剪穀軸向串動對剪刃間隙和重合度的影響及改進

秦小龍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵公司連鑄連軋生產線由達涅利公司設計，于2019 年5 月投產。高速飛剪是連鑄連軋生產線核心設備，位于層冷輥道末端并且靠近卷曲機組之間，功能是在無頭軋制時到高速帶鋼定尺和切分。

由于帶鋼在無頭軋制時始終保持卷取張力，為避免帶鋼剪切后卷取機和末架軋機之間突然間張力消失，造成正在卷取的帶鋼尾部過鋼不穩定，高速飛剪布置緊靠1#卷取機夾送輥裝置前方[1]，系統根據設定的帶卷重量,跟蹤帶鋼的分段剪切點。當剪切點到達高速飛剪時,飛剪剪切將帶鋼分段，第一卷尾部進入1#卷取機，1#夾送輥通過轉向機構將第二卷的頭部導入2#卷取機，實現2 臺卷取機的高速交替卷取[2]。高速飛剪剪鼓的旋轉和剪切是分開的，剪榖始終與帶鋼保持同步運動[3]。

首鋼京唐公司高速飛剪剪榖裝配共制造兩套，剪切厚度0.8～6 mm，最大剪切寬度1500 mm，剪切溫度250～650 ℃，剪切時剪榖的最高旋轉線速度20 m/s，根據重量或定尺需求對帶鋼高速剪切。對比常用的各類滾筒式飛剪，高速飛剪速度更快，剪切的帶鋼更薄，對機械精度、控制精度、剪刃間隙及重合度要求更高。

首鋼京唐公司高速飛剪由飛剪剪框、傳動部分、剪榖裝配、剪榖更換裝置等四部分組成。飛剪剪框上安裝有上下剪榖的橫向鎖緊、垂直鎖緊、剪榖裝配標高調整液壓缸；傳動部分包括上下剪榖電機、齒輪機座、上下傳動軸、齒輪偏心套調整電機及減速機和傳動軸；剪榖裝配是高速飛剪的核心裝配，它是一個裝配組合體，由剪榖機架、上下剪榖裝配、剪刃裝配、剪刃鎖緊裝置、齒輪偏心套裝置、齒輪偏心套調整裝置組合而成，其中齒輪偏心套裝置的齒輪和偏心套為整體結構偏心量30 mm，其中齒輪偏心套調整裝置可以實現上下剪鼓的分離和剪切。剪榖裝配通過剪榖更換裝置從飛剪剪框中抽出或裝入，兩套剪榖裝配交替使用：更換好剪刃并且調整好剪刃間隙、重合度的剪榖裝配在連鑄澆次間上線，下線剪榖裝配離線更換剪刃及調整剪刃間隙、重合度。

在兩套剪榖裝配交替使用4 個月后，其中一套剪榖連續發生兩次剪切不斷現象，帶鋼斷口：操作側帶鋼切斷斷口齊整，傳動側帶鋼斷口有毛刺并伴有撕裂現象。剪榖上線前下線后剪刃間隙發生變化，同時下線后剪榖沿著剪切旋轉方向手動盤車時，剪刃間隙保持不住。剪榖結構組成見圖1。

圖1 剪穀結構組成

1 傳動主齒輪裝配順序

參考圖紙，4 個主傳動齒輪模數相同、齒數相同，和剪轂軸雙鍵連接，裝配有順序要求，裝配精度要求很高，運行時保持同步。裝配順序如下：

（1）將3 個平鍵分別裝在上轉鼓傳動側、操作側及下轉鼓傳動側并用螺栓緊固。

（2）將3 個齒輪分別熱裝在上轉鼓傳動側、操作側及下轉鼓傳動側。

（3）3 個齒輪冷卻后測量轉鼓上第二個鍵槽與齒輪第二個鍵槽形成的Z 形鍵槽的工作面尺寸。

（4）根據現場測量的Z 形鍵槽尺寸加工Z 形鍵。修配時要分別保證鍵寬尺寸與對應的轉鼓鍵槽、齒輪鍵槽的配合過盈量0.015～0.030 mm。上剪榖操作側、下剪榖傳動側要將加工好的Z形鍵分成兩段裝入Z 形鍵槽。

