王 莉

(山東鋼鐵股份萊鋼棒材廠，山東271200)

棒線冷床多采用“液壓裙板上卸鋼系統(tǒng)”，剪切后的成品倍尺材經(jīng)活動裙板兩級制動后落入冷床床面矯直板的滑槽中?！吧闲朵摶顒訐醢濉钡闹饕饔檬欠乐菇?jīng)飛剪剪切提速后的倍尺材在“上卸鋼活動裙板”動作的過程中受到干擾而發(fā)生追尾、亂床面的工藝故障。在實際生產(chǎn)過程中，由于車間加工螺紋的規(guī)格品種比較多，成品軋機的出口線速度存在較大差異，從煉鋼廠來的坯料單只坯重離散區(qū)間大，雖經(jīng)多次坯料優(yōu)化，但效果不明顯，因此加裝在“倍尺提速輥道”上的“上卸鋼活動擋板”的布置長度和位置隨床面倍尺材的長短及制動初速度的不同而不斷進行優(yōu)化調(diào)整，確保前后兩根倍尺材的鋼尾與鋼頭不會同時被甩入“活動裙板”和“固定導板”之間的“一級滑動摩擦制動槽”中而追尾。上卸鋼系統(tǒng)裝配圖如圖1所示。

人工調(diào)整上卸鋼活動擋板不但費時費力、勞動工作量大，而且存在極大的安全隱患，若調(diào)整不到位，前后兩塊活動擋板之間的縫隙較大，極易造成高速輥道跑槽內(nèi)堆鋼的工藝故障，處理起來相當困難，會造成長時間的熱停工，既影響生產(chǎn)節(jié)奏又降低了成材率，成為制約車間產(chǎn)能提升的一大技術(shù)瓶頸。

圖1 上卸鋼系統(tǒng)裝配圖Figure 1 Assembly drawing of steel up-discharging system

1 結(jié)構(gòu)

原設計“上卸鋼活動擋板”采用“插入拼裝式”的安裝方案，現(xiàn)場由6塊長為1200 mm的單塊活動擋板拼插組合而成，總長7200 mm的整體活動擋墻與固定跑槽內(nèi)的“上卸鋼活動裙板”隔離，由人工根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整活動擋板的數(shù)量從而控制固定跑槽長度，見圖1和圖2。

每塊活動擋板的下底面焊接兩個定位銷軸，并與“固定導板”上的定位銷孔相配合，固定導板如圖3所示。作為一個獨立的構(gòu)件，“上卸鋼活動擋板”的內(nèi)側(cè)面與機架的內(nèi)側(cè)面共同組成“固定跑槽”。經(jīng)加速輥道提速后的倍尺材在減速制動階段頭部率先由“固定跑槽”經(jīng)過“上卸鋼活動裙板”的斜面滑入由“固定導板”和“活動裙板”側(cè)面組成的“一級滑動摩擦制動槽”中，并最終二次制動后甩入“矯直板”的矯直槽內(nèi)，尾部則在固定跑槽內(nèi)緊貼活動擋板的內(nèi)側(cè)面直接甩入矯直槽中。靜止的“上卸鋼活動擋板”對上下運動狀態(tài)的“活動裙板”起間隔隔離作用，防止下一根倍尺材頭部隨著“活動裙板”的下降而提前甩入“一級滑動摩擦制動槽”中，造成前后兩根倍尺材由于制動距離變化而在制動槽中追尾，一旦發(fā)生追尾會造成大量的廢品，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量及成材率。

圖2 原設計活動擋板Figure 2 The original designed movable baffle

圖3 固定導板Figure 3 The fixed guide

在實際生產(chǎn)過程中，“固定導板”上的定位銷孔由于反復頻繁地拆裝極易磨損，特別是由于成品倍尺材經(jīng)高速輥道提速后線速度較高，可達12 m/s，沖擊動能大，經(jīng)倍尺材撞擊后的“活動擋板”會出現(xiàn)嚴重的翹曲變形。變形后的活動擋板安裝精度差，兩板之間會形成較大錯位縫隙，倍尺材的頭部會高速插入接縫中造成嚴重的工藝故障，影響成材率。

