朱嘉芳　尹剛　范佳捷

【摘要】介紹了滾筒飛剪在帶鋼連續(xù)退火機(jī)組的入口段和出口段的選型和應(yīng)用，以確保不停機(jī)狀態(tài)下的切頭、切尾、鋼帶取樣、鋼卷分切及殘卷切廢，有效的提高機(jī)組的生產(chǎn)率和成品率。

【關(guān)鍵詞】滾筒飛剪；連續(xù)退火機(jī)組；螺旋剪刃

1、連退機(jī)組工藝、性能分析

連續(xù)退火機(jī)組（CAL line）是具有生產(chǎn)鋼板品種和規(guī)格范圍廣，產(chǎn)品主要為汽車(chē)用板，表面質(zhì)量高和高速穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)，是冷軋鋼板的主流退火方式。

2、高速機(jī)組中滾筒飛剪的選型與應(yīng)用

作為高速機(jī)組，入口速度達(dá)到700mpm，如果在入口段采用普通的切頭剪，用于切除來(lái)料鋼卷中不規(guī)則帶頭及對(duì)帶卷前部缺陷鋼帶的切廢時(shí)，入口段各設(shè)備必須停機(jī)，待切頭剪切廢完成后，再啟動(dòng)入口段的開(kāi)卷機(jī)、送料皮帶，夾送輥等設(shè)備繼續(xù)穿帶，妨礙了連續(xù)機(jī)組的連續(xù)性。由于入口處采用雙開(kāi)卷機(jī)配置，因此兩臺(tái)切頭剪切除廢帶頭意味著機(jī)組入口段各設(shè)備的兩次停機(jī)，對(duì)帶鋼的產(chǎn)量造成影響。同樣，出口速度達(dá)到730mpm，機(jī)組的出口段設(shè)置了兩臺(tái)卷取機(jī)，對(duì)切除焊縫后的成品鋼帶進(jìn)行分卷卷取。因此，在機(jī)組出口段的一臺(tái)剪機(jī)用于切除焊機(jī)焊縫，進(jìn)行帶材取樣及對(duì)經(jīng)過(guò)檢查臺(tái)檢查出的殘次品的切廢，停機(jī)對(duì)帶鋼產(chǎn)品產(chǎn)量的影響也是較大的。

（1）以往的高速連續(xù)退火機(jī)組大多在入口段和出口段均采用停機(jī)剪切的切頭剪，近年有些連續(xù)機(jī)組出口段也嘗試采用擺式飛剪的剪機(jī)配置來(lái)提高產(chǎn)品的收得率。這樣布局可提高連退機(jī)組的產(chǎn)能，但入口的瓶頸依然存在，而且擺式飛剪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，震動(dòng)噪音大，難于維護(hù)等不足也制約著生產(chǎn)。

（2）滾筒剪具有附加動(dòng)態(tài)力小，速度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足連續(xù)機(jī)組帶材剪切的既要高速運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)量，同時(shí)還要能剪切強(qiáng)度高，帶材厚度大，厚度范圍大等要求。

基于以上技術(shù)要求，機(jī)組在入口配置兩臺(tái)滾筒剪，在機(jī)組出口設(shè)置一臺(tái)滾筒剪來(lái)滿足切頭尾的需要，達(dá)到提高機(jī)組產(chǎn)量的目標(biāo)。

（3）三臺(tái)滾筒剪均采用螺旋剪刃剪切帶材，其剪切原理與斜齒輪嚙合機(jī)理相似。由于在剪切區(qū)，理論上帶材和剪刃的線速度相等，剪刃切入帶材的過(guò)程等同于停機(jī)狀態(tài)下斜剪刃的剪切，有效地減小剪切力。同時(shí)，在剪切帶材時(shí)，螺旋剪刃平穩(wěn)切入帶材，所受的沖擊載荷小，螺旋剪刃所承受的附加力小，使得剪刃壽命大大延長(zhǎng)。

