定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置改進(jìn)

張 維

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司中厚板廠，300301）

0 引言

定尺剪是板材剪切線的重要組成部分，主要用于鋼板的定長和頭尾剪切工作。對于不同厚度規(guī)格的鋼板，工藝要求對剪刃間隙的大小進(jìn)行調(diào)整。剪刃間隙由各組斜鐵上的絲桿帶動(dòng)調(diào)節(jié)，絲桿上安裝的限位螺母，能夠控制剪刃間隙調(diào)整的最小值，避免剪刃發(fā)生重刀。在使用過程中，該處限位螺母曾多次出現(xiàn)松動(dòng)，由于螺母安裝在渦輪箱上蓋內(nèi)部，常規(guī)巡檢無法發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測也有一定的困難，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，會(huì)對設(shè)備安全使用造成很大隱患。為適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)，避免設(shè)備出現(xiàn)此類事故，有必要對限位裝置進(jìn)行改進(jìn)，替換掉現(xiàn)有螺母，以徹底解決螺母松動(dòng)造成的問題。我們自行設(shè)計(jì)了一種二級自鎖定位螺母，使得限位螺母松動(dòng)問題得以解決，對類似部位的改進(jìn)也有一定的指導(dǎo)意義。

1 定尺剪設(shè)備簡介

1.1 定尺剪有關(guān)參數(shù)簡介

中厚板廠3 500 mm剪切線現(xiàn)采用國產(chǎn)一重設(shè)備，屬于滾切式橫切剪。該定尺剪相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：剪切厚度范圍6~40 mm；最大剪切力16 000 kN；剪切連續(xù)次數(shù)8~10次/min；剪刃間隙調(diào)整速度0.14 mm/min；上下剪刃重合度5~8 mm；上下剪刃間隙0.5~6.5 mm；上下剪刃平行度≤0.1 mm。

1.2 剪刃間隙調(diào)整裝置工作原理

定尺剪主要用于鋼板的定長和頭尾剪切工作。對不同厚度的鋼板，工藝要求剪刃間隙要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在設(shè)備執(zhí)行上，整套剪刃間隙調(diào)整裝置主要由電機(jī)、渦輪箱、絲桿、斜鐵、滑板、壓簧等構(gòu)成。上剪刃安裝于刀臺上，由4組斜鐵升降推動(dòng)刀臺進(jìn)行水平移動(dòng)，壓簧能夠保證斜鐵與刀臺貼緊滑板進(jìn)行無隙導(dǎo)向。斜鐵升降動(dòng)作由電機(jī)、渦輪箱配合絲桿完成。各組斜鐵之間由渦輪箱聯(lián)軸器同時(shí)帶動(dòng)，以保證調(diào)整的同步性。下面以圖1為例，說明剪刃間隙的調(diào)整過程。

圖1 剪刃間隙調(diào)整裝置工作原理示意圖

在剪切不同厚度規(guī)格的鋼板時(shí)，定尺剪需要根據(jù)鋼板的厚度，對上下剪刃的間隙進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。這種調(diào)整動(dòng)作依靠一對能發(fā)生垂直方向上相對位移的斜鐵來實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)斜鐵發(fā)生相互遠(yuǎn)離時(shí)，它們之間的總體厚度就會(huì)變大，接著隨動(dòng)斜鐵32擠壓刀臺，使得上剪刃33水平橫向的接近下剪刃34，實(shí)現(xiàn)了上下剪刃橫向間隙減小。相反動(dòng)作是：當(dāng)斜鐵之間相互靠近時(shí)，斜鐵的總體厚度變小，在壓簧30的推動(dòng)下，刀臺被擠壓至隨動(dòng)斜鐵32上，上剪刃33就會(huì)遠(yuǎn)離下剪刃34，剪刃間隙也會(huì)由此變大。

由圖1可知，在渦輪箱20中，電機(jī)通過蝸桿21帶動(dòng)渦輪22上的絲桿23轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿23下端連接調(diào)整斜鐵31，可帶動(dòng)調(diào)整斜鐵31做上下垂直移動(dòng)。隨動(dòng)斜鐵32與上剪刃33由壓簧30帶動(dòng)，隨動(dòng)斜鐵32時(shí)刻與調(diào)整斜鐵31保持貼合，見圖1（b）。因此當(dāng)調(diào)整斜鐵31向下移動(dòng)時(shí)，會(huì)由隨動(dòng)斜鐵32推動(dòng)上剪刃33朝著下剪刃34的方向移動(dòng)，剪刃間隙由V縮小為V，見圖1（a）；反之，當(dāng)調(diào)整斜鐵31向上移動(dòng)時(shí)，會(huì)由壓簧30推動(dòng)上剪刃33朝遠(yuǎn)離下剪刃34的方向移動(dòng)，剪刃間隙由V增大為VV，見圖1（c）。