為徹底解決上述問題，實現(xiàn)飛剪的倍尺優(yōu)化剪切，提高成品材的成材率，降低人工勞動強度，我們對“冷床上卸鋼活動擋板”進行了升級改造，引入一個“Ⅱ級桿組機構(gòu)”，將原先的“單個插入式活動擋板”改為“氣動控制自動升降式可調(diào)活動擋板”，并與操作臺上的電控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)電器自動化控制，以達到飛剪倍尺優(yōu)化剪切的目的。

整個系統(tǒng)由原動機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)共三大部分組成。原動機采用QGL250X250-MP4雙作用拉桿活塞氣缸,通過壓縮空氣的輸入來輸出機械能。傳動機構(gòu)依靠杠桿機構(gòu)力臂的調(diào)整使動力源的軸向直線運動轉(zhuǎn)化為主傳動軸的徑向旋轉(zhuǎn)，并放大傳動扭矩。執(zhí)行機構(gòu)通過引入一個“Ⅱ級桿組機構(gòu)”，將傳動機構(gòu)的徑向旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活動擋板的上下直線移動。帶Ⅱ級桿組的上卸鋼自動升降活動擋板裝配圖如圖4所示。

圖4 帶Ⅱ級桿組的上卸鋼自動升降活動擋板裝配Figure 4 Assembly of stell up-discharging automatic lifting movable baffle with level II bar group

整個機構(gòu)的動作流程是通過設置在3號飛剪的熱金屬檢測儀進行電信號傳遞。電控系統(tǒng)從飛剪的熱金屬檢測儀中取最后一根倍尺尾鋼的電信號，輸入到2位4通的K25D-25電磁換向閥直流線圈中，通過氣缸的動作拉動動力杠桿，帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動焊接在傳動軸上的擺臂拉動與轉(zhuǎn)軸鉸接的活動擋板。

系統(tǒng)的動作完全由主操作臺上的計算機根據(jù)現(xiàn)場3號飛剪剪切后最后一根倍尺進入固定跑槽時間而自動動作，通過調(diào)整電磁換向閥的通電時間長短及延時信號來調(diào)整活動擋板的動作頻次及觸發(fā)時間。隨著生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格的不同，優(yōu)化倍尺剪切要求的固定跑槽的長短也各不相同，可以隨時調(diào)整活動擋板的數(shù)量，暫時不用的擋板可以通過鉸接軸的上旋轉(zhuǎn)使其脫離開“提速滾道”的滾道接觸面，不再起擋板作用，若需再次使用時直接旋轉(zhuǎn)放下即可，方便，快捷，同步性較好。

2 系統(tǒng)設計

在滿足現(xiàn)場工作需求的前提下，考慮到機構(gòu)設計的經(jīng)濟實用性及維修操作性，采用了只包含轉(zhuǎn)動副和移動副的低副機構(gòu)。由于低副機構(gòu)所組成的運動鏈都是面與面相接觸，在承受載荷之后其壓強較低，因此比較耐磨損，現(xiàn)場維護起來也相對簡單，缺點是受到的約束較多，自由度少，因此運動設計相對難度大。由于全部由低副機構(gòu)所組成的“Ⅱ級桿組”結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)較少，系統(tǒng)內(nèi)部自由度為0，因此比較容易與“Ⅰ級機構(gòu)”相匹配，構(gòu)成平面多桿機構(gòu)，運動分析也相對簡單。

