切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

陳倫樹

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

三軸傳動滾切式雙邊剪安裝在中厚板剪切線上，對鋼板的兩縱邊同時剪切。剪切鋼板厚度一般為5～50 mm。剪切不同厚度和材質(zhì)的鋼板時需要調(diào)整剪刃間隙，即調(diào)整切邊上、下刀的側(cè)隙。剪切完成后，為避免上刀抬升時與剪后成品鋼板摩擦，需上刀后退，使其與鋼板間出現(xiàn)間隙；剪切下一刀前，需將上刀復位，保證剪刃間隙；即上刀在空行程內(nèi)，應完成后退和復位兩個動作。為了實現(xiàn)該功能，在滾切式雙邊剪中設(shè)置了切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)。由于滾切式雙邊剪結(jié)構(gòu)緊湊，以及上刀在剪刃間隙調(diào)整時處于靜止狀態(tài)和在后退時處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)等特點，因而該機構(gòu)采用嵌套式雙四連桿機構(gòu)。

1 結(jié)構(gòu)特點及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)特點

切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)見圖1，由間隙偏心軸、后墻、銷軸、拉桿、后退偏心軸和支座等組成。間隙偏心軸、銷軸分別裝在后墻上、下端的圓柱孔內(nèi)，拉桿一端通過銷軸與后墻下端連接，另一端通過后退偏心軸與支座連接，支座把合在機架上。

上刀架與切邊連桿采用球形連接，以適應上刀架隨后墻一起擺動。上刀裝在上刀架上，上刀架在側(cè)平衡裝置拉力作用下始終貼緊后墻。當后墻擺動時，上刀架帶著上刀隨之擺動，擺動量就是剪刃間隙值或后退量。

1.2 工作原理

調(diào)整剪刃間隙時，后退偏心軸帶著后墻停在復位位置。間隙偏心軸、后墻、拉桿和機架組成剪刃間隙調(diào)整四連桿機構(gòu)。當電機帶著間隙偏心軸旋轉(zhuǎn)時，后墻擺動。上刀架緊貼后墻，把上刀架與后墻看成整體，后墻擺動量為剪刃間隙值Δx。

當上刀架運轉(zhuǎn)時，間隙偏心軸處于制動狀態(tài)。后退偏心軸、后墻、拉桿和機架組成后退四連桿機構(gòu)。后退凸輪裝在上刀架偏心軸上，并隨之一起旋轉(zhuǎn)，凸輪大徑通過滾輪和壓桿一、壓桿二帶著凸輪偏心軸上下往復擺動，凸輪偏心軸通過后退偏心軸帶動后墻左右往復擺動，從而實現(xiàn)上刀的后退和復位，后墻向右的擺動量就是后退量Δx′。切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)原理見圖2。

2 機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

從圖2可以看出，間隙偏心軸、后退偏心軸、后墻、拉桿和機架構(gòu)成了剪刃間隙調(diào)整及后退機構(gòu)的基本桿組。表面看是一個雙曲柄五連桿機構(gòu)，通過對工作原理的分析，實質(zhì)上是嵌套式雙四連桿機構(gòu)，即兩個四連桿機構(gòu)有各自獨立的曲柄，共用連桿(后墻)和搖桿(拉桿)。

1—切邊下刀 2—切邊上刀 3—上刀架 4—間隙偏心軸(間隙曲柄) 5—后退液輪 6—后退凸輪 7—壓桿一 8—后退偏心軸(后退曲柄) 9—凸輪偏心軸 10—拉桿(搖桿) 11—后墻(連桿) 12—壓桿二 圖2 切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)原理圖Figure 2 Principle of trimming shear clearance adjustment and backward mechanism

(a)一級桿組RR

上刀停在初始位，且后墻處于鉛垂狀態(tài)，把該狀態(tài)的剪刃間隙值和后退量都設(shè)置為零。以下刀刀尖為坐標原點，建立平面直角坐標系。給定O1、O2、B點的坐標值和初始角度α0以及凸輪偏心值R3等原始參數(shù)。用作圖法確定擺角γ，擺角2γ就是后退角度。

根據(jù)經(jīng)驗初步設(shè)定間隙偏心值R1和后退偏心值R2。先用作圖法確定間隙偏心軸的旋轉(zhuǎn)方向和后墻的擺動方向，用解析法優(yōu)化計算，再用作圖法驗證。

