宽厚板滚切式定尺剪的动力学分析
|
摘要
滚切式剪切机是目前宽厚板剪切中最先进的剪机机型，相比于传统的斜刃式剪切机，滚切剪具有剪切质量好、剪切效率高和传动功率低等一系列优点。在上世纪七八十年代滚切剪就已经被发达国家普遍采用，而在我国则直到二十世纪九十年代才开始得到应用。虽然我国在滚切剪的设计和研究方面已取得了一定进展，但与国外相比，还存在一定的差距，目前宽厚板生产线上使用的滚切剪也仍多是引进国外设备。因此，本文对滚切式剪切机的运动学进行理论研究具有重要意义和实用价值。
本文内容是以某厂4300mm滚切式定尺剪为研究对象，采用三维绘图软件Solidworks建立了滚切式定尺剪的关键零部件的三维模型，对滚切剪的剪刃间隙调整装置进行了研究，探讨了剪刃侧隙调整的机理，分析了剪刃侧隙调整对剪切质量的影响。同时还分析了滚切剪上剪刃的运动规律及其速度和加速度的变化，得出了滚切剪剪切过程中上剪刃的运动规律。
采用大型动力学分析软件ADAMS建立了滚切剪的运动学仿真模型，对滚切剪的运动状态进行了模拟。通过参数化建模，分析了曲柄初始相位角、曲柄长度、导向连杆与机架铰接点位置以及导向连杆长度等不同参数的变化对剪刃重叠量的影响规律。同时，本文还对滚切剪的剪切力进行了模拟分析，并给出了剪切力峰值产生的原因及其解决措施。
The rolling shears is the most advanced machine in the area of cutting heavy plate.Compared to the traditional oblique edge shears, rolling shears have better shearquality,efficiency and lower transmission power. In the seventies and eighties of the lastcentury, rolling shears have been generally used by developed countries. Our country usedthem until1990s. Currently, in our country, the rolling shears in the heavy plateproduction line is mostly come from foreign countries. In recent years, our country havegreat progress on design and research of the rolling shears, but still have a certain gap tothe foreign technology and equipments, such as the area of kinematic and dynamicsresearch. Therefore, the research on the movement of the rolling shears have practicalsignificance.
This article study on the4,300rolling shear, and established a three-dimensionalmodel of the rolling shear’s key components in the3D software Solidworks. In this paper,I have a research on the blade gap adjustment device of the rolling shear, investigated themechanism of the blade gap adjustment device, analyzed the influence to the cut qualityfrom the blade gap adjustment, also analyzed the movement of the upper blade of therolling shear and its changes on the speed and the acceleration, provided a reference to themovement of the upper blade of the rolling shears.
This paper build a simple simulation model of the rolling shear in the dynamics andkinematics software which named ADAMS, simulated the movement of the rolling shear.This paper used a method by made the model parameterized, analyzed the influence onblade overlap by the change of different parameters such as the initial phase angle of thecrank, crank length, the position of hinge point between guide link and frame, the guidelink length. At the same time, this paper also have a research on shear force of the rollingshear, and analyzed the causes of the peak shear force that in the process of the rollingshear cut plates, and proposed some solutions.