對(duì)于處理冷連軋機(jī)組或酸軋機(jī)組產(chǎn)品的連續(xù)退火機(jī)組，來(lái)料為經(jīng)過(guò)五機(jī)架軋機(jī)連續(xù)軋制后冷作硬化鋼帶，螺旋剪刃滾筒剪的這一特點(diǎn)在連退機(jī)組的入口段的剪切中顯得尤其重要。如圖1。

（4）螺旋剪刃的剪切力

由公式可知，大的螺旋角對(duì)于減小剪切力是非常有利的，但是螺旋剪切的引入，意味著剪切同步區(qū)中后剪切（出口剪切區(qū)）區(qū)大于前剪切區(qū)（入口剪切區(qū)），且這一差值隨著螺旋角的增大而增大，使得剪刃在滾筒圓周面上的占用面積增大，會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：

1）客觀要求增大滾筒直徑，必然導(dǎo)致設(shè)備重量和體積龐大。

2）滾筒飛剪采用啟停式工藝制度，對(duì)電氣有2～3倍電流限幅的工藝要求，大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要求電氣設(shè)備容量增加巨大。

3）這樣不利于定尺剪切，尤其是短定尺剪切的加減速要求。

4）由于剪切處切口是斜角為螺旋角度的斜邊，為了使切口和機(jī)組中心線垂直，就必須在安裝時(shí)使?jié)L筒剪與機(jī)組作業(yè)線擺開(kāi)螺旋角度，過(guò)大的螺旋角使得設(shè)備占地面積增大。

因此在連退機(jī)組中，滾筒飛剪設(shè)備選型上依據(jù)主要有以下要求：滿足剪切力的要求。滿足定尺剪切的加減速特性要求。多臺(tái)套設(shè)備的一致性。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)和維護(hù)。

（5）滿足剪切是飛剪的根本目的，要能剪得斷且刃口斷面質(zhì)量穩(wěn)定。這就要求滾筒剪設(shè)備具有足夠的強(qiáng)度和剛度。從常識(shí)上講，滾筒直徑越大，則滾筒飛剪的設(shè)備強(qiáng)度越大，剛性越好；同時(shí)，在剪切區(qū)域內(nèi)上下剪刃越趨于平行，平行的剪刃有利于剪切刃口質(zhì)量提高，避免滾切中的剪切斷面二次擠壓。因此滾筒的直徑不能過(guò)小。但隨著滾筒直徑增大，設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以二次方增大，電機(jī)容量增大，勢(shì)必帶來(lái)飛剪設(shè)備系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大。

（6）另外，連退機(jī)組的滾筒飛剪和連軋機(jī)組的滾筒飛剪不同在于，連退機(jī)組總的滾筒剪有定尺剪切的要求。比如，入口段滾筒剪的廢帶頭剪切長(zhǎng)度必須小于廢料皮帶運(yùn)輸機(jī)的有效寬度，一般不應(yīng)大于1100mmm；而出口段由于取料要求，更是給出400mm的短定尺要求。在剪切區(qū)（前剪切區(qū)和后剪切區(qū)的總和）中，飛剪的圓周線速度和帶材穿帶速度近似相同，一旦出了剪切區(qū)，由于滾筒圓周大于余下的定尺長(zhǎng)度，就要求滾筒剪迅速加速并立即減速，等到再次回到前剪切區(qū)入口時(shí)，滾筒剪的圓周線速度又一次和機(jī)組穿帶速度一致，而此時(shí)剪下的帶材的長(zhǎng)度滿足定尺要求。因此，隨著滾筒直徑增大，刃峰掃過(guò)的圓周弧長(zhǎng)和定尺余量的差會(huì)增大，也就意味著相同時(shí)域下加減速度的值增大，對(duì)電氣要求會(huì)加劇。

