高速线材生产线飞剪机设计

针对部分高速线材飞剪机，在切头切尾以及事故碎断功能切换时，需要进行结构更换，本文介绍了一种新型飞剪机。该飞剪机为单电机驱动的回转式飞剪机。飞剪本体为四轴式双支承硬齿面圆柱传动结构，上下刀架均采用120度布置的三刀体结构，有效地提高了剪切效率;同时为保证精度，便于安装，刀架与剪轴之间采用锥度过盈配合。出口导槽增加摆臂装置，有效地防止了堆钢、卡钢现象。与传统飞剪机相比，该飞剪机集切头，切尾和碎断功能于一体，在轧件高速运行的情况下，可实现大断面高强度剪切。

1、前言

飞剪是高速线材生产线中不可缺少的设备，主要负责切头、切尾和事故碎断。它在提高轧机咬入效率，减少轧辊受到的冲击，防止轧制过程中的废钢事故中都起到决定性作用，直接影响产品质量和成材率。因此飞剪应保证良好的剪切质量，即精确、切面整齐和较宽的尺寸调节范围，同时还要有一定的剪切速度。随着连续式轧机的发展，飞剪机得到越来越广泛地应用，其中曲柄连杆式飞剪和回转式飞剪是棒线材生产线上最常见的设备。曲柄连杆式飞剪剪切时的剪刃与轧件垂直，无附加的挤压力，具有较高剪切质量，但回转半径小，适合剪切断面大速度低的轧件。回转式飞剪剪切时与轧件不垂直，对轧件有一个附加挤压力，适合剪切断面小速度高的轧件。

由于特钢高速线材生产线对飞剪机有剪切能力强，剪切端面大，剪切速度高等要求，国内线材生产线3#飞剪一般采用曲柄连杆式飞剪，或采取曲柄回转－组合式飞剪。

然而曲柄连杆式飞剪机结构复杂，适合在低速下运行，不能满足在高速下剪切的要求。而曲柄回转－组合式飞剪，剪机形式来回转换较为麻烦。

为了满足生产工艺要求，需要设计一种新型的回转式飞剪机，与传统回转式飞剪机不同，该飞剪机采用三刀体结构型式，入口导槽设有剪前转折器，出口导槽采用一种新型的拍打装置，可有效地截住所切头尾的钢头，保证其顺利落入料筐，消除堆钢、卡钢现象。该回转式飞剪机集切头、切尾和碎断于一体，不仅结构简单，运行平稳、高效，而且剪切速度高，剪切断面大，剪切强度高。

2、飞剪机设备组成3#新型回转式飞剪机由入口导槽、剪机本体、出口导槽、溜槽装置以及料箱等部分组成。2.1、入口导槽入口导槽位于飞剪机入口侧，用于对轧件进行导向。入口导槽由摆动导管，导管支座，支架，缓冲器，限位架和气缸等部分组成，如图1所示。入口导槽的摆动导管由气缸驱动，带动摆动导管围绕固定铰点旋转。摆动导管的另一侧装有缓冲器，一方面用于限定导管摆动范围，另一方面缓冲器内置弹簧可以在导管与缓冲器发生碰撞时起到缓冲作用，减少冲击，从而起到保护作用。限位架用于在事故时保护导管免受损害，限位范围略大于导管运动的行程，不影响导管正常摆动，从而对铰接点处部件起到保护作用。当飞剪进行切头、切尾作业时，入口导槽处于水平位置，如图1中所示的“a”位置，此时轧件通过导槽进入飞剪机，仅有一个位置的剪刀对轧件进行切头、切尾作业，其他两对剪刀由于剪刃宽度窄的关系，并不对轧件进行剪切。当飞剪进行事故碎断作业时，入口导槽在气缸作用下摆动到如图1中“b”所示位置，此时轧件通过入口导槽进入飞剪刀架，刀架上三个位置的剪刀均对轧件进行碎断作业。