（5）裝配順序目的：剪榖軸與主齒輪小過盈配合、雙鍵聯結，為了保證操作側上、下主齒輪副的側隙，同時為了消除操作側上、下剪榖及齒輪鍵槽的加工誤差，采用兩段Z 形鍵裝配時依次測量依次加工后裝入。

（6）最重要的是第四個主齒輪（下轉鼓操作側齒輪）裝配時，首先要保證已裝配好的傳動側2 個齒輪剪切時上、下齒輪的工作面接觸并且固定。熱裝下轉鼓操作側齒輪，在齒輪未冷卻前及時外加載荷轉動該齒輪，保證傳動側與操作側齒輪的運轉時嚙合狀態一致，冷卻到室溫。

（7）測量下剪榖操作側2 個Z 形鍵槽端面的尺寸，加工Z形鍵并分為3 段，裝配時依次測量依次加工后裝入。

（8）經過分析及在剪切位齒輪副齒側間隙及齒頂間隙實際壓鉛檢驗，得出結論：傳動主齒輪裝配順序及裝配方法正確，不會造成帶鋼剪切不斷現象。主傳動齒輪Z 形鍵布置見圖2。

圖2 傳動側主傳動齒輪Z 形鍵布置

2 主傳動齒輪消隙裝置

（1）為了保證剪切瞬間剪刃間隙保持不變，在下剪榖傳動側、操作側主傳動齒輪外側分別安裝2 個消隙齒輪（副齒輪），和主齒輪模數相同、齒數相同，目的是保持上、下剪榖在剪切瞬間兩對嚙合主齒輪的工作面還是互相嚙合，保證剪切瞬間剪切抗力造成的兩個主齒輪工作齒面不發生分離，保持剪切瞬間剪刃的間隙不變。因此，消隙齒輪相對于主齒輪有一定的超前量，剪切瞬間和主齒輪非工作面嚙合，抵消主齒輪工作面分離的趨勢。超前量調整不合理，會造成剪切瞬間剪刃間隙變化。

（2）經過拆卸保護罩解體檢查、齒輪副齒側間隙齒頂間隙壓鉛檢驗、檢測超前量，得出結論：消隙裝置正常，超前量符合圖紙要求，剪切角度控制正常。因此，對剪切瞬間剪刃間隙及重合度不會造成影響，不會造成帶鋼剪切不斷現象。

3 上、下剪轂齒輪偏心套調整裝置

只是對上、下剪鼓實現上、下剪轂剪切瞬間中心距最小實現剪切，等待位中心距比剪切位中心距大60 mm 位置高速運轉，離線更換剪刃時，其上的鎖緊機構鎖緊上、下剪榖在剪切位置，便于更換剪刃后測量剪刃間隙及重合度，不會造成剪切不斷現象。

4 飛剪剪穀軸向串動對剪刃間隙和重合度的影響

4.1 飛剪剪榖軸承定位分析

（1）傳動側和操作側雙列圓錐滾子軸承外套，以剪榖機架內部加工面和用螺栓把合在剪榖機架上的壓蓋定位，裝配時軸承外套外側貼實剪榖機架內部加工面，軸承外套內側和壓蓋間隙0.1～0.2 mm；軸承里套以齒輪偏心套內部加工面和用螺栓把合在齒輪偏心套端面的壓蓋定位，裝配時全部貼實。

（2）傳動側和操作側四列圓錐滾子軸承和四列圓柱滾子軸承的軸承外套，以齒輪偏心套內部加工面和用螺栓把合在齒輪偏心套端面的偏心壓蓋定位，外套和偏心壓蓋之間的隔套裝配時配做，裝配時全部貼實；偏心壓蓋非軸承定位面和齒輪偏心套端面有一定間隙；里套最終以安裝在剪榖軸傳動側的鎖緊母和操作側剪榖軸端面定位盤定位，裝配時全部貼實。