本文内容是以某厂4300mm滚切式定尺剪为研究对象，采用三维绘图软件Solidworks建立了滚切式定尺剪的关键零部件的三维模型，对滚切剪的剪刃间隙调整装置进行了研究，探讨了剪刃侧隙调整的机理，分析了剪刃侧隙调整对剪切质量的影响。同时还分析了滚切剪上剪刃的运动规律及其速度和加速度的变化，得出了滚切剪剪切过程中上剪刃的运动规律。
采用大型动力学分析软件ADAMS建立了滚切剪的运动学仿真模型，对滚切剪的运动状态进行了模拟。通过参数化建模，分析了曲柄初始相位角、曲柄长度、导向连杆与机架铰接点位置以及导向连杆长度等不同参数的变化对剪刃重叠量的影响规律。同时，本文还对滚切剪的剪切力进行了模拟分析，并给出了剪切力峰值产生的原因及其解决措施。
The rolling shears is the most advanced machine in the area of cutting heavy plate.Compared to the traditional oblique edge shears, rolling shears have better shearquality,efficiency and lower transmission power. In the seventies and eighties of the lastcentury, rolling shears have been generally used by developed countries. Our country usedthem until1990s. Currently, in our country, the rolling shears in the heavy plateproduction line is mostly come from foreign countries. In recent years, our country havegreat progress on design and research of the rolling shears, but still have a certain gap tothe foreign technology and equipments, such as the area of kinematic and dynamicsresearch. Therefore, the research on the movement of the rolling shears have practicalsignificance.
This article study on the4,300rolling shear, and established a three-dimensionalmodel of the rolling shear’s key components in the3D software Solidworks. In this paper,I have a research on the blade gap adjustment device of the rolling shear, investigated themechanism of the blade gap adjustment device, analyzed the influence to the cut qualityfrom the blade gap adjustment, also analyzed the movement of the upper blade of therolling shear and its changes on the speed and the acceleration, provided a reference to themovement of the upper blade of the rolling shears.
This paper build a simple simulation model of the rolling shear in the dynamics andkinematics software which named ADAMS, simulated the movement of the rolling shear.This paper used a method by made the model parameterized, analyzed the influence onblade overlap by the change of different parameters such as the initial phase angle of thecrank, crank length, the position of hinge point between guide link and frame, the guidelink length. At the same time, this paper also have a research on shear force of the rollingshear, and analyzed the causes of the peak shear force that in the process of the rollingshear cut plates, and proposed some solutions.
引文
[1]李瑛.浅析滚切剪在中厚板厂的应用[J].冶金标准化与质量，2007，45(5):53-55.
[2]邢军.中厚板生产线剪切设备比较[J].重工与起重技术，2008，(18):3-5.
[3]杨固川.滚切剪在中厚板轧钢厂的应用[J].轧钢，1995，3:35-37.
[4] Petry C C. Shears for Cut-to-length[J]. Metal Center News，2003，47(11):473-476.
[5] Bruno J J. Press-shears for cutting and/or Baling Scrap Metal[J]. Metallurgist，2003,47(11):473-476.
[6] Belobrov Y N，Bondar Y G，Plotnilov V A. Reconstruction of the5000plate mill at severstal[J].Metallurgist，2003，47(9-10):364-368.
[7]杨固川.我国中厚板轧机主要设备技术分析[J].重型机械科技，2002，(1):1-3.
[8]赵立伟，刘忠，李海燕.浅析滚切式双边剪[J].一重技术，2006:5-6.
[9]李怀广.浦钢中厚板厂滚切式双边剪的设备和工艺特点[J].上海金属，2004，26(2):36-40.
[10]刘义，宋协春，王东.滚切式双边剪的设计与结构分析[J].中国重型装备，2008，(2):4-6.
[11]杨固川.双轴传动滚切式剖分剪的原理与结构[J].冶金设备，2002，(134):44-47.
[12]李雷生，秦立学，赵国彬，等.滚切剪特点及关键参数分析[J].科技资讯，2008，(24):48-49.
[13]刘泽彰.圆弧滚切式剪切机初探[J].鞍钢技术，1991，(193):36-43.
[14]杨固川.双轴传动滚切式定尺剪[J].宽厚板，2003，4(4):35-36.
[15]杨固川.滚切式双边剪和定尺剪联合剪切机组的应用[J].冶金设备，2003，(138):50-52.
[16]马立峰，黄庆学，冀俊杰.国内外中厚板滚切剪装备技术现状[J].重型机械，2009，(2):4-8.
[17]张磊，刘静波.宽厚板热处理线滚切式定尺剪[J].一重技术，2008，(122):14-15.