圖5 運動簡圖Figure 5 Sketch of movement

在機構(gòu)的設計過程中，為了使運動鏈能夠形成規(guī)律性周期運動的機構(gòu)，而不是穩(wěn)定的剛性桁架，設計系統(tǒng)的原動件數(shù)目必須等于系統(tǒng)的自由度數(shù)，而機械設計中最簡單的機構(gòu)通常是由一個原動件和一個相對固定的機架組成的“Ⅰ級機構(gòu)”，其自由度數(shù)為1。運動簡圖如圖5所示。因此我們需要在這個“Ⅰ級機構(gòu)”基礎上添加的“Ⅱ級桿組”其內(nèi)部自由度必須為0，只有這樣才能確保運動鏈內(nèi)部的運動關(guān)系不會發(fā)生矛盾和干涉。平面機構(gòu)的自由度為：

F=3n-2PL-PH

式中，F(xiàn)=0，PH=0?！阿蚣墬U組”系統(tǒng)內(nèi)部自由度為0，所含高副數(shù)為0，因此最簡單的“Ⅱ級桿組”是由n=2，PL=3所組成的運動鏈，運動簡圖如圖5所示。在機械設計中所有的多構(gòu)件機構(gòu)都是把多個系統(tǒng)內(nèi)部自由度為0的桿組依次添加到“Ⅰ級機構(gòu)”上所組合而成的，因此我們可以把“Ⅰ級機構(gòu)”與這個“Ⅱ級桿組”通過“外副”組合鉸接起來而構(gòu)成一個包含移動副的“平面多桿機構(gòu)”。

3 設計參數(shù)的選擇及校核

3.1 活動擋板重量計算

活動擋板作為現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，其總體積為各組成部分體積之和。

板面體積為：V1=173×10-3×10×10-3×1230 ×10-3=2.12×10-3m3

鉸接耳軸體積為：V2=3.14×[(21×10-3)2-(10×10-3)2]×80×10-3=8.57×10-5m3

背面方剛體積為：V3=(40×40-34×34)×1128× (10-3)3=5.01×10-4m3

活動擋板的總體積為：V=V1+2V2+V3=2.79× 10-3m3

根據(jù)ρ=m/V單塊活動擋板的總質(zhì)量為：

m=ρV=7.8×103×2.79×10-3=21.8 kg

現(xiàn)場實際安裝6塊活動擋板，總重量為：

F2=6mg=6×21.8×9.8=1281.8 N

3.2 機構(gòu)輸出功率計算

實際工作過程中，要求活動擋板要在0.6 s的時間內(nèi)最大起升高度為50 mm。車間產(chǎn)品規(guī)格最大為?22 mm的錨桿鋼,其起升速度為：

V=S/t=50×10-3/0.6=0.08 m/s

機構(gòu)輸出的名義功率為：

機構(gòu)由2根傳動軸和6套活動擋板組合而成，包括2對滑動軸承座，1個夾克聯(lián)軸器，6對活動鉸接軸，機構(gòu)總機械效率為：

η=0.972×0.946×0.99=0.64

查手冊可知，剛性聯(lián)軸器機械效率η1=0.99，一對滑動軸承機械效率η2=0.97，一對鉸鏈的機械效率η3=0.94。因此作用在軸上的計算功率為：

Pr=Ps/η=0.102/0.64=0.159 kW

3.3 傳動軸轉(zhuǎn)速及扭矩計算

活動擋板以0.08 m/s的線速度上升，由于擺臂與活動擋板鉸鏈連接，鉸軸為擺臂與擋板在Ⅱ級桿組內(nèi)副的同速點，因此擺臂線速度也為0.08 m/s，經(jīng)CAD運動分析可知，此同速點到傳動軸軸心的曲率半徑ρ=170 mm。