4.2 參考借鑒

（1）西馬克設計的首鋼京唐和邯鋼2250 mm 熱軋生產線的精軋刀架曲柄“起—?！笔角蓄^飛剪偏心軸的雙列圓錐滾子軸承和單列圓柱輥子軸承：通過制造廠調整軸承本體的軸向游隙控制徑向軸承本體徑向游隙為“0”以及現場更換軸承時實測軸承外套和壓蓋尺寸后+0.10 mm 配做調整墊，然后緊固壓蓋螺栓。

（2）三菱設計唐鋼1810 mm 和本鋼1880 mm 熱連軋產線高速飛剪，對軸承本體軸向、徑向游隙及軸承外套和壓蓋的間隙有嚴格的尺寸要求。

（3）結論：通過控制軸向串動的方式來控制剪切時上、下剪轂的徑向跳動來保持剪切瞬間剪刃間隙及重合度。達涅利圖紙中雙列圓錐滾子軸承外套和壓蓋“提供0.1～0.2 mm 間隙同時軸承預緊”，即：通過實際側量間隙后+0.1～0.2 mm 后對角緊固壓蓋螺栓，裝配人員在細節方面理解不同造成軸向串動量過大。

5 解體檢查及處理措施

（1）拆卸保護罩著重檢查上、下剪榖傳動側軸端鎖緊母和操作側軸端定位盤及兩種壓蓋螺栓緊固狀態，全部沒有松動。

（2）在上、下剪榖一側設置千斤頂同時動作，另一側設置百分表，上剪榖實際軸向串動1.09 mm，下剪榖實際軸向串動1.05 mm。實測軸向串動見圖3、圖4。

圖3 液壓千斤頂位置

圖4 百分表位置

（3）去除上下剪榖雙列圓錐滾子軸承壓蓋的墊片，壓鉛實測雙列圓錐滾子軸承外套和壓蓋之間的軸向間隙，然后按照實測間隙+0.15 mm 的原則重新調整配做墊片組，保證軸承外套和軸承壓蓋的軸向間隙全部0.1～0.2 mm。壓鉛實測軸向間隙見圖5，利舊重配墊片組見圖6，墊片組調整前后數據見表1。

表1 墊片組調整前后數據 mm

圖5 壓鉛實測軸向間隙

圖6 利舊重配墊片組

（4）調整后測量軸向串動上剪榖0.62 mm，下剪榖0.64 mm，和圓錐輥子軸承的實測軸向游隙的疊加量+0.15 mm 數值非常相近。以上、下剪榖如果不消除軸向串動0.55 mm 為例，雙列圓錐滾子軸承的滾動體和軸承外套壓力角假設為15°，軸向串動和徑向跳動成正切關系，0.55×tg15°=0.14 mm，剪切瞬間水平方向：在離線更換剪刃時調整好剪刃間隙和重合度的基礎上，上剪刃向入口側偏離0.14 mm，下剪刃向出口側偏離0.14 mm，造成上下剪刃間隙增大0.28 mm；剪切瞬間垂直方向：上剪刃向上偏離0.14 mm，下剪刃向下偏離0.14 mm，造成上下剪刃重合度增大0.28 mm。解釋了操作側切斷傳動側撕裂以及上線前、下線后剪刃間隙變化的現象。

（5）處理效果：調整后兩套剪轂交替使用一年，高速飛剪沒有出現類似剪切不斷現象。

6 結論

剪榖軸向串動分析：高速飛剪上、下剪榖軸向串動對剪切瞬間剪刃間隙及重合度的影響很大，軸向串動要控制在合理范圍內，控制軸向串動，就是控制上下剪榖旋轉時的徑向跳動，最終目的是控制剪切瞬間上下剪轂的徑向跳動，這種徑向跳動既影響剪刃間隙又影響剪刃重合度，剪刃間隙及重合度要控制在合理的微小波動范圍。