[18]张永生，黄远坚.滚切式剪机剪刃间隙调整经验公式的探讨[J].南方钢铁，2000，(117):11-15.
[19]孙复森，杨惠新，闫晓强，等.滚切式定尺剪机构参数优化研究[J].冶金设备，2008，(170):18-21.
[20]马立峰，黄庆学，梁爱生，等.双轴双偏心定尺滚切剪运动轨迹分析及计算机仿真[J].太原重型机械学院学报，2004，25(2):125-129.
[21]邹仲芹.圆盘剪和滚切式定尺剪的剪切缺陷及防止措施[J].轧钢，2008，25(3):68-71.
[22]雷闻宇，王正燧，陈健.滚切式剪切机滚切原理分析及剪切机构最优化分析[J].重型机械，1987，(6):7-14.
[23]刘志彬.现阶段我国中厚板轧机主要设备现状[J].中国科技博览，2011，(9):15.
[24] Fastykovskii A R，Perstyatko V N，Fastykovskii D A. Aspects of the lengthwise cutting ofrolled sections by undriven rotary shears in the mill line[J]. Metallurgist，2003,47(3-4):120-124.
[25] Sumskii S N，Grachev V G，Solodovink F S，et al. The role of VNIImetmash in designingand introducing cross-cutting shears for flat-rolled products[J]. Metallurgist，2004,48(3-4):118-121.
[26]侯晓伟，郝金川.滚切式定尺剪机组设备简介[J].重工与起重技术，2010，(28):12-14.
[27]刘月洋.滚切式定尺剪简介[J].重工与起重技术，2008，(19):23-25.
[28]王银霞.滚切式剪切机简介[J].中国科技信息，2006，(1):126.
[29]肖建军.圆弧滚切式剪切机主要结构及性能分析[J].鞍钢技术，1995，(10):23-27.
[30]盛维江.厚板滚切式定尺剪运动学力学研究[D].秦皇岛:燕山大学机械设计及理论学科硕士学位论文，2008:3.
[31] Bondar Y G，Belobrov Y N，Kalashnikov A A. Modern cutting line in a plate-finishing section[J].Metallurgist，2005，49(11-12):456-458.
[32] Zyryanov V V，Ivanov A M，Gaitanov I Y. Use of the shears with a rolling cut[J]. Metallurgist，2004，,48(3-4):126-128.
[33]杨固川，江浩.滚切式定尺剪的剪切优势[J].宽厚板，2001，7(5):29-31.
[34]杨固川.定尺剪剪切效率和质量的影响因素分析[J].轧钢，2002，19(3):58-60.
[35]张小平，杨刚俊，王俊芳，等.影响滚切剪剪切质量及力能参数的因素分析[J].中国机械工程，2008，19(7):780-783.
[36] Zhang X P，Zhang Y Q，Yang G J. Analysis of Factors Influencing Cutting Quality and StrengthParameters of Rolling Cut Shears[C]. The9th International Conference on Computer-AidedIndustrial Design&Conceptual Design，2008，96-99.
[37]曹涛，陈伟.定尺剪剪切质量和定尺精确度的分析[C].北京：第三届先进轧钢精整、包装及钢材加工输送技术学术研讨会论文集，2010，1-3.
[38]张永生，钟剑鹏，刘建彬.滚切式定尺剪剪切质量问题的分析[J].南方金属，2001，(119):12-13.
[39]张继东，楚志兵，常瑜，等.滚切剪最大剪切力计算公式的研究[J].重型机械，2010，5:59-62
[40]张玉华，柴晓艳.滚切剪剪切力的计算[J].天津理工学院学报，1998，14(3):25-27.
[41]张海军.中厚板滚切剪剪切力的计算[J].热加工工艺，2010，39(21):203-205.
[42]蒋佳佳，马秋成，黄伟华.双轴双偏心滚切剪剪切力分析[J].机械设计，2010，27(11):93-96.