1.3 剪刃間隙調(diào)整限位工作原理及缺陷

在指定的絲桿上安裝一限位螺母01，如圖1（b）所示，可有效防止剪刃間隙因調(diào)節(jié)量過小導(dǎo)致的上下剪刃重刀，進(jìn)而影響到剪切精度控制，對剪刃的使用壽命及鋼板質(zhì)量均造成影響。需要特別注意的是，一旦在剪切過程中發(fā)生重刀情況，巨大的剪切力會(huì)導(dǎo)致整部定尺剪的主要部件報(bào)廢，產(chǎn)生的損失不可想象。因此該處限位螺母01的定位是保障設(shè)備進(jìn)行剪刃間隙調(diào)整在合理范圍內(nèi)的關(guān)鍵所在，不可忽視。

該螺母01原為一個(gè)帶開口通槽的圓螺母，在開口側(cè)面還設(shè)置了螺絲安裝孔，當(dāng)圓螺母安裝到指定位置后，用螺絲將開口通槽的槽縫把合至很小，這樣可使得螺紋發(fā)生微變形，達(dá)到圓螺母定位的目的。

安裝時(shí)，上下剪刃的間隙為0 mm只是設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。實(shí)際裝配時(shí)，上下剪刃的間隙值需設(shè)置在最小為0.5 mm，這時(shí)應(yīng)使限位螺母01處于最下位，然后將該螺母01固定好，如圖2所示。

在使用剪刃間隙調(diào)整功能時(shí)，當(dāng)絲桿23運(yùn)動(dòng)至下限位極限時(shí)，螺母01與渦輪箱體內(nèi)的止動(dòng)環(huán)02發(fā)生頂撞，絲桿23被迫停止行進(jìn)，如見圖2（a）所示，達(dá)到了剪刃最小間隙定位的目的。

圖2 剪刃間隙調(diào)整限位工作原理示意圖

這種定位方式的優(yōu)勢在于充分利用了絲桿23上梯形螺紋自帶的鎖緊性能。但這種螺紋副只在靜載荷和恒溫工況下，才能保證螺紋連接不會(huì)自行松脫。作為傳動(dòng)螺紋的一種，其自鎖性能弱于普通公制螺紋。而在實(shí)際使用過程中，限位螺母01始終處在變載荷沖擊之下（頂撞止動(dòng)環(huán)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)），故這種自鎖性能很容易被外力破壞掉。第二個(gè)緊固難點(diǎn)在于，這種圓螺母需要安裝在絲桿的懸空部位（即定位位置），無法被連接件固定，這樣就無法滿足一般摩擦鎖合連接所需的條件。改進(jìn)這種螺紋副連接方式成為解決螺母定位的關(guān)鍵所在，這對于同類型機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位控制的要求也同樣至關(guān)重要。

上述兩個(gè)緊固難點(diǎn)的解決，對于改善其他裝置或設(shè)備的緊固場合也具有指導(dǎo)意義。

2 限位螺母的改進(jìn)方案

2.1 防松螺母類型及應(yīng)用

在螺母防松的應(yīng)用方面，各國均已有了長足發(fā)展，自鎖方式也各有特色。較為常見的自鎖螺母有嵌尼龍圈的、加金屬防松裝置的、帶頸收口的、涂抹防松動(dòng)膠的、帶側(cè)伸縮開口的等。另外，國外品牌中也有美國的DISC-LOCK自鎖螺母、SPIRALOCK施必牢自鎖螺母、德國FS全鋼安全防松螺母、法國LANFRANCO船用和橋梁用高強(qiáng)度自鎖螺母等。這些產(chǎn)品一般應(yīng)用于鐵路鑄造、汽車產(chǎn)業(yè)、軌道交通、航天航空、船舶工業(yè)、采油機(jī)械、采礦設(shè)備、農(nóng)用機(jī)械、軍用、公共設(shè)施、橋梁、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、建筑機(jī)械、鉆孔設(shè)備、醫(yī)療機(jī)械、信號系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。

2.2 各類防松螺母產(chǎn)品的局限性

這些產(chǎn)品大多采用公制或英制螺紋。對于公知技術(shù)來說，這些螺紋的自鎖性能要優(yōu)于傳動(dòng)螺紋。但針對傳動(dòng)螺紋（如梯形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋等）設(shè)計(jì)并制造的自鎖螺母，市面上卻不多見。且以上幾種螺母，對于上述的第二個(gè)緊固難點(diǎn)（懸空定位）都沒有針對性的解決方法，因此無法直接選擇已有的螺母產(chǎn)品應(yīng)用于本定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置。要想解決上述兩類技術(shù)難點(diǎn)，需自行進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。

