熱軋機組鋼卷檢查線液壓剪切機

劉家輝，張 磊

隨著精密加工等現代機械加工行業的不斷發展，市場對鋼材質量要求的日益提高，尤其對毛坯的體積 (重量)誤差，斷面形狀及其他幾何參數等檢驗指標的要求越來越高，所以熱軋機組鋼卷檢查線的作用變得越發重要。

眾所周知，熱連軋機組鋼卷檢查線是通過鋼卷小車將熱軋鋼卷運送到托卷輥上，然后對鋼卷進行開卷、剪切試樣及廢料、分段剪切，對剪切下來的鋼板進行表面檢查，并對剪切試樣進行性能檢測。因此，剪切機是檢查線上的關鍵設備，其工作和維修性能的優劣將直接影響到檢查線的使用效果。目前檢查線上的液壓剪切機主要有浮動式和連桿式兩種，為滿足對更高剪切質量的需求，有必要對其各自的優缺點進行對比分析。

1 工作原理

浮動式液壓剪切機主要由上刃臺、下刃臺、機架、橫梁和兩個主液壓缸等組成，其中上刃臺通過機架兩側的軸桿與固定兩個主液壓缸的橫梁連接成一體。剪切前根據鋼板的厚度，通過人工增減墊片調整好剪刃間隙，剪切時兩個主液壓缸的無桿腔同時加壓，首先上刃臺及固定兩個主液壓缸的橫梁一起向下運動到機架上部的機械擋塊處停止，兩個主液壓缸的活塞桿向上伸出帶動下刃臺向上運動，完成對鋼板的剪切工作（見圖1）。

連桿式液壓剪切機主要由上刃臺、下刃臺、機架、一個主液壓缸、連桿機構、剪刃間隙調整裝置和壓輥裝置等組成，其中連桿機構是由兩組尺寸相同的連桿組成，下端分別與機架鉸接，上端分別與下刃臺鉸接，利用過渡連桿將兩組連桿連接在一起，以保證其機械同步，過渡連桿的一端與液壓缸缸頭鉸接。剪切前根據鋼板的厚度，通過人工轉動手輪調整剪刃間隙調整裝置中的斜楔，以達到所需的剪刃間隙，剪切時上刃臺固定，液壓缸有桿腔加壓，活塞桿縮回帶動連桿機構使下刃臺上升，完成對鋼板的剪切工作。壓輥裝置在開始剪切前壓住鋼板，并在剪切過程中隨下刃臺同步上升，剪切結束后壓輥裝置通過彈簧復位（見圖2）。

2 結構比較

浮動式液壓剪切機由兩個主液壓缸同時工作以提供所需的剪切力。因此存在兩個主液壓缸同步性的問題，如通過液壓控制實現運動同步，其成本將大幅提高；另外由于兩個主液壓缸位于剪切機橫梁內部，安裝和維修都較為困難。而連桿式液壓剪切機只有一個主液壓缸設置在機架外部。因此從根本上解決了液壓缸同步及安裝、維修問題。

圖1 浮動式液壓剪切機簡圖

圖2 連桿式液壓剪切機簡圖

浮動式液壓剪切機通過人工增減墊片的方式調整剪刃間隙，而連桿式液壓剪切機是通過人工轉動手輪，調整剪刃間隙調整裝置中的斜楔，以得到所需的剪刃間隙。因此連桿式液壓剪切機的剪刃間隙調整裝置在很大程度上提高了工作效率，減輕工人的勞動強度。

浮動式液壓剪切機由于沒有設置壓輥裝置，在剪切過程中會影響鋼板的剪切質量，而連桿式液壓剪切機壓輥裝置在剪切過程中對鋼板起固定作用，因而鋼板的剪切質量比浮動式液壓剪高。

3 受力分析

在剪切時，兩種剪切機均為上剪刃固定，由液壓缸驅動下刃臺帶動下剪刃完成剪切過程。假定兩種剪切機剪切同等規格的鋼板，剪刃的傾斜角也相同，所以工作時所需要的剪切力是相同的，即下剪刃傳遞給下刃臺的垂直方向壓力相同，另外假定下刃臺的重量相同。取下刃臺所受的垂直壓力和下刃臺自重的合力為N。

浮動式剪切機工作時，軸桿所受的摩擦力為垂直方向，下刃臺對其側向的壓力很小，摩擦力可以忽略，兩個液壓缸所受的合力即為N。

由于連桿式剪切機兩組連桿機構與剪切機中心線等距，所以在進行受力分析時可將其視為一組連桿機構；在下刃臺上升過程中由于下刃臺相對于機架有向左上方的運動趨勢。因此機架左側對下刃臺有水平的支撐力和向下的摩擦力，而右側的摩擦力忽略不計；另外連桿機構的自重對整個系統影響很小，也忽略不計（見圖3）。

首先對下刃臺進行受力分析（見圖4）。由于上連桿的受力情況屬于二力桿，因此支撐力的方向沿著桿的軸線方向，可解出：

由此可見，漢代皇帝的敕令要想上升為法律，有嚴格的立法程序。首先，須要“具為令”，讓某項皇帝的敕令獲準立法，進入立法計劃。然后，將進入立法計劃的令交由朝臣商議后完成內容的制定。即“著為令”或“議著為令”。最后經由皇帝批準，頒行天下。

圖3 機構受力簡圖

圖4 下刃臺受力簡圖

式中，N34—上連桿施加給下刃臺的支撐力（N）；N—下刃臺所受的垂直壓力和下刃臺自重的合力；μ—滑動摩擦系數；β—上、下連桿與水平方向的夾角（上連桿的上鉸點與下連桿的下鉸點始終在一條垂直線上，并且兩個連桿長度相同）。

在連桿系統中下連桿的受力情況同樣屬于二力桿，因此所受支撐力的方向沿著桿的軸線方向（見圖5），由此可解出：

圖5 連接點處受力簡圖

式中，F—液壓缸對連桿機構的拉力（N）；N43—下刃臺施加給上連桿的壓力（N）；α—液壓缸

拉力與水平方向的夾角。

N34＝N43，將式 （1） 帶入式 （2） 得：

如某1580熱軋機組鋼卷檢查線剪切機的相關參數：

F=1.006 N

用公式（3）相對于β進行一階求導，得：

可以看出，兩種剪切機液壓缸的受力情況基本相同。在剪切過程中β逐漸增加直到90°，而液壓缸的支撐點與兩個連桿β為90°時的連接點處于同一高度（見圖6）。因此在剪切過程中α逐漸減小直到0°，所以α的變化率遠小于β。從公式（4）可以看出，該值小于0。因此在剪切過程中液壓缸的拉力隨β角度的增加而減小，從而可以通過增加開始剪切時的β角減小液壓缸的最大受力。另外根據式（3） 可以看出，β角不變時，在結構允許的情況下，當調整液壓缸的支撐點，使得α角增大，直到 α+β=90°過程中，F 值逐漸減小，當 α+β=90°時，F=0.91 N，液壓缸的受力減小了9%。

圖6 液壓缸位置圖

5 結語

綜合以上分析，浮動式液壓剪切機與連桿式液壓剪切機在液壓缸受力方面基本相同，而后者在設備的安裝、維修、使用等方面顯示出其優越性，并且鋼板的剪切質量得到了明顯的改善。因此目前國內已有多條熱軋機組鋼卷檢查線采用連桿式液壓剪切機，且反響良好，其市場前景也非常廣闊。