中板圓盤剪剪切跑偏分析及改進實踐

摘要：本文結合現場生產實際，通過對圓盤剪剪切原理及剪切過程進行分析，總結圓盤剪剪切過程中發生的鋼板跑偏設備故障產生的原因，提出了有效技術措施。

關鍵詞：圓盤剪 跑偏 剪切 重疊量調整

1前言

福建三鋼集團有限公司中厚板軋鋼廠于2007年2月全線建成投產，是福建省第一條的中厚板生產線，二期工程改造完成后產能達到120萬噸/年，圓盤式雙邊剪是中厚板生產線精整區主要設備之一，用于對軋制鋼板進行邊部縱切，將鋼板剪切至要求的成品寬度。在實際生產過程中，由圓盤剪剪刃間隙調整、剪刃直徑，鋼板對中精度，軋制板型、碎邊剪及設備安裝制造精度等原因引起鋼板剪切時產生跑偏，造成剪切不及時，嚴重影響了剪切效率及產品質量，本文結合現場生產實際對圓盤剪剪切過程中發生的鋼板跑偏的原因進行總結，并提出有效的改進措施。

2圓盤剪設備技術參數

3 圓盤剪剪切跑偏原因分析及改進措施

經過幾年的生產實踐過程觀察總結，造成圓盤剪剪切跑偏的主要原因有剪刃間隙調整、刀盤直徑，鋼板對中精度，刀口鈍化、碎邊剪及設備安裝制造精度等。具體原因分析及改進措施如下：

3.1 兩側剪刃垂直間隙和水平間隙調整的影響

圓盤剪剪切鋼板過程中理論兩側刀盤垂直間隙和水平間隙是完全一致的，實際上剪刃間隙是影響跑偏和剪切質量最重要的因素，生產過程中，由于存在刀軸竄動，剪刃間隙調整機構傳動動精度，刀口直徑磨損及鈍化差異，操作人員需要根據剪切實際現象進行剪刃間隙補償性調整，而非理論上嚴格的將兩側間隙調整一致。

首先我們通過圓盤剪剪切過程中的剪切力分析來找出剪刃垂直間隙即重疊量大小剪切力之間的關系，進而找出剪刃垂直間隙和水平間隙影響跑偏的解決辦法。

圓盤剪剪切力公式為：

Z1 被剪掉的板邊寬度與板厚的比值d/h，影響因素系數

由式3-1可以看出，當剪切鋼板材質、板型一定時，剪切力大小主要與剪切時剪刃的咬入角a以及受d/h影響的系數Z1有關。

式中ε0 為鋼板斷裂時的相對切入深度， s為剪刃垂直間隙，D為剪刃直徑。

由式3-2可知，當剪切鋼板材質、板型一定時，咬入角a主要受剪刃垂直間隙s即重疊量大小影響。

由式3-1、式3-2得到剪切時剪刃重疊量，咬入角及剪切力之間的關系：在排除其他因素情況下，當重疊量s增加時，咬入角a增加，剪切力P減小，反之當重疊量s減小時，咬入角a減小，剪切力P增加，由于剪切力的差異，剪切過程中鋼板向剪切力大，即重疊量小側跑偏。根據此結論可以對重疊量重新調整，進而消除重疊量對跑偏的影響。有經驗的操作人員，可以根據經驗利用重疊量的微調改善和修正其他因素造成的剪切跑偏。

圓盤剪在剪切過程中，剪刃水平間隙主要影響鋼板與剪刃之間存在的切向的摩擦力，它主要受。剪刃水平間隙過小時，會導致此切向摩擦力增大，剪刃磨損加劇，切邊部分易形成擠壓，剪切力增大，造成設備過載，刀刃磨損快，刀口發亮，毛邊過多；同時剪刃水平間隙過大時，此切向摩擦力減小，不易咬入剪切鋼板，切邊不徹底，產生拖拽。

經過多次優化，剪切不同厚度的Q235鋼板時對應圓盤剪機組剪刃間隙如下：

3.2 刀盤直徑影響

從經濟角度考慮，圓盤剪剪刃使用過程是一般從刀盤允許的最大剪刃直徑不斷修復至刀盤允許的最小直徑，因此更換相同直徑系列剪刃時，經返修后的兩側剪刃加工精度可能存在差異，剪刃直徑差異大，兩側剪切時線速度不同產生跑偏，因此剪刃制造時要保證直徑尺寸精度；此外由于進出口導向輥及夾送輥輥面標高固定，更換不同直徑系列剪刃時，需通過重疊量調整裝置重新設置下剪刃在剪切位時的偏心套偏轉角，兩側下剪刃偏心套偏轉角設置差異會對剪切時兩側下剪刃標高產生影響，類似于對傾斜的鋼板進行剪切，也會產生導致剪切跑偏。