傳動軸角速度為：

ω=ν/r=0.08/170×10-3=4.7×10-1rad/s

傳動軸轉(zhuǎn)速為：

n=30ω/π=30×4.7×10-1/3.14=4.5 rpm

傳動軸上的扭矩為：

T=9.55×106×Pr/n=9.55×106×0.159/4.5=3.37× 105N·mm

3.4 傳動軸軸頸設計

查手冊可知45鋼調(diào)質(zhì)處理后的許用扭轉(zhuǎn)剪切應力[τ]T=30～40 MPa，考慮到傳動軸長徑比較大，需留有較大的強度儲備，此處設計取30 MPa，由以上設計參數(shù)按扭轉(zhuǎn)剪切疲勞強度初步估計軸頸為：

實際設計過程中考慮到為增大傳動軸與聯(lián)軸器內(nèi)孔的載荷接觸面的面積，使載荷分布更加均勻，要將傳動軸端面設計成矩形結(jié)構(gòu)，因此設計時要留有足夠的強度儲備，軸頸取65 mm。

3.5 傳動軸矩形端面扭轉(zhuǎn)剪切強度及剛度校核

傳動軸矩形端面的扭轉(zhuǎn)剪切應力作用在長邊與短邊的中點處，考慮到機械加工及裝配的工藝性，此處矩形截面設計成正方形結(jié)構(gòu)，因此長寬比h/b=1，由此查機械手冊可知載荷系數(shù)а=0.208，正方形截面的最大扭轉(zhuǎn)剪應力為：

因此傳動軸端面矩形截面扭轉(zhuǎn)剪切強度足夠。

45鋼的剪切彈性模量G=80～84 GPa，取G=82 GPa，傳動軸矩形截面長度為100 mm，則矩形截面的扭轉(zhuǎn)角為：

查手冊可知一般傳動軸每米的許用扭轉(zhuǎn)角為0.5°～1°，扭轉(zhuǎn)角取1°，1×π/180=1.74×10-2rad。

由于3.69×10-4<1.74×10-2，因此傳動軸矩形截面的剛度符合設計要求。

3.6 動力臂的設計

考慮到現(xiàn)場安裝尺寸受限，載荷功率較小，傳動機構(gòu)的動力源采用QGL250X250的氣缸作為動力源。氣缸下拉為工作行程，現(xiàn)場氣壓為0.5 MPa，氣缸活塞直徑為250 mm，活塞桿直徑為50 mm，因此作用在氣缸無桿腔上的下拉力為：

F1=PS=0.5×106×3.14×10-6×[(250÷2)2-(50÷2)2]=23 550 N

作用在阻力臂(擺臂總成)上的總重力F2=1281.8 N，阻力臂長L2=169 mm，由轉(zhuǎn)矩平衡條件可知F1×L1=F2×L2，因此若要維持平衡，所需動力臂至少為：

設計的動力臂長度為：L1″≥L1=9.1 mm

由以上分析計算可知，氣缸提供的驅(qū)動力足夠大，動力臂長度的設計選擇范圍較大，為了配合氣缸250 mm的極限行程，減輕活塞在極限位置的沖頂對缸筒造成沖擊載荷，最大限度地延長氣缸的使用壽命，在使用時，設計氣缸的實際工作行程為250-100=150 mm(留有100 mm的緩沖余量)，即活動擋板在0.6 s時間內(nèi)起升50 mm的過程中，氣缸同時下降150 mm，因此動力臂的設計長度為：

50/150=169/L1″

得出：L1″=150×169/50=507 mm

取動力臂長度L1″=510 mm

3.7 動力臂耳環(huán)、耳軸的強度校核

動力臂與氣缸鉸接耳軸部分受氣缸較大拉力作用，內(nèi)應力較大，有可能使耳軸剪斷或配合孔壁產(chǎn)生較大塑性變形而導致聯(lián)接失效，因此需要對耳軸進行剪切強度校核，對耳環(huán)孔壁進行擠壓強度校核。作用在耳軸上的剪切應力為：

