1、吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 1 页圆盘剪切机设计1.绪论1.1 选题的背景和目的剪切机有各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于 2030 毫米的钢板及薄带钢。而飞剪用于剪切运动着的轧件，其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。这
2、种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组，连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢，作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。这次选圆盘式剪切机作为设计题目是在对 1700 横切机组的调研的背景下进行的。1700 横切机组使用多年，其中圆盘剪使用过程中存在一些问题。该厂对该剪切机也进行了多次改造。圆盘剪使用过程中传动系统精度底，径向调整机构和刀片侧向调整精度低，迫切要求更新和改造设计。这次设计的目的就是通过设计对主轴传动系统，刀片侧向
3、调整机构，特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪单体机械设备的设计方法，使所学的理论知识和实际结合起来，提高设计能力，独立分析能力和绘图技术，进行规范化的的训练为今后的工作打下有力的基础。1.2 圆盘式剪切机国内外的发展现状圆盘剪切机有下列几个机构组成：刀盘旋转传动系统，刀盘径向调整和刀片的侧向调整，剪切宽度的调整等。剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 2 页早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙
4、是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪切机的剪切速度通常为 0.4 米/秒。目前圆盘式剪切机装在横切机组上，剪切厚度为 0.53 毫米，宽度为 7001500 毫米。带钢剪切速度达到 13m/s。刀片传动通过减速机和 4 个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4 个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度，为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动。滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小速比大调整精度高。刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来
5、实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。圆盘剪后设置碎边剪，将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中，也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来，然后停车卸卷。为了使切下来的板边的钢板平直，在出圆盘剪时切边应向下弯曲，现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现见图 1.1。图 1.1 使钢板保持水平位置的方法目前，各国都在研究扩大圆盘剪的剪切范围，有的国家已经采用两台连续圆盘剪，剪切厚度为 10 毫米的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的 5%10%，紧接着由第二台圆盘剪将钢板全部切断，见图 1.2。在冷轧横切机组上采用不带驱动装置的圆盘
6、剪，其圆盘剪刀片的传动是由带有一定张力的被剪切的带钢来带动实现拉剪方式。分条圆盘剪为了提高工作效率，从而采用了两套机架，轮流使用，整体更换使设吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 3 页备的维修性提高，但投资费用大。1.3 圆盘剪切机研究的内容和方法1.3.1 圆盘剪切机在机组的布置和作用1、热轧钢板精整机组热轧钢板精整机组示意图如图 1.3 所示图 1.2 双重圆盘剪示意图1. 运输辊道 2. 前斜刃剪 3. 后斜刃剪 4. 圆盘剪 5.碎边机图 1.3 热轧钢板精整机组示意图热轧钢板冷却后由运输辊道运输到后斜刃剪进行切头，然后送到圆盘剪切边，在达到一定宽度要求后送到冷床。切下的边由碎
7、边机剪切成小段后运走。为满足钢板的长度要求，再由辊道运回前斜刃剪，加工成一定的尺寸长度。吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 4 页圆盘剪的作用是剪切钢板宽度尺寸，即去掉两边并切齐满足宽度要求。2、1700 横切机组1700 横切机组的布置见图 1.4 所示。由吊车将钢卷吊来放到链式传送机上进入拆卷机拆卷，由伸直机将板头伸直，由下切剪切头后经 17 辊矫直机初矫后到圆盘剪进行切边，再送入 1700 矫直机进行胶直，最后由飞剪组合控制剪切带钢的长度，带钢连续运行切断，由涂油机经给料辊进入磁力辊1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 17 辊矫直机 5. 圆盘剪6. 17 辊矫直机
8、7. 飞剪机 8. 涂油机 9. 给料机 10. 垛板台图 1.4 1700 横切机组示意图道（或磁性皮带）送到垛板台上落下垛起，当达到一定高度后由吊车运走。圆盘剪的作用就是将矫直后的带钢连续切边，并使其达到一定宽度要求，再送到飞剪机连续剪切到要求的长度尺寸。3、1700 冷纵剪切机组1700 冷纵剪切机组布置见图 1.5 所示。1. 拆卷机 2. 伸直机 3. 下切剪 4. 给料机5. 圆盘剪切机 6. 卷边机 7. 风动分离盘 8. 分卷卷取机吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 5 页图 1.5 1700 冷纵剪切机组示意图纵剪就是将钢板破成窄条。钢卷由吊车吊到拆卷机处拆卷，将头伸
9、直经下剪切头由给料机送到圆盘剪切纵切后切成窄条，给风动分离盘，由分卷取机卷成窄带卷，卸卷后由吊车吊走送入成品库。切下的带钢边，由板卷机卷成卷，卸下后送走。圆盘剪切机的作用是将冷轧成卷带钢切成窄条，并卷成窄带钢卷。其窄带钢卷的宽度由刀盘轴定位环调整，使刀盘之间位置变化。1.3.2 圆盘剪切机的类型和特点圆盘剪切按用途分为剪切板边圆盘剪和剪切带钢纵切圆盘剪。1、剪切板边的圆盘剪热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于 20 毫米，径向调整采用偏心套，同步齿轮与刀片轴用万向连接轴传动。热轧钢板圆盘剪的另一种类型，剪切厚度在 4050 毫米，采用二架圆盘剪同时剪切，第一架切入一定的深度后第二架圆盘剪再将其完全切断