2.3 限位螺母改進(jìn)的具體方案

在充分考慮現(xiàn)場安裝難度及渦輪箱內(nèi)部空間狹小的情況后，決定采用螺紋鎖緊的形式設(shè)計(jì)制作限位裝置。外輪廓采用圓邊無棱角形狀，以利于節(jié)省空間，內(nèi)螺紋采用與絲桿23相匹配的梯形螺紋。

該新式限位裝置采用上、下兩種不同的圓螺母組合而成，但區(qū)別于普通兩個(gè)螺母之間依靠相互鎖緊得到額外附加擰緊力矩的緊固形式。因?yàn)閷τ谔菪温菁y來說，這種軸向增大擰緊力矩的互鎖方式還不能很好地適應(yīng)沖擊、振動(dòng)類型的工況。

因此，這種新式圓螺母在外輪廓上各增加了一個(gè)錐臺，上螺母設(shè)計(jì)成內(nèi)凹形錐臺，下螺母設(shè)計(jì)成外凸形錐臺。特別需要注意的是，下螺母上的外凸錐臺的中軸線與該螺母中軸線存在一定的偏離關(guān)系，即外凸錐臺偏心。而上螺母的內(nèi)凹錐臺則與螺母是同心的。同一組圓螺母上的凹臺和凸臺其圓錐形表面在緊固時(shí)，可形成偏心式楔合，類似于楔子從側(cè)面將螺母與絲桿楔緊，達(dá)到徑向自鎖的目的，這樣做的優(yōu)點(diǎn)就在于解決了懸空定位時(shí)螺母易松動(dòng)的問題，同時(shí)上下圓螺母與絲桿之間仍能形成原有的互鎖螺紋副。

在此基礎(chǔ)上，還可在上下圓螺母側(cè)面各制作兩個(gè)對稱分布的通螺孔，用于安裝沉頭頂絲。該下螺母對稱分布的頂絲所在的中心線，應(yīng)與同時(shí)經(jīng)過下螺母偏心錐臺中軸線及下螺母中軸線的面在空間上垂直，這樣可以避免頂絲緊固產(chǎn)生的徑向力與錐臺偏心自鎖的徑向力發(fā)生干涉。

采用上述方案，即可通過一套較為簡單的方式獲得良好的緊固效果。與普通的螺母相比，其突出特點(diǎn)在于，結(jié)合了兩種方式共同實(shí)現(xiàn)螺紋副的鎖緊，其一是依靠兩個(gè)螺母上的錐臺偏心式楔合形成的徑向力自鎖；二是采用安裝于螺母側(cè)面的沉頭頂絲，增加螺紋松動(dòng)難度，由此形成了二極自鎖定位。

2.4 改進(jìn)后限位裝置相關(guān)尺寸的修定

絲桿上原有限位螺母01的外形尺寸為Φ135 mm×Φ118 mm×85 mm。經(jīng)測算，改造后的限位螺母組合尺寸為Φ135 mm×Φ126 mm×88.63 mm，存在少量變化，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的螺母組件與原有螺母01尺寸關(guān)系示意圖

為保證剪刃間隙調(diào)整裝置的正常動(dòng)作，需對圖2中擋套03和導(dǎo)向套04的部分尺寸進(jìn)行修正，將擋套03的厚度由80 mm改為75 mm，外側(cè)邊長由120 mm擴(kuò)大到128 mm，導(dǎo)向套04的內(nèi)孔由120 mm擴(kuò)大到12 8 mm。位置關(guān)系如圖2所示。

2.5 基于實(shí)際應(yīng)用的改進(jìn)

該螺母制作完成后，根據(jù)實(shí)際安裝情況，繼續(xù)在外觀上進(jìn)行了部分改進(jìn)。在上螺母任意位置和下螺母偏心位置處各加入了一個(gè)鋼印記號。這樣既可以知道下螺母的偏心位置朝向，又可在緊固過程中直觀地查看兩個(gè)螺母的相對位置偏移量，便于判斷緊固程度是否到位，同時(shí)也利于日后檢查限位有否松動(dòng)，有利于巡檢工作。如圖4所示，“MARK”處即為增加的鋼印記號示例。

3 結(jié)論

定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置的限位經(jīng)過改進(jìn)，未再出現(xiàn)松動(dòng)情況。由于采用了新式的二級自鎖定位，大大提高了限位的固定能力，保障了設(shè)備安全性。這種螺母既可在有被連接件或底座的情況下使用，也可在絲桿中懸空鎖緊，并且針對市場上少見的傳動(dòng)螺紋產(chǎn)品進(jìn)行了較為明顯的改進(jìn)。該螺母組合可根據(jù)實(shí)際工況環(huán)境做出相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)更多的緊固場合，也可作為一般緊固件應(yīng)用于更廣闊的領(lǐng)域。

圖4 進(jìn)一步改進(jìn)后的螺母組合安裝效果圖