張 維

（天津鋼鐵集團有限公司中厚板廠，300301）

0 引言

定尺剪是板材剪切線的重要組成部分，主要用于鋼板的定長和頭尾剪切工作。對于不同厚度規(guī)格的鋼板，工藝要求對剪刃間隙的大小進行調(diào)整。剪刃間隙由各組斜鐵上的絲桿帶動調(diào)節(jié)，絲桿上安裝的限位螺母，能夠控制剪刃間隙調(diào)整的最小值，避免剪刃發(fā)生重刀。在使用過程中，該處限位螺母曾多次出現(xiàn)松動，由于螺母安裝在渦輪箱上蓋內(nèi)部，常規(guī)巡檢無法發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測也有一定的困難，如不及時發(fā)現(xiàn)并處理，會對設(shè)備安全使用造成很大隱患。為適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)，避免設(shè)備出現(xiàn)此類事故，有必要對限位裝置進行改進，替換掉現(xiàn)有螺母，以徹底解決螺母松動造成的問題。我們自行設(shè)計了一種二級自鎖定位螺母，使得限位螺母松動問題得以解決，對類似部位的改進也有一定的指導(dǎo)意義。

1 定尺剪設(shè)備簡介

1.1 定尺剪有關(guān)參數(shù)簡介

中厚板廠3 500 mm剪切線現(xiàn)采用國產(chǎn)一重設(shè)備，屬于滾切式橫切剪。該定尺剪相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：剪切厚度范圍6~40 mm；最大剪切力16 000 kN；剪切連續(xù)次數(shù)8~10次/min；剪刃間隙調(diào)整速度0.14 mm/min；上下剪刃重合度5~8 mm；上下剪刃間隙0.5~6.5 mm；上下剪刃平行度≤0.1 mm。

1.2 剪刃間隙調(diào)整裝置工作原理

定尺剪主要用于鋼板的定長和頭尾剪切工作。對不同厚度的鋼板，工藝要求剪刃間隙要進行適當(dāng)調(diào)整。在設(shè)備執(zhí)行上，整套剪刃間隙調(diào)整裝置主要由電機、渦輪箱、絲桿、斜鐵、滑板、壓簧等構(gòu)成。上剪刃安裝于刀臺上，由4組斜鐵升降推動刀臺進行水平移動，壓簧能夠保證斜鐵與刀臺貼緊滑板進行無隙導(dǎo)向。斜鐵升降動作由電機、渦輪箱配合絲桿完成。各組斜鐵之間由渦輪箱聯(lián)軸器同時帶動，以保證調(diào)整的同步性。下面以圖1為例，說明剪刃間隙的調(diào)整過程。

圖1 剪刃間隙調(diào)整裝置工作原理示意圖

在剪切不同厚度規(guī)格的鋼板時，定尺剪需要根據(jù)鋼板的厚度，對上下剪刃的間隙進行適當(dāng)調(diào)整。這種調(diào)整動作依靠一對能發(fā)生垂直方向上相對位移的斜鐵來實現(xiàn)。例如，當(dāng)斜鐵發(fā)生相互遠(yuǎn)離時，它們之間的總體厚度就會變大，接著隨動斜鐵32擠壓刀臺，使得上剪刃33水平橫向的接近下剪刃34，實現(xiàn)了上下剪刃橫向間隙減小。相反動作是：當(dāng)斜鐵之間相互靠近時，斜鐵的總體厚度變小，在壓簧30的推動下，刀臺被擠壓至隨動斜鐵32上，上剪刃33就會遠(yuǎn)離下剪刃34，剪刃間隙也會由此變大。

由圖1可知，在渦輪箱20中，電機通過蝸桿21帶動渦輪22上的絲桿23轉(zhuǎn)動，絲桿23下端連接調(diào)整斜鐵31，可帶動調(diào)整斜鐵31做上下垂直移動。隨動斜鐵32與上剪刃33由壓簧30帶動，隨動斜鐵32時刻與調(diào)整斜鐵31保持貼合，見圖1（b）。因此當(dāng)調(diào)整斜鐵31向下移動時，會由隨動斜鐵32推動上剪刃33朝著下剪刃34的方向移動，剪刃間隙由V縮小為V，見圖1（a）；反之，當(dāng)調(diào)整斜鐵31向上移動時，會由壓簧30推動上剪刃33朝遠(yuǎn)離下剪刃34的方向移動，剪刃間隙由V增大為VV，見圖1（c）。