Q=F1/2=23 550/2=11 775 N

耳軸直徑為20 mm，耳軸面積為：

作用在耳軸兩側(cè)端面的剪切強度為：

τQ=Q/A=11 775/314=37.5 MPa

查手冊可知45鋼調(diào)質(zhì)處理后的許用扭轉(zhuǎn)剪切應力[τ]T=30～40 MPa，因此設計直徑為20 mm的耳軸剪切強度足夠，可以完全滿足使用要求。

耳環(huán)孔壁部分受擠壓應力作用，當擠壓應力過大時，孔壁邊緣會受壓起皺，產(chǎn)生較大塑性變形，耳軸局部會壓扁而失效，因此要對耳環(huán)孔壁進行擠壓強度校核。

每個耳環(huán)受到的外載荷為：

Fb=F1/2=23 550/2=11 775 N

擠壓面的徑向投影面積為：

A=td=30×20=600 mm2

耳環(huán)的擠壓面強度為：

低碳鋼許用擠壓應力為：

[σbs]=(1.7～2.0)[σ]

而低碳鋼的許用拉應力為：

[σ]=σs/2=240/2=120 MPa

因此許用擠壓應力：

[σbs]=1.7×120=204 MPa

由以上分析可知，動力臂耳環(huán)孔壁處的擠壓強度完全足夠，滿足使用要求。

3.8 氣缸輸出功率及現(xiàn)場氣體流量校核

活動擋板在0.6 s內(nèi)以0.08 m/s的速度上升50 mm，氣缸在0.6 s內(nèi)下降150 mm，則氣缸的實際速度為：

ν″=150×10-3/0.6=0.25 m/s

氣缸實際輸出功率為：

P″=F1ν″=23 550×0.25=5.887 kW

P″=5.88 kW>Pr=0.159 kW>Ps=0.102 kW

因此所選氣缸輸出功率足夠大，滿足現(xiàn)場的實際功率需求。

氣缸活塞以0.25 m/s的速度運動，則缸內(nèi)氣體的平均流速也為0.25 m/s，氣缸有桿腔內(nèi)的有效面積為：

由流體的流速公式ν=Q/A可知現(xiàn)場所需氣體的流量為：

Q=νA=0.25×4.71×10-2

=1.1775×10-2m3/s=0.7065 m3/min

現(xiàn)場ARP22A-7螺桿空壓機的容積流量3.7 Nm3/min>0.7065 m3/min。額定排氣壓力0.7 MPa>0.5 MPa。因此現(xiàn)場壓縮空氣的流量與壓力足夠，滿足設計要求。

4 零件設計及制造

4.1 活動擋板及擺臂

活動擋板及擺臂均采用δ=10 mm低合金結(jié)構(gòu)鋼(16Mn)加工制造，此種材質(zhì)綜合力學性能好，低溫沖擊韌性、冷沖壓和切削加工性能好，焊接工藝性明顯優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼?；顒訐醢迳戏胶附觾商锥S機構(gòu)作為“Ⅱ級桿組”的內(nèi)副，并與固定在傳動軸上的擺臂相鉸接，下方與高速輥道相接觸的部分開R97 mm圓弧。為了防止由于高溫應力引起的熱變形，提高活動擋板的剛性，降低重量，在整個板面切割數(shù)條1.5 mm寬的應力卸荷工藝槽，并在非工作面上焊接40 mm×40 mm空心方鋼作為支撐骨架。整個活動擋板系統(tǒng)由6塊長度為1230 mm的單個活動擋板拼接組合而成，為了防止兩塊活動擋板之間配合處出現(xiàn)較大的縫隙，影響倍尺材在固定跑槽內(nèi)的運動軌跡，每塊活動擋板的兩端倒切18°斜面倒角，以便裝配時相互緊密錯位咬合。活動擋板如圖6所示。