2.2

、剪机本体2.2.1、

结构特点剪机本体为四轴式双支承硬齿面圆柱传动结构，输入轴齿轮与下剪轴齿轮为一级减速传动，输入轴齿轮与上剪轴齿轮为二级减速传动，上下剪轴齿轮同步。为了结构紧凑，剪机四根轴的中心不在一条线上，输入齿轮轴与输出轴的中心线偏离了一个距离。本体由剪切机构、齿轮、飞轮装配和离合器操作手柄装配等组成。低速大截面剪切时使用飞轮，通过离合器操作。剪机本体的箱体由上箱体，中箱体以及下箱体三部分组成，采用焊接结构，方便安装和拆卸。为了缩短碎断长度，上下刀架均采用120度布置三刀结构，三副刀片剪刃侧间隙均为0.3－0.4mm，重合度为2.5±0.5mm，刀片材料:

4Cr5WMoVSi，切头用一对宽刀，碎断用一对宽刀和两对窄刀，三副刀片均有防打刀副刀刃。切头尾和碎断通过入口导槽实现飞剪机功能的转换。由于刀体为间隔120°的三刀片结构型式，考虑到飞剪对齿轮间隙和对刀的精度要求极高，为了方便装配，保证精度，刀架与主轴之间采用锥度过盈配合联接，如图3

所示。2.2.2、

技术性能参数剪切钢种:冷镦钢、弹簧钢、轴承钢、合结钢、碳结钢、易切削钢剪切温度:

≥780℃、最大剪切断面:

1440mm2最大剪切力:

300kN最大剪切速度:

14m/s剪切精度:

±50mm电机功率:

430kW(AC)2.3、出口导槽出口导槽装置位于飞剪机出口侧后方，用于剪后的轧件导向。然而在实际生产中，飞剪切头时，钢头在惯性作用下会以微大于轧件的速度向前飞行，当剪切长度过短，切除的废料运行速度过快，或者控制部分设置不合理时，钢头往往不会按照预设轨迹落入溜槽装置中，而是随着轧件继续向前运动，从而飞入导槽，堵住轧件运行的轧制通道，产生卡钢、堆钢事故，严重影响生产线的正常运行。新设计导槽装置，增加了料头拍打部分，用于将切掉的头部及尾部废料拍打进溜槽内。如图4所示，该出口导槽装置由传动装配、连杆装配、导槽装配、摆臂、伺服电机、减速机、联轴器以及制动器等部分组成。设备运行过程中，飞剪机切掉的废料将从左边飞入导槽本体。当料头行进到一定距离时，

PLC给伺服电机发送启动指令，伺服电机通过减速机、联轴器带动传动轴转动，传动轴通过连杆装配带动摆臂绕摆臂轴摆动。摆臂运动过程的位置示意图，如图5所示。在切头时，当电机收到启动指令后，摆臂在电机带动下由位置“a’”加速运动到位置“b”，此时摆臂到达最高位;摆臂由最高位继续加速运动至“a”位置;开始截住切除的头部废料。然后摆臂继续匀速向下运动至位置“c”，从位置“a”到位置“c”所用的时间必须小于轧件到达摆臂前端所花费的时间，这是为了确保摆臂尖端低于轧制中心线，保证轧件无障碍地通过。最终摆臂慢慢减速至最低位“d”停止运动，并等待下次动作。在切尾时，摆臂停在“d”位置，等待指令。当伺服电机接收到切尾启动指令后，摆臂将在电机带动下加速运行至“c”位置。接下来，电机带动摆臂以恒定速度向上运动至位置“a”。保证将尾部废料截住。当前轧件的尾端通过摆臂以后，摆臂最终停回“a’”位置，准备进行下一次作业。如此往复，将头部与尾部废料准确拍打进溜槽装置，并收集进料箱内。

3

、飞剪机技术特点与传统预精轧之前的3#飞剪相比，该新型飞剪机具有以下特点:

(1)轧件速度可达到

12m/s，剪切断面最大Φ43mm，实现了高速大断面剪切。(2)采用回转式飞剪机，集切头、切尾以及事故碎断于一体，结构简单。(3)入口导槽设置有剪前转折器，可实现切头切尾功能与碎断功能的转换。(4)刀架与主轴采用锥度过盈配合，减少了安装难度，提高了对刀的准确性。

(5)刀架采用三组刀体均布的形式，仅有一组切头切尾，三组均参与碎断，提高了工作效率，缩短碎断长度。(6)出口导槽增加拍打装置，可及时将切除的废料拍打进溜槽中，有效地消除了生产线运行过程中卡钢、堆钢的现象，提高了生产效率。(7)料头拍打装置采用