趙 燕，張 磊

寬厚板是一種用途極為廣闊的鋼材品種，隨著市場對其需求的日益增大，對其質(zhì)量要求也日益嚴(yán)格，所以試樣剪切線的作用也更加重要。

試樣剪是寬厚板試樣剪切線上的主要設(shè)備之一，用于將切頭剪切除的試樣“大樣”剪切成檢驗所需的試樣塊，供檢驗室對試樣的各種性能及成分進(jìn)行檢測、化驗。

本文以3500 mm寬厚板試樣剪切線中的試樣剪為例，介紹該裝置的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計要點(diǎn)。

1 結(jié)構(gòu)介紹

1.1 剪切線工藝流程

圖1 試樣剪切線

（1） 試樣剪位于試樣剪切線上入口輥道和輸出皮帶之間（見圖 1）。

（2）切頭剪切取的長條樣坯用切頭剪運(yùn)料小車?yán)龅轿缓?，由推鋼裝置將其推到試樣剪入口輥道上，然后由入口輥道輸送到試樣剪前。

（3）試樣剪入口輥道設(shè)有側(cè)擋板，保證樣坯沿固定側(cè)進(jìn)入剪機(jī)。

（4）剪切后的樣塊沿溜槽滑到試樣剪的輸出皮帶上，逐個爬升輸送到收集平臺上，以便于人工分類收集后及時送至檢驗室。

（5）剪切剩余料尾通過試樣剪入口輥道反方向運(yùn)行，由卸料裝置將料尾卸到廢料筐內(nèi)。

1.2 設(shè)備組成

該試樣剪是一種單缸驅(qū)動液壓斜刃剪，主要由上剪臺、下剪臺、機(jī)架、壓下裝置、主液壓缸、定尺擋板裝置、液壓配管和限位裝置等組成（見圖2）。

試樣剪的剪刃間隙通過人工增加墊片組調(diào)整，通過人工更換剪刃，鋼板定尺通過人工調(diào)整剪機(jī)后部的定位擋塊實(shí)現(xiàn)。

（1）上下剪臺及剪刃

上剪刃和下剪刃分別安裝在上剪臺（見圖3）和下剪臺（見圖4）上。該試樣剪的下剪臺固定不動，通過上剪臺的向下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)剪切。上剪臺在一個主液壓缸控制下可在機(jī)架上的滑道中上下運(yùn)動并對試樣進(jìn)行剪切。在上剪臺與主液壓缸的活塞桿之間裝有球面墊，利用球面墊的自位功能防止活塞桿在剪切過程中偏載。主液壓缸的缸頭和球面墊之間采用干油潤滑。

圖2 試樣剪

圖3 上剪臺

剪刃通過銷與螺釘安裝在剪臺上。為了提高剪切質(zhì)量和減少剪切負(fù)荷，通常上剪刃和下剪刃帶有一定的傾斜角度。其最大允許傾斜角受鋼板與剪刃間摩擦條件的限制，傾斜角度過小，剪切斷面容易出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象；而傾斜角度太大，則剪斷后鋼板的不平度也會增大，角度過大時鋼板甚至?xí)牡犊诨龆荒苓M(jìn)行剪切。該試樣剪設(shè)計為下剪刃水平布置，上剪刃以一定傾斜角度安裝在上剪臺上。

（2） 機(jī)架

該試樣剪的機(jī)架由兩側(cè)主板、下剪臺和橫梁組成。

兩塊主板厚120 mm。下剪臺兩端伸入兩側(cè)機(jī)架內(nèi)，與兩側(cè)機(jī)架焊為一體。橫梁為焊接結(jié)構(gòu)件，通過一對對鍵和八個雙頭螺柱安裝在兩側(cè)機(jī)架上。