1.3 剪刃間隙調(diào)整限位工作原理及缺陷

在指定的絲桿上安裝一限位螺母01，如圖1（b）所示，可有效防止剪刃間隙因調(diào)節(jié)量過小導(dǎo)致的上下剪刃重刀，進而影響到剪切精度控制，對剪刃的使用壽命及鋼板質(zhì)量均造成影響。需要特別注意的是，一旦在剪切過程中發(fā)生重刀情況，巨大的剪切力會導(dǎo)致整部定尺剪的主要部件報廢，產(chǎn)生的損失不可想象。因此該處限位螺母01的定位是保障設(shè)備進行剪刃間隙調(diào)整在合理范圍內(nèi)的關(guān)鍵所在，不可忽視。

該螺母01原為一個帶開口通槽的圓螺母，在開口側(cè)面還設(shè)置了螺絲安裝孔，當(dāng)圓螺母安裝到指定位置后，用螺絲將開口通槽的槽縫把合至很小，這樣可使得螺紋發(fā)生微變形，達到圓螺母定位的目的。

安裝時，上下剪刃的間隙為0 mm只是設(shè)計的理想狀態(tài)。實際裝配時，上下剪刃的間隙值需設(shè)置在最小為0.5 mm，這時應(yīng)使限位螺母01處于最下位，然后將該螺母01固定好，如圖2所示。

在使用剪刃間隙調(diào)整功能時，當(dāng)絲桿23運動至下限位極限時，螺母01與渦輪箱體內(nèi)的止動環(huán)02發(fā)生頂撞，絲桿23被迫停止行進，如見圖2（a）所示，達到了剪刃最小間隙定位的目的。

圖2 剪刃間隙調(diào)整限位工作原理示意圖

這種定位方式的優(yōu)勢在于充分利用了絲桿23上梯形螺紋自帶的鎖緊性能。但這種螺紋副只在靜載荷和恒溫工況下，才能保證螺紋連接不會自行松脫。作為傳動螺紋的一種，其自鎖性能弱于普通公制螺紋。而在實際使用過程中，限位螺母01始終處在變載荷沖擊之下（頂撞止動環(huán)時產(chǎn)生的振動），故這種自鎖性能很容易被外力破壞掉。第二個緊固難點在于，這種圓螺母需要安裝在絲桿的懸空部位（即定位位置），無法被連接件固定，這樣就無法滿足一般摩擦鎖合連接所需的條件。改進這種螺紋副連接方式成為解決螺母定位的關(guān)鍵所在，這對于同類型機構(gòu)實現(xiàn)定位控制的要求也同樣至關(guān)重要。

上述兩個緊固難點的解決，對于改善其他裝置或設(shè)備的緊固場合也具有指導(dǎo)意義。

2 限位螺母的改進方案

2.1 防松螺母類型及應(yīng)用

在螺母防松的應(yīng)用方面，各國均已有了長足發(fā)展，自鎖方式也各有特色。較為常見的自鎖螺母有嵌尼龍圈的、加金屬防松裝置的、帶頸收口的、涂抹防松動膠的、帶側(cè)伸縮開口的等。另外，國外品牌中也有美國的DISC-LOCK自鎖螺母、SPIRALOCK施必牢自鎖螺母、德國FS全鋼安全防松螺母、法國LANFRANCO船用和橋梁用高強度自鎖螺母等。這些產(chǎn)品一般應(yīng)用于鐵路鑄造、汽車產(chǎn)業(yè)、軌道交通、航天航空、船舶工業(yè)、采油機械、采礦設(shè)備、農(nóng)用機械、軍用、公共設(shè)施、橋梁、發(fā)動機、發(fā)電機、壓縮機、建筑機械、鉆孔設(shè)備、醫(yī)療機械、信號系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。

2.2 各類防松螺母產(chǎn)品的局限性

這些產(chǎn)品大多采用公制或英制螺紋。對于公知技術(shù)來說，這些螺紋的自鎖性能要優(yōu)于傳動螺紋。但針對傳動螺紋（如梯形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋等）設(shè)計并制造的自鎖螺母，市面上卻不多見。且以上幾種螺母，對于上述的第二個緊固難點（懸空定位）都沒有針對性的解決方法，因此無法直接選擇已有的螺母產(chǎn)品應(yīng)用于本定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置。要想解決上述兩類技術(shù)難點，需自行進行設(shè)計改造。