[43] Fan F，Li Y G，Gui H L，et al. The Theory Analysis of the Blade Gap’s adjusting for RollingShear[C]. International Symposium on Advanced Rolling Equipment Technologies，2010，429-433.
[44]党军，刘继宏，梁学平.南钢炉卷轧机滚切式剪切机剪切质量分析[C].北京：2006先进轧钢精整工艺、装备和工具技术学术研讨会，2006，52-58.
[45]尹训强，尚超.提高钢板剪切质量的工艺研究及生产应用[J].科技信息，2010(18):382-384.
[46]徐善敏.宝刚5m宽厚板轧机剪切线设备与剪切质量的相关因素[J].宝钢技术，2005,(2):34-37.
[47] Ma L F，Wang J M，Huang Q X. Industrial Test on Shearing Force of Rolling Shear[C].International Symposium on Advanced Rolling Equipment Technologies，2010:462-466.
[48]孟进礼，陈延伟.曲轴偏置机构原理在钢板滚切剪机设计中的应用[J].太原科技大学学报，2009，30(3):228-231.
[49]杨刚俊，张坤，张恒昌.降低和消除滚切剪剪切力峰值的研究[J].中国重型装备，2008，(2):25-26.
[50]陈德民，槐创锋，张克涛，等.精通ADAMS2005/2007虚拟样机技术[M].北京:化学工业出版社，2010:174-179.
[51]郝建伟，马晓明，胡典章，等.双轴双偏心滚切剪运动轨迹求解及机构优化[J].轧钢，2011，28(2):41-43.
[52]郝建伟，李光华，胡典章.双轴双偏心滚切式定尺剪运动机构优化[C].赤峰：2010年全国轧钢生产技术会议论文集，2010，443-446.
[53]杨刚俊，余隋怀，张恒昌，等.滚切剪剪切机构优化设计系统的构建[J].机械设计，2009,26(3):63-65.
[54]王丙丽，王烈，周宇.4300mm宽厚板厂工艺设计与分析[J].宽厚板，2008，14(5):21-24.
[55]王丹.滚切式定尺剪机构设计及运动动力学研究[D].沈阳:沈阳航空工业学院机械设计及理论学科硕士学位论文，2009:31-32.
[56]朱国敏.计算机变量几何法在剪切机构运动分析中的应用[J].现代冶金，2009，37(6):50-52.
[57]侯春宁，张敬慧.滚切式横切剪剪刃轨迹优化分析[J].计算机应用，2011，(2):49-51.
[58]张春捷，于有冬.滚切剪曲柄连杆机构优化设计[J].一重技术，2010，(1):30-32.
[59]张磊，刘静波.滚切式定尺剪运动学仿真分析[J].一重技术，2008，(3):21-23.
[60]张礼明，秦勤，臧勇，等.双轴双偏心滚切式定尺剪机构参数的研究[J].机械设计，2009，26(10):50-52.
[2]邢军.中厚板生产线剪切设备比较[J].重工与起重技术，2008，(18):3-5.
[3]杨固川.滚切剪在中厚板轧钢厂的应用[J].轧钢，1995，3:35-37.
[4] Petry C C. Shears for Cut-to-length[J]. Metal Center News，2003，47(11):473-476.
[5] Bruno J J. Press-shears for cutting and/or Baling Scrap Metal[J]. Metallurgist，2003,47(11):473-476.
[6] Belobrov Y N，Bondar Y G，Plotnilov V A. Reconstruction of the5000plate mill at severstal[J].Metallurgist，2003，47(9-10):364-368.
[7]杨固川.我国中厚板轧机主要设备技术分析[J].重型机械科技，2002，(1):1-3.
[8]赵立伟，刘忠，李海燕.浅析滚切式双边剪[J].一重技术，2006:5-6.
[9]李怀广.浦钢中厚板厂滚切式双边剪的设备和工艺特点[J].上海金属，2004，26(2):36-40.