擺臂的設計采用分段式組合結(jié)構(gòu)，擺臂總成由擺臂1和擺臂2裝配組合而成。擺臂1一側(cè)銑R半圓弧與傳動軸焊接成整體結(jié)構(gòu)，擺臂2用活動鉸鏈與擋板頂部的固定耳軸相鉸接，形成“Ⅱ級桿組”的內(nèi)副，并同時與擺臂1用螺栓搭接裝配，形成“Ⅰ級機構(gòu)”。組合式結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點是現(xiàn)場裝配時，在支點力臂保持不變的情況下，可以通過擺臂1上的長橢圓孔隨機調(diào)節(jié)擺臂總成的長度及兩組擺臂的配合角度，使輸出端的移動副在較短的位移內(nèi)(50 mm行程)保持線性直線運動，減少機構(gòu)的內(nèi)應力，系統(tǒng)的運動設計更符合現(xiàn)場實際，活動擋板的升降運動靈活平穩(wěn)，無卡阻現(xiàn)象。擺臂如圖7所示。

4.2 傳動軸

傳動軸主要作用是支撐擺臂及活動擋板等回轉(zhuǎn)零件，傳遞扭矩及運動。要求其雙向轉(zhuǎn)動，因此主要承受對稱循環(huán)彎曲應力和對稱循環(huán)扭轉(zhuǎn)剪切應力，屬于既承受彎矩又承受扭矩作用的轉(zhuǎn)軸?？紤]到轉(zhuǎn)軸要求具備一定的強度、剛度、韌性及耐磨性，因此我們選用比較常用的、性價比較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼(45鋼)作為傳動軸的材質(zhì)，調(diào)質(zhì)處理240～280 HBW。碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中不太敏感，可通過熱處理工藝提高材質(zhì)的抗疲勞強度和耐磨性，常溫下的彈性模量與合金鋼相差不大，剛性相當。

由于采用徑向剖分式滑動軸承作為支撐，傳動軸的裝配比較方便，可將軸設計成雙軸環(huán)對稱式的結(jié)構(gòu)，以提高疲勞強度，減少應力集中?？紤]到徑向滑動軸承不能承受較大的軸向作用力，安裝誤差造成的附加軸向力全部作用在軸肩上，軸環(huán)的設計要留有足夠的強度儲備，軸肩設計高度為12.5 mm，軸環(huán)設計寬度為10 mm。傳動軸兩側(cè)傳動端面采用53 mm×53 mm矩形端面，以增大載荷接觸面的面積，提高抗扭剛度。傳動軸如圖8所示。

4.3 滑動軸承

圖6 活動擋板Figure 6 Movable baffle

圖7 擺臂Figure 7 Swing arms

圖9 剖分式滑動軸承座Figure 9 Split sliding bearing chock

由于現(xiàn)場安裝空間狹小，傳動機構(gòu)徑向尺寸受到限制，設計比較緊湊，現(xiàn)場環(huán)境溫度高，工況惡劣，因此我們采用了承載能力大、抗震性好、旋轉(zhuǎn)精度高、壽命長的對開式徑向滑動軸承。此類軸承主要由3大部分構(gòu)成：軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦。采用水平剖分的結(jié)構(gòu)便于拆裝。軸承座與軸承蓋的剖分面設計成階梯形結(jié)構(gòu)，防止工作時軸承座與軸承蓋相互錯位。軸瓦磨損后，若軸承配合間隙過大時，可以通過減少剖分面處的金屬墊片來調(diào)整。特別是軸承座的底部攻M14的內(nèi)螺紋后，可直接用螺栓固定于機架上方，無需再額外加工安裝底腳板，可合理有效地利用原機架上方的安裝空間進行可靠牢固地聯(lián)接。剖分式滑動軸承座如圖9所示。

圖10 剖分式上下軸瓦Figure 10 Split upper and lower axle bush

滑動軸承座的軸瓦采用剖分式軸瓦設計結(jié)構(gòu)，考慮到滑動軸承的磨合性、順應性、嵌藏性，采用了低硬度、高塑性、小彈性模量的鉛青銅ZCuPb30，這種材質(zhì)硬度低，磨合性好，具有較高的沖擊韌性和疲勞強度，特別適宜于沖擊載荷及變載荷的情況，尤其是在高溫時能從摩擦表面析出鉛，在銅機體上形成一層薄膜，從而起到減磨作用。

