新型曲柄式飞剪机的结构设计与受力分析

正确设计飞剪机提供了理论依据。
２）通过上下刀架剪切合力的计算，可以根据电 机功率合理地选择电机，不会导致选择功率过大的 电机而增加成本，或选择功率小的电机而影响剪切 质量。 ３）由飞剪机剪切重合度的大小与曲柄角速度、 剪切长度的关系，可以根据板材剪切长度的需要， 通过控制曲柄转速０２，灵活地调整剪切时剪刃重合 度的大小。
万方数据
３１４
江南大学学报（自然科学版）
１．２ １．２．１
第８卷
速两个机构，较为复杂。针对目前工厂中应用的飞 剪机剪切刀架较重，机构不太稳定的现状，提出了 三曲柄对称式平行四边形飞剪机的设计方案，增加 １个曲柄作为虚约束，这样能承受较大的载荷，并可 提高飞剪机整体刚度和稳定性，保证剪切质量并延 长了使用寿命。
飞剪机结构设计 剪切机构设计 飞剪切的剪切机构设计简
图见图２。
，
点
ｋ
１
飞剪机结构设计
ｒ
１．１
飞剪机结构原理 飞剪机的工作任务是按工艺要求的尺寸对轧
Ｃ
力 ｉ≮』 ≥ ‘＼
Ｌ。，一一
。ｆ
∥Ｈ‘
‘Ｍ
／
’ｒａｇ
刭
Ｊ
砬
件实施横向剪断。飞剪机的２个剪刃不仅要求有剪 切运动还要有水平方向的运动。因此，飞剪机的结 构需要保证达到如下具体要求： １）为了保证剪断钢材，２个剪刃的运动轨迹要 有一定的重叠度６。 ２）在剪切过程中，飞剪机剪刃在水平方向的速 度Ｖ应尽量均匀，并且接近钢材的运行速度。 ３）在剪切过程中，为减少２个剪刃的阻力和防 止剪刃相互干扰，在剪切区则要求２个剪刃垂直于 轧件表面。 图ｌ是采用ｉ维仿真软件Ａｄａｍｓ［３１设计的三曲 柄对称式飞剪机原理图。
飞剪机最大位置合力的计算
ｒａｇ ｒａｇ
飞剪机剪切力计算 飞剪机剪刃的切入位置见图５。
Ｆｉｇ．６
（ａ）上刀架受力分析 图６
∞下刀架受力分析
飞剪机上下刀架受力分析
Ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｌｙｉｎｇ－ｓｈｅａｒ ｔｏｏｌｓ ｕｐ ａｎｄ ｄｏｗｎ
２．２
角速度的计算与剪切长度的调整
实际剪切过程中，剪刃的水平速度屹较钢板的
ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａ
Ｈｉｓｈ
Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，２００７（１４）：９４－９５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
［２］李彦峰，李强，贝律仁，等．四连杆曲柄飞剪机剪切力测试与分析［Ｊ］．重型机械，２００１（３）：３８－４１．
ＬＩ Ｙａｈ－ｆｅｎｇ，ＬＩ
Ｑｉａｎｇ，ＢＥＩ
Ｌｖ－ｔｅｎ，ｅｔ ａ１．Ｔｅｓｔ
ｔａｎ咖＝警铲
Ｒｃｏｓｙ＝与半
口＝２Ｒｃｏｓ／３
（２）距离，即中心距离。
４
计算口和中心距口。由图３知，中心距 （４） 其中，尺为曲柄的长度（即Ｄ，曰）。 重合度 砂＝ｈ。Ｄ＝２（Ｒ—Ｒｃｏｓｆｌ） （５）
图１
Ｆｉｇ．１
三曲柄飞剪机结构原理
其中，ｈ。Ｄ亦为线段ＣＤ的长度，阴影部分表示剪切 机构的剪刃重合的部分。
ｈ，曲柄长度Ｒ由厂方给出，故可得出最大剪切力位 置如下： １）给定Ｏｔ，由式（７）可以计算出角度口； ２）根据计算出的角度口，式（４）可以求解出中 心距０［： ３）根据计算出的中心距ａ，式（３）可以求解角 度ｙ； ４）根据计算出的角度卢和角度’，，由式（２）可 以求解出最大剪切力位置的角度西。 ２
２．１
Ｆｉｇ．３
图３
刀架重合关系
Ｏｖｅｒｌａｐ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｏｌｓ
万方数据
第３期
虞益中等：新型曲柄式飞剪机的结构设计与受力分析
３１５
定义剪刃角／＿ｑ２Ｑ１口３＝Ｏｔ，口２Ｑｌ＝Ｌ。 刀刃重合关系见图４。
可以计算最大剪切力Ｅ：
Ｅ＝
ｋ
Ｅ＝口６＝东占ｏ ２ｈ。占０８ｉ－ 瓦２＝６口
ｈ２
２
（９）
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ
ｎｅｗ
ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ
ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ
ｗｏｒｋ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
飞剪机是轧件在运动中对轧件实施剪切工艺、 在连续式轧钢生产线上不可或缺的关键设备之一。 在轧钢工业朝着高速、连续化生产方式发展的今 天，对飞剪机的设计和制造质量提出了更高要求。 如飞剪机在实施剪切时要求生产效率高、定尺范围 广、剪切精度高、结构紧凑、操作方便等，因此提高 飞剪机的速度和性能已成为研究热点之一。新型飞 剪机在国外已得到迅速发展，目前见到的机型有四
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｃｒａｎｋ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ
图１中有４个圆，其中２个圆１，２是飞剪机的剪 刃轨迹，另外２个圆３，４是飞剪限位机构的运行轨 迹。三曲柄飞剪机剪切机构实际上是双平行四边形 机构，该剪切机构由２套完全对称的曲柄连杆机构 组成。通过设置剪切机构上对称的剪刃上下移动并 旋转运动１周来实现剪切动作。上下剪刃在剪切过 程中，曲柄作同步旋转运动，曲柄与摇杆的长度设 计相差不大，剪刃能近似地作平面平行运动，剪刃 在剪切时使刀刃垂直于轧件，这样能使剪切断面较 为平直，剪切时刀刃的重叠量也容易保证。
ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ｓｔｈａｒ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｆｏｕｒ—ｂａｒ ｌｉｎｋａｇｅ ｃｒａｎｋ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ［Ｊ］．Ｈｅａｖｙ
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００１（３）：３８－４１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］杜中华，王兴贵，狄长春．Ｐａｒｅ－－ａｄａｍｓ联合建立复杂机械系统的仿真模型［Ｊ］．机械，２００２，２９（增刊）：１５３－１５４．
要：探讨了三曲柄对称式飞剪机剪切机构的运动轨迹和结构原理，采用ＡＤＭＳ软件进行飞剪
机的结构设计及分析，得出各参数的相互关系，确定了最大剪切力的位置。该位置的合力计算值等 参数及其相互关系，以及可根据不同剪切长度实时调整曲柄转速，为电机功率选择提供了依据。验 证结果表明，理论计算准确，为构建新机构或改善现有飞剪机构的工作性能提供了有效的理论 依据。 关键词：飞剪机；结构设计；受力分析 中图分类号：ＴＧ
（１５）
飞剪机上下刀架合力的计算过程：
１）给定剪刃角ａ，由式（６）计算出重合度砂； ２）根据计算的重合度沙，由式（１４）可以计算出
万方数据
３１６
江南大学学报（自然科学版）
第８卷
当剪切钢板厚度为ｈ时剪刃的剪切角度咖。； ３）根据角度咖，，由式（１２）和（１３）可以计算出 剪刃的合速度ｙ； ３
结
语
４）最后由式（１５）计算出曲柄角速度∞； 将相关参数代入式（１１），可以计算出飞剪机上
图２
Ｆｉｇ．２
剪切机构的设计简图
Ｓｈｅａｒ ｂｏｄｙ
ｄｉａｇｒａｍ
图２中，定义ＬＢＯｌ０２＝卢，ＬＭＯｌ ０２＝咖，
ＺＥ０１ ０２＝ｙ。
由试验曲线Ｈ１知，在剪切中，最大剪切位置为 相对切入深度０．３５的位置，即
ＥＦ／ｈ＝０．３５
（１）
式中，ｈ为板的厚度。 假定最大剪切力点Ｍ与Ｂ点的连线垂直于直 线Ｏ。０：［４ Ｊ，则存在如下关系：
Ⅳ＝志
ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ
其中，Ａ为过载系数；叩为传动系统效率；厅为刀片理 论剪切次数。
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｅｅｓ）：
［１］闫花茹．曲柄连杆式飞剪机剪刃运动轨迹的数学模型研究［Ｊ］．中国高新技术企业，２００７（１４）：９４－９５．
ＹＡＮ Ｈｕａ・ＦＲ．Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｒａｎｋ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ—ｔｙｐｅ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒ ｂｌａｄｅ
同时存在如下关系：
Ｋ＝（１．０３—１．１０）Ｈ 设刀片的重合度为沙，则 （１３）
积Ａ。为Ｓ唧。（为图中的阴影部分面积），则
Ａ，＝寺［＾＋（．｝Ｉ—ｚ）］志＝２面－－８０
倾角。
８０
ｈ２（８）
ＣＯＳ币，＝ｌ一等
剪刃的合速度为
Ｖ＝ｔａｒ
（１４）
式中，８。为钢板断裂时的刀片相对切人深度，可以 根据钢板的抗拉强度极限ｏｒ。查表［４１得到；ａ是剪刃 求出面积Ａ，后，根据柯洛辽夫（Ｋｏｐｏｎ芒Ｂ）公式
根据文献［４］，对于冷剪切，查表得ｋ的取值范 围为１．０一１．１。 如图６（ａ）所示，在竖直方向，上刀架中剪切处
图４
Ｆｉｇ．４
刀刃重合关系
受到的合外力，为 Ｆ＝ｍｇ＋凡ｃｏ印一ＦＩ．１－ｍｇ＋ｍ∞２Ｒｃｏｓｆｌ—只 （１０） （６） 其中，ｍ为刀架的质量。 将式（９）代人式（１０），得：
Ｆ＝ｍｇ＋ｍ
收稿日期：２００８—１２—２２； 修订日期：２００９—０３—０４。
曲拐轴式、八曲拐轴式、双曲拐轴式等。其中，四曲
拐轴式的飞剪机结构比较合理，它对制造和装配精 度要求较低，比较适合国内企业的生产水平和维护 水平。国内外对飞剪机的研究主要是建立在飞剪机 运动轨迹的数学研究…，以及对飞剪机剪切力试验 测试¨１等方面。 一’传统飞剪机带材的运动速度和电动机的转速 是恒定不变的，所以传统飞剪机必须具有空切和匀
５８０．２３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—７１４７（２００９）０３—０３１３—０４
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆｏｒｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎｅｗ Ｃｒａｎｋ－Ｆｌｙｉｎｇ Ｓｈｅａｒ
ＹＵ Ｙｉ—ｚｈｏｎｇ，
ＺＨＡＯ Ｙｏｎｇ—ＷＨ＋
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
第８卷第３期 ２００９年６月
江南大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．８
Ｎｏ．３ ２００９