主液壓缸和壓下裝置的液壓缸安裝在橫梁上，由橫梁對主液壓缸缸體起到固定作用。

整個機(jī)架構(gòu)成閉式焊接框架結(jié)構(gòu)，剪切力由機(jī)架抵消。

機(jī)架上裝有滑板和滑座，上剪臺沿著自潤滑滑板上下滑動，滑槽起到機(jī)械導(dǎo)向作用?；涎b有調(diào)整螺栓和碟簧，保證當(dāng)滑板磨損時，上剪臺靠緊在滑槽中。

（3） 壓板裝置

該試樣剪的壓板裝置采用液壓壓板，由壓板架和兩個液壓缸組成（見圖5）。壓板架位于與下剪刃平行的鋼板上方，液壓缸缸體安裝在橫梁上。

圖5 壓板裝置

壓板裝置的作用是在剪切鋼板時通過液壓缸產(chǎn)生的壓力把試樣夾持在壓板架和下剪臺之間，防止鋼板翹曲，提高剪切質(zhì)量。

當(dāng)鋼板進(jìn)入試樣剪等待剪切時，無桿腔進(jìn)油，液壓缸活塞桿伸長，壓板架下移壓緊鋼板。剪切結(jié)束后，液壓缸有桿腔進(jìn)油，活塞桿收回，壓板架上移。當(dāng)壓板架上下移動時兩個液壓缸保持同步，而且在剪切鋼板過程中液壓缸的壓力可調(diào)。

2 工作原理

首先，壓板架下移與試樣鋼板接觸，液壓缸壓力達(dá)到一定數(shù)值后壓緊鋼板，隨后主液壓缸的無桿腔進(jìn)油，活塞桿伸出，驅(qū)動上剪臺下降進(jìn)行剪切，上剪臺隨著剪切的深入繼續(xù)下降至最低位置，使上剪刃與下剪刃有一定的重疊量，在剪切過程中壓板架隨著上剪刃一同下移，當(dāng)剪切完畢后，主液壓缸和壓板裝置液壓缸的有桿腔進(jìn)油，活塞桿縮回，帶動上剪臺和壓板架又升至最高位置，等待下一次剪切。

3 工作方式

電氣控制采用PLC程序控制器進(jìn)行全線功能控制，具有自動化程度高，操作簡單維護(hù)方便等特點(diǎn)。此外，在試樣剪操作室和液壓站還設(shè)置操作臺及本地操作箱，可通過按鈕操作控制執(zhí)行各指令。

該試樣剪的工作方式有兩種型式。一種是半自動控制：切頭剪運(yùn)料小車將運(yùn)來的試樣鋼板條拉出到位后，手動單動控制推出裝置將其推到試樣剪入口輥道上，并根據(jù)定尺尺寸（取樣長度為250～500 mm）確定定尺擋板裝置位置。接著進(jìn)入自動控制階段，試樣鋼板條由入口輥道輸送到試樣剪前。當(dāng)剪刃前光電開關(guān)檢測到鋼板時，試樣剪入口輥道減速，當(dāng)試樣剪剪刃后部的光電開關(guān)檢測到信號后，入口輥道停止轉(zhuǎn)動，試樣剪對鋼板進(jìn)行切頭。然后手動控制入口輥道繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當(dāng)定尺擋板上的光電開關(guān)檢測到信號后，自動確認(rèn)鋼板定尺到位，開始一個剪切循環(huán)（即壓板缸壓下、剪切液壓缸開始剪切、剪切液壓缸恢復(fù)初始位置、壓板缸抬起）。剪切后，樣塊沿溜槽滑到試樣剪的輸出皮帶后輸送到收集平臺上，由人工分類收集，剪切剩余料尾通過試樣剪入口輥道反方向運(yùn)送至卸料裝置，由卸料裝置將料尾卸到廢料筐內(nèi)，最后由天車吊走。另一種是手動單動控制剪切，即剪切過程完全由人工通過操作按鈕分步實(shí)現(xiàn)。

4 主要設(shè)計參數(shù)計算

4.1 剪切力計算

試樣剪是將運(yùn)來的試樣“大樣”（見表1）按取樣長度切成定尺。

表1 試樣剪剪切工藝參數(shù)