綜上所述，在連退機(jī)組的滾筒剪中，選擇340mm的滾筒直徑，一方面能滿足設(shè)備強(qiáng)度和剛性的要求，另一方面滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠控制在合理的范圍內(nèi)。在對(duì)剪刃剪切截面的設(shè)計(jì)中，前后剪切區(qū)內(nèi)上下剪刃在滿足重疊量1.5mm的同時(shí)，干涉量控制在0.06mm之內(nèi)，對(duì)于剪切0.4mm厚度的帶材，理論間隙裕量15%，是合理的。事實(shí)上，當(dāng)重疊量減小至1.2mm時(shí)，剪刃干涉量只有0.03mm，理論間隙裕量達(dá)到7.5%。只要控制剪刃的高度即可實(shí)現(xiàn)。選擇滾筒直徑340mm還有另外一個(gè)意義，就是軸承支撐處的軸頸可以達(dá)到220mm，軸承的徑向動(dòng)態(tài)載荷足夠要求。

（7）滾筒剪剪刃的螺旋角大小是另外的一個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。螺旋角角度對(duì)于入口段和出口段滾筒剪設(shè)計(jì)的一致性尤其重要。我們希望在入口段和出口段的滾筒剪結(jié)構(gòu)一致，因?yàn)檫@將有利于設(shè)備安裝，控制，備件以及維護(hù)的便易。最初考慮在同一電機(jī)容量下，由于入口段飛剪的重點(diǎn)在于剪切來(lái)自于連軋的冷硬帶，剪切力要求較大，而定尺要求不高，因此把螺旋角初定為30；出口段的帶材由于經(jīng)過(guò)退火處理，所需剪切力減小，但短的取樣定尺要求盡量減小或剪切區(qū)長(zhǎng)度，意味著小的螺旋角有利于增大滾筒剪的加減速時(shí)域，所以把螺旋角初定為20。經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算，當(dāng)把4級(jí)電機(jī)弱磁到1200rpm時(shí)，增大減速機(jī)的速比，即使在螺旋角為20時(shí)，剪切力也足夠大；而且同時(shí)滿足了400mm定尺剪切的滾筒加減速時(shí)域要求。這樣入口段和出口段的滾筒飛剪是相同的。

（8）滾筒剪由滾筒剪本體，減速箱和電機(jī)構(gòu)成。設(shè)備安裝在固定底座的平臺(tái)上，與機(jī)組作業(yè)線偏斜20，以保證帶材剪切后切口和機(jī)組中心線垂直滾筒剪本體由左、右機(jī)架，滾筒裝配和間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。如圖2所示。

圖2 滾筒剪

（9）對(duì)于安裝剪刃長(zhǎng)度達(dá)2100mm的滾筒，其主軸承跨度大，因此，為了保證剪切過(guò)程中剪刃間隙的一致性，采用左右機(jī)架內(nèi)均布置正負(fù)消間隙齒輪副的結(jié)構(gòu)和采用超小游隙的精密級(jí)滾柱軸承。

（10）剪刃更換和定位。連退機(jī)組滾筒剪的螺旋剪刃采取安裝范成的方式，即在滾筒上加工螺旋槽，螺旋槽的端面為剪刃安裝基準(zhǔn)面，將帶有后角的平直剪刃用30個(gè)壓塊壓入螺旋槽中并用螺釘固定在滾筒軸上，使剪刃發(fā)生彈性變形，貼合在螺旋槽的基準(zhǔn)面上形成螺旋剪刃。

采用傳動(dòng)軸（下滾筒軸）軸向固定，用高速比的螺旋升降機(jī)拉動(dòng)上滾筒軸軸向浮動(dòng)，迫使傳動(dòng)齒輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)形成剪刃間隙。

3、結(jié)語(yǔ)

連退機(jī)組采用滾筒剪作為入口段、出口段的工藝剪，實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)切頭、切尾、取樣等，有效的保證了機(jī)組的生產(chǎn)效率。具有剪切平穩(wěn)，剪切帶材斷面質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)；同時(shí)，簡(jiǎn)單的設(shè)備結(jié)構(gòu)，快捷的換刀操作也成為設(shè)備的亮點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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