為了使滑動軸承的配合摩擦面充分潤滑，采用外界給油潤滑和內(nèi)部自潤滑相結(jié)合的兩種潤滑方式。在上軸瓦頂部(軸孔配合的最大間隙處)鉆油孔，內(nèi)壁開徑向、周向潤滑油槽，下軸瓦底部油膜承載區(qū)配定位銷，通過外界強制潤滑的方式加注并存儲高溫鋰基脂，并在軸瓦內(nèi)側(cè)壁上鉆孔并鑲嵌石墨棒，通過配合面上石墨的析出進行固體潤滑，即使在高溫下注入的潤滑油脂失效也能保持較低的摩擦系數(shù)，大大降低了維護工作量。剖分式上下軸瓦如圖10所示。

4.4 動力臂及耳軸

動力臂采用分段式焊接工藝拼合而成，材質(zhì)選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，此種材質(zhì)具有一定的強度及韌性，焊接工藝性能較好，屈服極限為240 MPa。端部耳環(huán)部分用30 mm厚的鋼板線切割成型后配鉆?20 mm的光孔。為提高耳環(huán)孔壁的擠壓疲勞強度，對孔壁火焰淬火處理，以提高其表面硬度，與其相配的耳軸采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45調(diào)質(zhì)處理，熱處理硬度260 HBW。

動力臂的連桿端面銑R33半圓弧面，現(xiàn)場安裝時與傳動軸調(diào)整好配合角度定位后，焊接固定，另一端面與耳環(huán)拼焊聯(lián)接，采用連續(xù)焊，焊腳厚度不低于5 mm。鉆銑兩端面的孔及圓弧時，必須確保兩孔中心距離為510 mm，以滿足設計要求。動力臂及耳軸如圖11所示。

4.5 剛性夾殼聯(lián)軸器

由于系統(tǒng)原動機功率較小，載荷平穩(wěn)，徑向切線速度小，考慮到機械加工的工藝經(jīng)濟性及現(xiàn)場安裝的方便性，我們采用相對結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的縱向剖分式夾殼聯(lián)軸器。此種聯(lián)軸器屬于剛性聯(lián)軸器，要求兩軸的對中性好，同軸度高，由于沒有彈性元件、無緩沖減震能力，因此對兩軸的安裝精度要求較高，當兩軸的軸線發(fā)生相對偏移時會對軸承產(chǎn)生附加載荷，對整個傳動系統(tǒng)的剛性要求較高。其突出的優(yōu)點是拆裝比較方便，安裝時不需要軸向移動兩軸，容易保證兩軸的剛性及旋轉(zhuǎn)精度，尤其適用于此類長徑比大的多根小扭矩轉(zhuǎn)軸的軸向聯(lián)接。為了滿足現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)緊湊的需求，在聯(lián)軸器內(nèi)孔設計上，我們沒有采用傳統(tǒng)的A型平鍵側(cè)邊承載的聯(lián)接方式，而是改為正四邊形內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，增大了傳動軸與聯(lián)軸器內(nèi)孔的載荷接觸面的面積，使載荷分布更加均勻，縮小了夾殼聯(lián)軸器外圓輪廓的設計尺寸，使整個傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。外緣線速度小于5 m/s，不用平衡校核。夾殼聯(lián)軸器如圖12所示。