[10]刘义，宋协春，王东.滚切式双边剪的设计与结构分析[J].中国重型装备，2008，(2):4-6.
[11]杨固川.双轴传动滚切式剖分剪的原理与结构[J].冶金设备，2002，(134):44-47.
[12]李雷生，秦立学，赵国彬，等.滚切剪特点及关键参数分析[J].科技资讯，2008，(24):48-49.
[13]刘泽彰.圆弧滚切式剪切机初探[J].鞍钢技术，1991，(193):36-43.
[14]杨固川.双轴传动滚切式定尺剪[J].宽厚板，2003，4(4):35-36.
[15]杨固川.滚切式双边剪和定尺剪联合剪切机组的应用[J].冶金设备，2003，(138):50-52.
[16]马立峰，黄庆学，冀俊杰.国内外中厚板滚切剪装备技术现状[J].重型机械，2009，(2):4-8.
[17]张磊，刘静波.宽厚板热处理线滚切式定尺剪[J].一重技术，2008，(122):14-15.
[18]张永生，黄远坚.滚切式剪机剪刃间隙调整经验公式的探讨[J].南方钢铁，2000，(117):11-15.
[19]孙复森，杨惠新，闫晓强，等.滚切式定尺剪机构参数优化研究[J].冶金设备，2008，(170):18-21.
[20]马立峰，黄庆学，梁爱生，等.双轴双偏心定尺滚切剪运动轨迹分析及计算机仿真[J].太原重型机械学院学报，2004，25(2):125-129.
[21]邹仲芹.圆盘剪和滚切式定尺剪的剪切缺陷及防止措施[J].轧钢，2008，25(3):68-71.
[22]雷闻宇，王正燧，陈健.滚切式剪切机滚切原理分析及剪切机构最优化分析[J].重型机械，1987，(6):7-14.
[23]刘志彬.现阶段我国中厚板轧机主要设备现状[J].中国科技博览，2011，(9):15.
[24] Fastykovskii A R，Perstyatko V N，Fastykovskii D A. Aspects of the lengthwise cutting ofrolled sections by undriven rotary shears in the mill line[J]. Metallurgist，2003,47(3-4):120-124.
[25] Sumskii S N，Grachev V G，Solodovink F S，et al. The role of VNIImetmash in designingand introducing cross-cutting shears for flat-rolled products[J]. Metallurgist，2004,48(3-4):118-121.
[26]侯晓伟，郝金川.滚切式定尺剪机组设备简介[J].重工与起重技术，2010，(28):12-14.
[27]刘月洋.滚切式定尺剪简介[J].重工与起重技术，2008，(19):23-25.
[28]王银霞.滚切式剪切机简介[J].中国科技信息，2006，(1):126.
[29]肖建军.圆弧滚切式剪切机主要结构及性能分析[J].鞍钢技术，1995，(10):23-27.
[30]盛维江.厚板滚切式定尺剪运动学力学研究[D].秦皇岛:燕山大学机械设计及理论学科硕士学位论文，2008:3.
[31] Bondar Y G，Belobrov Y N，Kalashnikov A A. Modern cutting line in a plate-finishing section[J].Metallurgist，2005，49(11-12):456-458.
[32] Zyryanov V V，Ivanov A M，Gaitanov I Y. Use of the shears with a rolling cut[J]. Metallurgist，2004，,48(3-4):126-128.
[33]杨固川，江浩.滚切式定尺剪的剪切优势[J].宽厚板，2001，7(5):29-31.
[34]杨固川.定尺剪剪切效率和质量的影响因素分析[J].轧钢，2002，19(3):58-60.
[35]张小平，杨刚俊，王俊芳，等.影响滚切剪剪切质量及力能参数的因素分析[J].中国机械工程，2008，19(7):780-783.
[36] Zhang X P，Zhang Y Q，Yang G J. Analysis of Factors Influencing Cutting Quality and StrengthParameters of Rolling Cut Shears[C]. The9th International Conference on Computer-AidedIndustrial Design&Conceptual Design，2008，96-99.
