shí)現(xiàn)剪切不同的基本定尺。

1.2 飛剪定尺原理

薄板線飛剪為連續(xù)工作制剪切，其定尺范圍2m~12m，斜度1.4，上刀刃成V形，這樣可減小剪切力，防止帶鋼跑偏，下刀刃為直形；剪切次數(shù)最大可達(dá)到55次/分鐘。飛剪的其它主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 薄板線飛剪的主要技術(shù)指標(biāo)

以k表示飛剪機(jī)每剪切一次刀片（或飛剪機(jī)主軸）所轉(zhuǎn)的圈數(shù)，則剪下的鋼板定尺長度L為

式中，L為鋼板長度，mm；V為帶鋼速度，mm/min；T為剪切時(shí)間間隔，s；k為空切系數(shù)。

1.2.1 倍尺剪切

薄板線飛剪剪切的基本長度S0=1000mm，即在鋼板勻速前進(jìn)時(shí)飛剪上剪刃轉(zhuǎn)動(dòng)一周鋼板前進(jìn)的長度為1000mm。

飛剪上下刀架每轉(zhuǎn)動(dòng)一周剪切一次，鋼板的長度就為1000mm，控制空切次數(shù)就可以剪切基本長度的任意整數(shù)倍長度的鋼板，這就是倍尺剪切。為了使飛剪上剪刃能夠積蓄足夠的能量，從而順利進(jìn)行剪切，要求飛剪上刀架必須至少轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈才能進(jìn)行剪切，因此薄板線倍尺剪切的最小長度L為2m。

1.2.2 非倍尺剪切

倍尺剪切只能保證剪切基本長度整數(shù)倍長度的鋼板，為了實(shí)現(xiàn)任意長度范圍鋼板的剪切，就要用到非倍尺剪切。在剪切時(shí)既要保證飛剪在剪切位置的線速度和帶鋼的速度相等，還必須在兩次剪切之間采用改變夾送輥速度的方法來調(diào)節(jié)[2]帶鋼的長度，一旦長度調(diào)整到預(yù)設(shè)定的尺寸之后，則立即保持剪刃與鋼板速度同步。夾送輥的速度通過主電機(jī)速度及調(diào)節(jié)電機(jī)速度的差動(dòng)減速裝置來合成，v夾送輥=v主電機(jī)-v調(diào)節(jié)電機(jī)，且v夾送輥=v帶鋼速度。在非倍尺剪切過程中，飛剪主電機(jī)通過齒輪減速箱同時(shí)驅(qū)動(dòng)飛剪上、下剪刃和夾送輥。飛剪控制電機(jī)通過變速箱內(nèi)的行星齒輪結(jié)構(gòu)，將飛剪控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速疊加到主電機(jī)傳送至夾送輥的轉(zhuǎn)速上，從而達(dá)到調(diào)整帶鋼長度的目的。圖4為控制電機(jī)的實(shí)際速度反饋波形圖。

圖2 飛剪傳動(dòng)及控制簡圖

圖3 飛剪剪切過程控制模型簡圖

圖4 控制電機(jī)實(shí)際速度反饋波形圖

數(shù)據(jù)檢測裝置通過位置傳感器——仿形開關(guān)檢測，根據(jù)測量輥測得帶鋼走過的實(shí)際鋼板長度、由計(jì)算機(jī)分析發(fā)出指令旋轉(zhuǎn)油缸動(dòng)作下刀架抬起完成一次剪切。圖5所示為底部傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)示意圖，旋轉(zhuǎn)油缸動(dòng)作，帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)下刀架抬到剪切位置就完成一次剪切，之后電磁換向閥得到信號(hào)換向，旋轉(zhuǎn)油缸反向旋轉(zhuǎn)140°刀架回到低位完成一次剪切。

圖5 底部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

2 常見問題與應(yīng)對(duì)措施

2.1 常見問題

2050薄板線生產(chǎn)過程中因飛剪引起的常見問題主要有飛剪定尺誤差，鋼板表面缺陷、撞鋼等。

2.1.1 飛剪定尺不準(zhǔn)

長度精度是板材的一個(gè)重要指標(biāo)，飛剪設(shè)計(jì)的定尺精度為0.03%L。對(duì)于12m長的鋼板，定尺精度為3.6mm。飛剪的長度公差考核保證值為(+3～+6)mm。在飛剪啟制動(dòng)過程中，由于液壓馬達(dá)動(dòng)作略滯后(加速時(shí))或超前(減速時(shí))，便會(huì)產(chǎn)生誤差，產(chǎn)生定尺不準(zhǔn)的現(xiàn)象

2.1.2 鋼板劃傷

鋼板劃傷指的是在生產(chǎn)鋼板過程中鋼板與飛剪下刀架接觸產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)在鋼板表面產(chǎn)生的痕跡，鋼板劃傷是造成薄板線鋼板封鎖的重要因素，故障處理起來比較費(fèi)時(shí)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.1.3 撞鋼

在前面飛剪定尺原理中指出了，飛剪控制電機(jī)原設(shè)計(jì)總是在飛剪完成一次剪切動(dòng)作后(飛剪上剪刃通過下極限位置)立即加速送出帶鋼，而此時(shí)，如果飛剪上剪刃機(jī)械彈簧壓板回復(fù)動(dòng)作滯阻等原因而使上剪刃凸出的話，飛剪控制電機(jī)加速送出的帶鋼頭部將有可能撞上飛剪上剪刃的刃角而發(fā)生飛剪撞鋼現(xiàn)象。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

2.2.1 改善旋轉(zhuǎn)油缸的緩沖調(diào)整裝置

該油缸[3]的最大工作壓力可達(dá)20MPa,最大輸出力矩可達(dá)7582N.m，旋轉(zhuǎn)角度為140°。在寶鋼的實(shí)際使用工作條件為：工作壓力p=12.5MPa,旋轉(zhuǎn)角度α=140°，要求在0.5s內(nèi)完成該角度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)踐表明通過調(diào)整緩沖節(jié)流閥可有效減少底部刀架的沖擊震動(dòng)，極大提升了動(dòng)作穩(wěn)定性和油缸的使用壽命。

2.2.2 增設(shè)換向閥固定板

由于震動(dòng)的存在，安裝在旋轉(zhuǎn)油缸上的換向閥在生產(chǎn)中容易松動(dòng)，通過增加固定板以提升閥安裝的穩(wěn)定性，有效保證了閥的壽命與靈敏性。

2.2.3 調(diào)整壓緊板的距離

原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中壓緊板比刀刃高出5~10mm，這樣能保證剪切之前帶鋼即被瞬間壓緊以獲得良好的剪切斷口質(zhì)量，為了消除撞鋼在實(shí)際生產(chǎn)中把壓緊板的距離調(diào)到3mm，撞鋼現(xiàn)象得到了消除。

3 結(jié)語

飛剪做為2050薄板線上核心設(shè)備，通過根據(jù)實(shí)際對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，定尺不準(zhǔn)、表面劃傷、撞鋼現(xiàn)象得到了有效的解決，尤其是旋轉(zhuǎn)油缸的使用壽命得到了有效提升。

［1］鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004:300-310.

［2］張春麗.薄板線SMS-D1型飛剪作業(yè)分析及改進(jìn)[J].軋鋼,2006,23 (4):34－36.

［3］陳德剛.2050熱軋SMS-D1型飛剪旋轉(zhuǎn)油缸壽命分析及對(duì)策[J].寶鋼技術(shù),1998,5:54-57.