PDF《1一·机械研究与应用·一》

设计与制造 1一・机械研究与应用・一 曲柄摇杆式飞剪剪切机构的优化设计 张晓松 (江苏广播电视大学武进学院,江苏常州213149) 摘要:分析了某公司热轧厂主设备一飞剪的构造、工作原理和机械设计的要点,并对其剪切机构进行了运动学分 析和优化设计.

编制Maflab程序,进行优化计算.优化后,在剪切区内剪刃剪切倾角和连杆水平速度均匀性 两项指标均有所提高.通过对飞剪机构的分析及优化设计,可以更好地了解设备的特性,各种设备参数或工 艺参数对工件加工质量的影响,为飞剪的设计或改进、设备工艺参数的制定,提供了可靠的参考依据. 关键词:曲柄摇杆机构;

飞剪;

优化设计 中图分类号:THl33.5 文献标识码:A 文章编号:1006―4414(2010)05―0074―02 Shearing mechanism 7s optimization for fllying crank shear Zhang Xiao―-song (Wujin college,Jiangsu radio&TV university,Changzhou Jiangsu 213149,China) Abstract:In the paper,the structure,working mechanism and design of the hying crank shear in hotrolling plant are investiga・ ted,based on which the author made a dynamic analyses and optimization.After optimization computing based on Maflab,the cutting ansle and connecting rod horizontal velocity steadiness have all improved.Through the investigation,the machine'8 feao ture and the influence of all kinds of parameter on workpiece processing 8Ie better undemtood.which benefit a lot for the de- sign or improvement of such type of machine. Key words:crank―rocker machine;

flying crank shear;

optimize design

1 引言飞剪是剪切机的一种,它的刀片在剪切轧件时是 跟随轧件一起运动的….中国在20世纪50年代从 前苏联引进了几台飞剪,1963年我国第一台飞剪设 计和制造出来了.改革开放以后,逐渐进口欧洲及日 本的飞剪成套设备,走出了一条引进、消化、吸收、仿 制到自主开发的道路.近十几年来,由于计算机可编 程序控制技术和电子技术的发展,飞剪控制系统变得 更加灵活和简便.飞剪的控制采用计算机、光电装 置、位置传感器与主电机进行电器连锁,使其启动和 停止非常准确.但由于飞剪技术起步较晚,东西部贫 富差距明显,所以各企业应用的设备也不相同.国内 现有的曲柄摇杆式飞剪在对轧件头尾整形剪切时,切 口有毛刺、头部弯曲,造成轧件进入精轧机时发生堵 钢、飞钢现象,同时刀片也极易损耗旧J. 分析了飞剪的设计要点,并对其进行了运动学分 析.利用分析的结果,对其剪切机构进行了优化设 计,绘制了经过优化后的剪刃倾角和连杆均匀化曲 线,为该类型飞剪的设计提供了参考依据.通过对剪 切过程的仿真分析,可以更好地了解各种设备参数或 工艺参数对工件加工质量的影响,为飞剪的设计或改 进、设备工艺参数的制定,提供了可靠的参考依据. 剪切过程的仿真模拟是利用宝钢热轧车间现场的设 备参数和工艺参数建立仿真模型,利用MATLAB,对 剪切加工过程进行模拟,解决带约束的多目标规划方 法,来优化剪切结构.

2 曲柄摇杆式飞剪的构造 曲柄式飞剪由于生产效率高,加工质量好,可以 剪切较厚的轧件等优点,而被大型钢铁企业广泛应 用,与轧机共同组成轧制线,对轧制后的轧件(钢板) 进行切头(尾)加工. 曲柄摇杆式飞剪剪切机 构实际上是一对上下对称的 平面四连杆机构,由曲柄、连 杆和摆杆组成,每个四杆机构 有一个自由度,即曲柄为驱动 杆,如图1所示. 园1 3剪切机构分析优化 曲柄摇杆式飞剪 剪切机构 为了确定机器工作过程 的运动和动力性能,往往要知道机构构件上某些点的 速度、加速度及其变化规律.对于高速和重型机械, 其运动构件的惯性力往往很大.在进行动力学分析 时,需要首先对机构的速度和加速度进行分析. 对于多体系统的运动学分析,传统的理论力学是 以刚体位置、速度和加速度的微分关系以及矢量合 成原理为基础进行分析的,而计算多体系统动力学中 收稿日期:2010一08―27 作者简介:张晓松(1972一),男,江苏武进人,讲师,主要从事机械加工、机械强度、装置设计研究方面的工作. ・74・ 万方数据 设计与制造 ・机械研究与应用・一 的运动分析则是以系统中连接物体与物体的运动副 为出发点,所进行的位置、速度、和加速度分析都是基 于与运动副对应的约束方程来进行的.首先寻求与 系统中运动副的位置轨迹方程,再由位置约束方程的 导数得到速度、加速度的约束代数方程,对这些约束 方程进行数值求解,可得到广义位置坐标及相应的速 度坐标,最后根据坐标变换由系统广义坐标及相应导 数得到系统中任一点的位置、速度和加速度∞j. 为了便于研究,可以将曲柄摇杆式飞剪剪切机简 化为四杆连杆机构,如图2所示.根据现场实际的加 工要求,在现有飞剪机的基础上,以降低剪切区剪刃 倾角、提高剪刃水平分速度的均匀性为目标,对其剪 切机构进行优化设计.优化后的剪切机构剪切倾角 有所降低,而大大提高了剪切区剪刃的速度均匀性. M ;