10、。冷轧带钢圆盘剪，剪切厚度 0.52.5 毫米之间，径向调整移动上刀盘同步齿轮采用四连杆机构。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。冷轧带钢圆盘剪的另一中类型，刀盘不带驱动，而是利用带钢拉着剪切。2、剪切带钢纵切圆盘剪纵切圆盘剪将带钢连续破条剪切，采用多对刀盘，刀盘轴传动有两种：一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。1.3.3 圆盘剪切机设计内容和方法1、通过靠工厂调研，了解同类圆盘剪生产中存在的问题，查阅相关资料掌握圆盘剪的发展现状。2、制定圆盘剪设计方案，在认真研究，有创新和改进，方案合理，并进行方案评述。3、进行设计计算，保证机件强度和刚度，计算公式采用要有依据。4、画出总图
11、，部分部件图和零件图，利用计算机绘图。5、对设计中控制系统提出要求，选择润滑方法。吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 6 页6、试车方法和维修技术，保证维修方便。7、对设备进行经济分析和评价，降低设计成本。2. 设计方案的选择和方案评述按给定的设计参数，设计题目是 1700 横切机组的圆盘式剪切机有两中类型，一种是一般的切边圆盘剪。有的设有测速电机，另一种靠带钢拉动圆盘剪刀进行剪切称为拉剪。设计方案选择设有增速机构的圆盘剪，其结构示意图如图 2.1 所示。1. 带电机摆线针轮减速器 2. 径向调整减速机 3. 调整丝杆 4. 刀盘5. 离合器 6. 增速机构 7. 减速机 8. 电机
12、9.10.11.12 同步齿轮13. 刀盘侧向间隙调整装置 14. 机座移动机构 （宽度调整机构）图 2.1 圆盘剪结构示意图该圆盘剪装在横切机组上，用来剪切厚度为 0.62.5 毫米，宽度为 7001500 毫米吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 7 页的带钢。剪刃线速度为 13 米/秒。主传动由电机 8 通过减速机 7 同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮 9 相连，下刀盘与齿轮 10 相连，齿轮 9、11，12 之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙（调整上刀盘位置）各齿轮能很好的啮合，刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出使下刀盘做轴向移动调整间隙很小，调整
13、好在锁紧。刀盘径向调整通过带电机的减速机 1，调整减速机 2，及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动。在剪切机下部设置机架横移机构，由电机通过行星减速机传动左右两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨作相同或者相反移动从而达到调整带钢宽度的目的。该设计方案做下列改进：其一,径向间隙调整比偏心套调整可靠利用连杆机构比万向接轴精度高。其二，侧向间隙调整增加自锁装置，安全可靠。其三，宽度调整采用行星齿轮减速机比蜗杆减速机效率高占地空间小。最后增加了测速机构，为电机提供信号，为电机达到精确的转速提供的保障，从而使整机更完善。由以上所述方案是比较好的，并且可行的。吉林农业科
14、技学院本科生毕业设计（论文） 第 8 页3. 电机容量的计算3.1 定性选电机电动机分交流电动机和直流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂 价格较高，维护比较不便等缺点，因此无特殊要求是不宜采用。冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此，应选用交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，我国新设计的 Y 系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其具有以下优点：1、结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便； 2、适用于不易然，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上；3、由于起动性能较好，也适用与某些要求起动转矩较高的机械。所设计圆盘剪切机已知原始数据
15、：剪切带钢速度 V=13 m/s, 取 3 m/s; 剪切带钢强度 600 MPa 取 600 MPa；b剪切带钢厚度 h=0.52.5 mm；剪切带轮宽度 B=7001500 mm；剪刃的摆动不超过 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；上下剪刀的侧间隙 0.05 mm， 重叠度 S=00.3 mm。由于圆盘剪切机属于一般冶金机械设备，无特殊要求，连续工作时间长，要求起动性能好，起动转矩较高，故选择交流异步电动机 Y 系列。3.2 选择电动机的容量1、圆盘刀片尺寸 圆盘刀片尺寸包括圆盘刀片直径 D 及其厚度 。圆盘刀片直径 D主要决定于钢板厚度 h，查文献1，295，其计算公式为：吉林农
16、业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 9 页1coshD（3.1）上式中的最大咬入角 ，一般取为 。 值也可以根据剪切速度 V 来选取，同105时当咬入角 = 时，我们可以引用一个经验公式，圆盘刀盘直径通常在下列范105围内选取D=(40125)h (3.2)带入数值计算得：D=125 2.5=312.5 mm圆盘刀片厚度 一般取为(3.3)D)1.06.(带入数值计算得：mm25.3.1.0同时根据表1.表 8-13一般圆盘刀片直径、厚度与被剪切带材厚度的关系，可取的各数值：D=270 mm、 =20 mm，为了保证剪切力及刀片的强度和使用寿命，我们取 =30 mm。2、上下刀盘的侧间隙 我
17、们取预定值 0.05 mm。3、剪切速度 V 我们取预定值 3 m/s。4、剪切力与剪切功率 作用在一个刀片上的总的剪切力是由两个分力所组成的，即21P式中 纯剪切力；1p钢板被剪掉部分的弯曲力；2PhdxqdPx1式中 作用在接触弧 AB 水平投影单位长度上的剪切力。xq由相对切入深度知吉林农业科技学院本科生毕业设计（论文） 第 10 页hxtan2微分后得 dxtan2所以纯剪切力为hp1dtan2ht式中的 值可利用平行剪单位功数据。a在圆盘剪上冷剪时， 值可按下面公式计算abbK21%06=120式中取系数 ， 为金属材料延伸率，查手册取 20%。121K所以 ahPtn210t5.N3127.查文献1 ，297总剪切力的计算公式为(3.4)tan(1Zp)%201t4.27.3N315.4