采用解析法中的桿組法優(yōu)化計算機構(gòu)參數(shù)，分析其運動位置，由于運動速度慢，不分析其速度和加速度。

2.1 建立數(shù)學模型

2.1.1 間隙調(diào)整四連桿機構(gòu)運動分析

前期分析 教師對教學環(huán)境、教學對象以及教學內(nèi)容進行分析，通過合理組織、優(yōu)化配置相關(guān)教學資源，如網(wǎng)絡(luò)教學資源、學時、計算機仿真平臺、教材，建立集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)與計算機仿真技術(shù)的混合式教學平臺[5]，為教學資源建設(shè)和教學策略抉擇奠定基礎(chǔ)。本文采用藍墨云班課作為電力電子技術(shù)課程混合式教學的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，以教師在云端創(chuàng)建的班群和班課空間為基礎(chǔ)，教師可以進行課堂管理、資源推送、教學評價等教學組織，學生可以進行訂閱課程、個性化學習、討論交流等[6]。藍墨云班課平臺功能模塊見圖1。

把間隙調(diào)整四連桿機構(gòu)拆成一個一級桿組RR(曲柄)和一個二級桿組RRR(連桿、搖桿)分別計算，四連桿機構(gòu)運動分析見圖3。

(1)一級桿組RR位移分析

計算A點坐標，α=α0-i。

xa=xO1+R1cosα

(1)

ya=yO2+R1sinα

(2)

用式(1)、(2)計算C點和D點坐標。

(2)二級桿組RRR位移分析：

計算連桿Lab、Lac和Lbc：

(3)

如果Lab+Lbc

(4)

(5)

θ=θ1-θ2

(6)

(3)計算剪刃間隙值

計算剪刃間隙值：Δx=xd。

2.1.2 后退四連桿機構(gòu)運動分析

后退偏心軸向右擺動角度為2γ，按公式(1)和公式(2)計算C點坐標，再計算連桿長度及其擺角，最后計算出D點坐標。

后退量為：Δx′=xd-Δx

2.2 程序框圖

優(yōu)化目標：5.2 mm≤Δx≤5.5 mm，1.9 mm≤Δx′≤2.2 mm。

優(yōu)化計算參數(shù)：曲柄值R1、R2和連桿長度。

采取先優(yōu)化剪刃間隙值，再優(yōu)化后退量的內(nèi)外雙循環(huán)法；即先計算剪刃間隙最大值，判斷該值是否滿足優(yōu)化目標，如果不滿足，調(diào)整曲柄值R1再次計算，直到滿足優(yōu)化目標為止，作為內(nèi)循環(huán)；然后，后退曲柄擺到后退位，計算每個剪刃間隙值所對應的后退量，找出最小值，判斷該值是否滿足優(yōu)化目標，如果不滿足，調(diào)整曲柄值R2，再次返回計算剪刃間隙值和后退量，直到后退量滿足優(yōu)化目標為止。作為外循環(huán)，輸出相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化計算結(jié)束。程序框圖見圖4。

圖4 程序框圖Figure 4 Block chart of procedure

3 工程應用實例

我公司為某鋼廠設(shè)計制造的一臺三軸傳動滾切式雙邊剪，要求剪刃間隙為0.5～5 mm，后退量約2 mm。設(shè)計時用該方法編寫計算程序，把相關(guān)原始參數(shù)輸入程序中進行優(yōu)化計算，計算結(jié)果如下(取偏心量最小的一組值)：

間隙偏心軸偏心量：R1=27.5 mm

后退偏心軸偏心量：R2=7.5 mm

剪刃間隙值和后退量見表1。

表1 剪刃間隙值和后退量Table 1 Clearance values and backward amounts of shear blade

從表1中可見，優(yōu)化時，實際選取間隙偏心軸旋轉(zhuǎn)角度范圍為6°～85°，滿足技術(shù)要求。

在計算機上用作圖法驗證，按上表角度分別作出運動軌跡圖，測量剪刃間隙值和后退量，把測量值與計算值比較，兩者結(jié)果完全相同。

裝配完成后，按上表角度分別盤動間隙偏心軸和后退偏心軸，測量剪刃間隙值和后退量，與計算值比較，兩者結(jié)果相吻合。

4 結(jié)論

優(yōu)化后，偏心軸的偏心量減小，使設(shè)計更精準，同時提高了設(shè)計效率。通過介紹的優(yōu)化設(shè)計方法找到了切邊刀間隙調(diào)整及后退機構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值，為類似機構(gòu)設(shè)計提供了一種優(yōu)化方法。