剪切力計算公式較多，有柯洛遼夫公式、諾沙里公式和富姆公式等。本文使用富姆公式計算剪切力，從計算結(jié)果比較來看，該公式更符合實(shí)際情況。

根據(jù)3500 mm寬厚板試樣剪的設(shè)計要求：剪刃傾角=3°。剪切鋼板材質(zhì)為Q235時，最大剪切厚度為40 mm，強(qiáng)度極限為500 N/mm2，剪刃間隙為0．4 mm，代值計算，得剪切力=4 136 kN；剪切鋼板材質(zhì)為Q345時，最大剪切厚度為36 mm，強(qiáng)度極限為630 N/mm2，計算得剪切力=4 221 kN。

4.2 主液壓缸參數(shù)確定

（1） 活塞直徑

剪切鋼板時，主液壓缸無桿腔進(jìn)油，上剪臺下降，液壓缸需克服剪切力和上剪臺與滑座之間的摩擦力等。

活塞直徑為

式中，d—活塞直徑（mm）；G—上剪臺重量（N）；p—液壓缸工作壓力（MPa）；η—考慮摩擦損失的系數(shù)，一般取 0．85～0．9。

取 G=21 384 N；p=24 MPa，計算得 d=?512 mm，選取主液壓缸活塞直徑為?520 mm。

有桿腔進(jìn)油時克服的主要是上剪臺的重量，該重量相對較輕。在選取液壓缸的活塞桿直徑時，考慮活塞桿的剛性，應(yīng)選取直徑較大者。

（2） 活塞桿行程

主液壓缸活塞桿的行程即上剪刃的行程（見圖6）。行程的確定以能夠順利完成鋼板的剪斷為原則，除與鋼板的最大斷面高度和剪切終了時剪刃重疊量有關(guān)外，還需要考慮保證試樣頭部翹起時仍能通過試樣剪，避免上剪刃受鋼板沖撞以及鋼板通過試樣剪時下剪刃不被鋼板磨損等因素。

上剪刃的行程按下式計算：

式中，H—上剪刃的行程（mm）；h—試樣的最大厚度（mm）；f—試樣上表面與壓下裝置之間的距離，一般取50～75 mm；q1—壓下裝置低于上剪刃的距離，一般取5～50 mm；q2—下剪刃低于運(yùn)輸輥道表面的距離，一般取5～20 mm；s—上下剪刃的重疊量，一般取 5～25 mm。

圖6 上剪刃的行程圖

取f=62 mm，q1=8 mm，q2=5 mm，s=10 mm，再由表1中試樣的規(guī)格尺寸，代值計算，得H=130 mm。選取主液壓缸活塞桿的最大行程為140 mm。

因此得出主液壓缸的規(guī)格為?520 mm×?360 mm×140 mm。

4.3 壓板裝置液壓缸參數(shù)確定

壓板裝置液壓缸主要參數(shù)為剪切過程中將鋼板壓緊所需的壓板力。確定壓板力的原則是使壓板力對剪切面處產(chǎn)生的彎曲力矩大于或等于鋼板斷面塑性彎曲力矩。壓板力一般取最大剪切力的4%～5%。

已知試樣剪的最大剪切力，通過計算得液壓缸的活塞直徑為?110 mm，取液壓缸活塞直徑為?125 mm。由式（3） 知，壓板架的行程為112 mm，取液壓缸的最大行程為120 mm。其它分析與主液壓缸的選型類似。

得出壓下裝置液壓缸的規(guī)格為?125 mm×?90 mm×120 mm。

5 結(jié)語

該試樣剪不僅結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊、易于加工制造、重量輕、占地面積小、購買或制造該試樣剪投資小，而且采用進(jìn)口PLC程序控制器進(jìn)行全線功能控制，操作簡單，易于維護(hù)，可有效減輕工人的勞動強(qiáng)度，具有很高的性價比，是集機(jī)、電、液一體化的高性能產(chǎn)品。