圖11 動力臂及耳軸Figure 11 Power arms and ear axis

圖12 夾殼聯(lián)軸器Figure 12 Clamping-shell coupling

圖13 氣動系統(tǒng)原理圖Figure 13 Schematic diagram of pneumatic system

4.6 氣動系統(tǒng)設計

改進后，活動擋板的升降采用氣動控制，由上游的AC5000氣動三聯(lián)件提供凈化后的潔凈、干燥、穩(wěn)定的氣源。壓縮空氣經(jīng)三聯(lián)件上的減壓閥后穩(wěn)定在0.5 MPa對外輸出，執(zhí)行機構(gòu)采用24 V直流電控2位4通氣動電磁換向閥(K25D-25)，控制一臺雙作用拉桿活塞缸。4通電磁換向閥有P、T、A、B共4個外接口，雙作用氣缸的無桿腔做為工作腔,始終與電磁換向閥的工作A口相接，有桿腔通B口。工作位時電磁線圈得電，換向閥的工作口A與氣源P口相通(導通P-A)，氣缸獲得穩(wěn)定壓力、流量的壓縮空氣而向上升起，活動擋板上升打開，與高速輥道分離，剪切后的成品定尺材的鋼尾通過活動擋板與高速輥道之間的縫隙滑落到固定導板上。常態(tài)位時電磁線圈失電，換向閥的工作口A與排氣腔T口相通(導通A-T)，B口通有桿腔，氣缸無桿腔內(nèi)的壓縮空氣排空，活動擋板向下回落，與高速輥道接觸，隔斷高速輥道與固定導板之間的通道，并配合冷床步進卸鋼。由于重力作用活動擋板的回程下降速度較快，為了控制活動擋板下落的速度，避免因速度失控而引發(fā)沖擊載荷，必須采用平衡回路控制，現(xiàn)場施工時在4通閥的T口加裝了一個節(jié)流閥作為回程腔背壓閥，通過主閥芯通流斷面的調(diào)整，使氣缸回程時的無桿腔產(chǎn)生0.25 MPa左右的背壓，減緩活動擋板下落時的速度，避免了作用在高速輥道上的沖擊載荷。氣動系統(tǒng)原理圖如圖13所示。

圖14 系統(tǒng)裝配俯視圖Figure 14 Overview of system assembly

4.7 系統(tǒng)裝配

整個系統(tǒng)由兩根3590 mm傳動軸通過中間夾殼聯(lián)軸器組合而成，每根傳動軸驅(qū)動3套1230 mm活動擋板做同步升降運動。在高速輥道固定跑槽內(nèi)，總共6套活動擋板拼合成全長7200 mm的整體擋墻，實際使用時可根據(jù)不同規(guī)格卸鋼速度的需要隨時調(diào)整固定擋墻總體長度，實現(xiàn)3#飛剪的倍尺優(yōu)化剪切，并將不需要的活動擋板通過鉸接耳軸上翻后固定在擺臂上，使其脫離輥道，固定跑槽，調(diào)整方便、快捷，實現(xiàn)在線快速調(diào)整。

此系統(tǒng)通過與電氣系統(tǒng)PLC的配合，可實現(xiàn)飛剪的倍尺優(yōu)化剪切，將由坯料長度誤差造成的床面倍尺誤差全部預留在剪切后的最后一段倍尺尾鋼上，減輕了后部收集系統(tǒng)挑揀通尺材的勞動強度，提高了收集效率及成材率。系統(tǒng)裝配俯視圖如圖14所示。

5 結(jié)語

相對傳統(tǒng)的固定式活動擋板，采用“Ⅱ級桿組”杠桿機構(gòu)的自動升降活動擋板，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，運行平穩(wěn)可靠，可以實現(xiàn)倍尺飛剪的優(yōu)化剪切，提高成材率和收集效率，降低勞動強度。

[1] 蔡春源. 機械零件設計手冊:第三版.上冊[M]. 冶金工業(yè)出版社，1994.

[2] 吳宗澤. 機械設計[M]. 中央廣播電視大學出版社，1998.

[3] 單輝祖. 材料力學教程(第2版)[M]. 國防工業(yè)出版社, 1997.

[4] 吳宗澤. 機械設計課程設計手冊[M]. 高等教育出版社, 2012.

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