圖2 圓盤剪剪刃重疊量示意圖

如上圖圖2所示，不同刀盤直徑上、下重疊量調整通過改變一定的偏心套偏轉角實現，為了實現任意機組允許直徑的刀盤剪刃重疊量調整，我們根據剪刃原始位置及重疊量調整后尺寸變化規律，找出不同刀盤直徑重疊量與偏心套偏轉角的參數關系：

（3-2）適用于所有同類圓盤剪重疊量計算，在操作臺上位機上進行編程修正，關聯刀盤直徑規格，利用電機編碼器定量調整偏心套偏轉角，即可實現不同直徑規格剪刃重疊量同步調整，從根本上解決此類問題對剪切跑偏造成胡影響。

3.3 碎邊剪的影響

兩側碎邊剪剪切時的速度差異對剪切鋼板的受力情況存在著嚴重影響，碎邊剪速度超前側碎邊時對鋼板產生拖拽，碎邊剪速度滯后碎邊時對鋼板產生卡阻。兩側碎邊剪剪刃間隙及刀口鈍化蹦口程度差異會產生不同的拖拽力影響剪切跑偏。

針對碎邊剪對剪切過程的跑偏的影響，首先調試時通過電機編碼器設置嚴格保證兩側碎邊剪刀盤剪切速度的一致性，同時合理設置碎邊剪剪切速度超前率及碎邊剪刀盤間隙

經過實踐總結，我們將碎邊剪剪切速度超前率及碎邊剪刀盤間隙設置如下：

碎邊剪兩側超前率及間隙根據實際情況，可做適當細微調整進行補償，改進后取得較理想的剪切效果。

3.4 圓盤剪前后夾送輥的影響

圓盤剪前后設置夾送輥目的是送料和防止跑偏，實際使用時由于輥面標高、輥身線速度差異、安裝精度及兩側液壓系統夾緊力分配等影響，并不能達到預期效果，反而擴大對剪切跑偏的影響。

夾送輥影響因素可以通過制造、安裝和調試過程中嚴格控制精度來消除，同時適當調整兩側液壓系統壓力分配，盡量保證夾緊力差異最小化。

3.5 對中精度因素

鋼板剪切前進行對中，一般是參考激光劃線裝置光束，操作人員手動通過磁力對中裝置固定鋼板抬升后進行平移操作，實際操作時必然產生誤差，對中失誤兩側切邊寬度差異過大，產生剪切跑偏。嚴重時單側剪切邊超過75mm即可能產生卡鋼設備事故，人為產生的對中誤差，只能通過提高圓盤剪操作人員的鋼板對中水平來消除。

3.6 軋制板形因素

不良板型的鋼板切邊時，如鐮刀彎、狗骨等形狀的鋼板被剪掉的兩側板邊寬度隨剪切過程的進行隨時變化，即兩側鋼板所受剪切力也隨時變化，易產生跑偏，嚴重時單側切邊寬度超過75mm碎邊剪機組無法工作造成卡鋼。

消弱不良板型（相對鋼板中心線不對稱）對剪切的影響，應保證鋼板進入圓盤剪切邊前，在切頭剪進行切頭、分段， 同時盡量提高軋制水平，減少不良板型。對板型超差的鋼板直接送入火切處理，避免進入圓盤剪剪切設備造成更大的傷害；

3.7 其他原因

如圓盤剪機組加工組裝精度不夠導致圓盤剪、碎邊剪刀軸竄動，導致兩側水平間隙差異，產生跑偏，類似的還有圓盤剪剪刃垂直間隙調整蝸輪蝸桿機構制造組裝精度會導致重疊量調整失真。此外圓盤剪機組安裝時為了減少剪刃與剪切鋼板之間一定的摩擦力，一般調整圓盤剪機架的安裝位置，使刀盤相對鋼板運動方向轉一個很小的角度α，α的值一般取0～1°之間，兩側α值安裝存在差異導致剪刃與剪切鋼板之間摩擦力存在差異，造成剪切時鋼板向α值偏小側的偏斜。一般在圓盤剪設備制造、安裝時嚴格把關，或者調試時注意進行補償，類似原因可以消除或減輕影響。

4結 語

經過以上改進以后，我廠圓盤剪機組剪切跑偏故障現象得到了很好的控制，30米鋼板跑偏誤差基本可以控制在5mm以內。有效緩解了剪切區生產壓力，提高了剪切能力和成材率，取得較明顯經濟效益，2012年已能完成120萬t/年板材軋制產能的剪切任務要求。

參考文獻

[1]鄒家祥主編.軋鋼機械（修訂版）.北京：冶金工業出版社.1989.

[2]黃慶學.軋鋼機械設計[M].北京：冶金工業出版社.2007