[37]曹涛，陈伟.定尺剪剪切质量和定尺精确度的分析[C].北京：第三届先进轧钢精整、包装及钢材加工输送技术学术研讨会论文集，2010，1-3.
[38]张永生，钟剑鹏，刘建彬.滚切式定尺剪剪切质量问题的分析[J].南方金属，2001，(119):12-13.
[39]张继东，楚志兵，常瑜，等.滚切剪最大剪切力计算公式的研究[J].重型机械，2010，5:59-62
[40]张玉华，柴晓艳.滚切剪剪切力的计算[J].天津理工学院学报，1998，14(3):25-27.
[41]张海军.中厚板滚切剪剪切力的计算[J].热加工工艺，2010，39(21):203-205.
[42]蒋佳佳，马秋成，黄伟华.双轴双偏心滚切剪剪切力分析[J].机械设计，2010，27(11):93-96.
[43] Fan F，Li Y G，Gui H L，et al. The Theory Analysis of the Blade Gap’s adjusting for RollingShear[C]. International Symposium on Advanced Rolling Equipment Technologies，2010，429-433.
[44]党军，刘继宏，梁学平.南钢炉卷轧机滚切式剪切机剪切质量分析[C].北京：2006先进轧钢精整工艺、装备和工具技术学术研讨会，2006，52-58.
[45]尹训强，尚超.提高钢板剪切质量的工艺研究及生产应用[J].科技信息，2010(18):382-384.
[46]徐善敏.宝刚5m宽厚板轧机剪切线设备与剪切质量的相关因素[J].宝钢技术，2005,(2):34-37.
[47] Ma L F，Wang J M，Huang Q X. Industrial Test on Shearing Force of Rolling Shear[C].International Symposium on Advanced Rolling Equipment Technologies，2010:462-466.
[48]孟进礼，陈延伟.曲轴偏置机构原理在钢板滚切剪机设计中的应用[J].太原科技大学学报，2009，30(3):228-231.
[49]杨刚俊，张坤，张恒昌.降低和消除滚切剪剪切力峰值的研究[J].中国重型装备，2008，(2):25-26.
[50]陈德民，槐创锋，张克涛，等.精通ADAMS2005/2007虚拟样机技术[M].北京:化学工业出版社，2010:174-179.
[51]郝建伟，马晓明，胡典章，等.双轴双偏心滚切剪运动轨迹求解及机构优化[J].轧钢，2011，28(2):41-43.
[52]郝建伟，李光华，胡典章.双轴双偏心滚切式定尺剪运动机构优化[C].赤峰：2010年全国轧钢生产技术会议论文集，2010，443-446.
[53]杨刚俊，余隋怀，张恒昌，等.滚切剪剪切机构优化设计系统的构建[J].机械设计，2009,26(3):63-65.
[54]王丙丽，王烈，周宇.4300mm宽厚板厂工艺设计与分析[J].宽厚板，2008，14(5):21-24.
[55]王丹.滚切式定尺剪机构设计及运动动力学研究[D].沈阳:沈阳航空工业学院机械设计及理论学科硕士学位论文，2009:31-32.
[56]朱国敏.计算机变量几何法在剪切机构运动分析中的应用[J].现代冶金，2009，37(6):50-52.
[57]侯春宁，张敬慧.滚切式横切剪剪刃轨迹优化分析[J].计算机应用，2011，(2):49-51.
[58]张春捷，于有冬.滚切剪曲柄连杆机构优化设计[J].一重技术，2010，(1):30-32.
[59]张磊，刘静波.滚切式定尺剪运动学仿真分析[J].一重技术，2008，(3):21-23.
[60]张礼明，秦勤，臧勇，等.双轴双偏心滚切式定尺剪机构参数的研究[J].机械设计，2009，26(10):50-52.