2.3 限位螺母改進的具體方案

在充分考慮現(xiàn)場安裝難度及渦輪箱內(nèi)部空間狹小的情況后，決定采用螺紋鎖緊的形式設(shè)計制作限位裝置。外輪廓采用圓邊無棱角形狀，以利于節(jié)省空間，內(nèi)螺紋采用與絲桿23相匹配的梯形螺紋。

該新式限位裝置采用上、下兩種不同的圓螺母組合而成，但區(qū)別于普通兩個螺母之間依靠相互鎖緊得到額外附加擰緊力矩的緊固形式。因為對于梯形螺紋來說，這種軸向增大擰緊力矩的互鎖方式還不能很好地適應(yīng)沖擊、振動類型的工況。

因此，這種新式圓螺母在外輪廓上各增加了一個錐臺，上螺母設(shè)計成內(nèi)凹形錐臺，下螺母設(shè)計成外凸形錐臺。特別需要注意的是，下螺母上的外凸錐臺的中軸線與該螺母中軸線存在一定的偏離關(guān)系，即外凸錐臺偏心。而上螺母的內(nèi)凹錐臺則與螺母是同心的。同一組圓螺母上的凹臺和凸臺其圓錐形表面在緊固時，可形成偏心式楔合，類似于楔子從側(cè)面將螺母與絲桿楔緊，達到徑向自鎖的目的，這樣做的優(yōu)點就在于解決了懸空定位時螺母易松動的問題，同時上下圓螺母與絲桿之間仍能形成原有的互鎖螺紋副。

在此基礎(chǔ)上，還可在上下圓螺母側(cè)面各制作兩個對稱分布的通螺孔，用于安裝沉頭頂絲。該下螺母對稱分布的頂絲所在的中心線，應(yīng)與同時經(jīng)過下螺母偏心錐臺中軸線及下螺母中軸線的面在空間上垂直，這樣可以避免頂絲緊固產(chǎn)生的徑向力與錐臺偏心自鎖的徑向力發(fā)生干涉。

采用上述方案，即可通過一套較為簡單的方式獲得良好的緊固效果。與普通的螺母相比，其突出特點在于，結(jié)合了兩種方式共同實現(xiàn)螺紋副的鎖緊，其一是依靠兩個螺母上的錐臺偏心式楔合形成的徑向力自鎖；二是采用安裝于螺母側(cè)面的沉頭頂絲，增加螺紋松動難度，由此形成了二極自鎖定位。

2.4 改進后限位裝置相關(guān)尺寸的修定

絲桿上原有限位螺母01的外形尺寸為Φ135 mm×Φ118 mm×85 mm。經(jīng)測算，改造后的限位螺母組合尺寸為Φ135 mm×Φ126 mm×88.63 mm，存在少量變化，如圖3所示。

圖3 改進后的螺母組件與原有螺母01尺寸關(guān)系示意圖

為保證剪刃間隙調(diào)整裝置的正常動作，需對圖2中擋套03和導(dǎo)向套04的部分尺寸進行修正，將擋套03的厚度由80 mm改為75 mm，外側(cè)邊長由120 mm擴大到128 mm，導(dǎo)向套04的內(nèi)孔由120 mm擴大到12 8 mm。位置關(guān)系如圖2所示。

2.5 基于實際應(yīng)用的改進

該螺母制作完成后，根據(jù)實際安裝情況，繼續(xù)在外觀上進行了部分改進。在上螺母任意位置和下螺母偏心位置處各加入了一個鋼印記號。這樣既可以知道下螺母的偏心位置朝向，又可在緊固過程中直觀地查看兩個螺母的相對位置偏移量，便于判斷緊固程度是否到位，同時也利于日后檢查限位有否松動，有利于巡檢工作。如圖4所示，“MARK”處即為增加的鋼印記號示例。

3 結(jié)論

定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置的限位經(jīng)過改進，未再出現(xiàn)松動情況。由于采用了新式的二級自鎖定位，大大提高了限位的固定能力，保障了設(shè)備安全性。這種螺母既可在有被連接件或底座的情況下使用，也可在絲桿中懸空鎖緊，并且針對市場上少見的傳動螺紋產(chǎn)品進行了較為明顯的改進。該螺母組合可根據(jù)實際工況環(huán)境做出相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)更多的緊固場合，也可作為一般緊固件應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。

圖4 進一步改進后的螺母組合安裝效果圖