剪穀軸向串動對剪刃間隙和重合度的影響及改進(jìn)

秦小龍

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵公司連鑄連軋生產(chǎn)線由達(dá)涅利公司設(shè)計，于2019 年5 月投產(chǎn)。高速飛剪是連鑄連軋生產(chǎn)線核心設(shè)備，位于層冷輥道末端并且靠近卷曲機組之間，功能是在無頭軋制時到高速帶鋼定尺和切分。

由于帶鋼在無頭軋制時始終保持卷取張力，為避免帶鋼剪切后卷取機和末架軋機之間突然間張力消失，造成正在卷取的帶鋼尾部過鋼不穩(wěn)定，高速飛剪布置緊靠1#卷取機夾送輥裝置前方[1]，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的帶卷重量,跟蹤帶鋼的分段剪切點。當(dāng)剪切點到達(dá)高速飛剪時,飛剪剪切將帶鋼分段，第一卷尾部進(jìn)入1#卷取機，1#夾送輥通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)將第二卷的頭部導(dǎo)入2#卷取機，實現(xiàn)2 臺卷取機的高速交替卷取[2]。高速飛剪剪鼓的旋轉(zhuǎn)和剪切是分開的，剪榖始終與帶鋼保持同步運動[3]。

首鋼京唐公司高速飛剪剪榖裝配共制造兩套，剪切厚度0.8～6 mm，最大剪切寬度1500 mm，剪切溫度250～650 ℃，剪切時剪榖的最高旋轉(zhuǎn)線速度20 m/s，根據(jù)重量或定尺需求對帶鋼高速剪切。對比常用的各類滾筒式飛剪，高速飛剪速度更快，剪切的帶鋼更薄，對機械精度、控制精度、剪刃間隙及重合度要求更高。

首鋼京唐公司高速飛剪由飛剪剪框、傳動部分、剪榖裝配、剪榖更換裝置等四部分組成。飛剪剪框上安裝有上下剪榖的橫向鎖緊、垂直鎖緊、剪榖裝配標(biāo)高調(diào)整液壓缸；傳動部分包括上下剪榖電機、齒輪機座、上下傳動軸、齒輪偏心套調(diào)整電機及減速機和傳動軸；剪榖裝配是高速飛剪的核心裝配，它是一個裝配組合體，由剪榖機架、上下剪榖裝配、剪刃裝配、剪刃鎖緊裝置、齒輪偏心套裝置、齒輪偏心套調(diào)整裝置組合而成，其中齒輪偏心套裝置的齒輪和偏心套為整體結(jié)構(gòu)偏心量30 mm，其中齒輪偏心套調(diào)整裝置可以實現(xiàn)上下剪鼓的分離和剪切。剪榖裝配通過剪榖更換裝置從飛剪剪框中抽出或裝入，兩套剪榖裝配交替使用：更換好剪刃并且調(diào)整好剪刃間隙、重合度的剪榖裝配在連鑄澆次間上線，下線剪榖裝配離線更換剪刃及調(diào)整剪刃間隙、重合度。

在兩套剪榖裝配交替使用4 個月后，其中一套剪榖連續(xù)發(fā)生兩次剪切不斷現(xiàn)象，帶鋼斷口：操作側(cè)帶鋼切斷斷口齊整，傳動側(cè)帶鋼斷口有毛刺并伴有撕裂現(xiàn)象。剪榖上線前下線后剪刃間隙發(fā)生變化，同時下線后剪榖沿著剪切旋轉(zhuǎn)方向手動盤車時，剪刃間隙保持不住。剪榖結(jié)構(gòu)組成見圖1。

圖1 剪穀結(jié)構(gòu)組成

1 傳動主齒輪裝配順序

參考圖紙，4 個主傳動齒輪模數(shù)相同、齒數(shù)相同，和剪轂軸雙鍵連接，裝配有順序要求，裝配精度要求很高，運行時保持同步。裝配順序如下：

（1）將3 個平鍵分別裝在上轉(zhuǎn)鼓傳動側(cè)、操作側(cè)及下轉(zhuǎn)鼓傳動側(cè)并用螺栓緊固。

（2）將3 個齒輪分別熱裝在上轉(zhuǎn)鼓傳動側(cè)、操作側(cè)及下轉(zhuǎn)鼓傳動側(cè)。

（3）3 個齒輪冷卻后測量轉(zhuǎn)鼓上第二個鍵槽與齒輪第二個鍵槽形成的Z 形鍵槽的工作面尺寸。

（4）根據(jù)現(xiàn)場測量的Z 形鍵槽尺寸加工Z 形鍵。修配時要分別保證鍵寬尺寸與對應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓鍵槽、齒輪鍵槽的配合過盈量0.015～0.030 mm。上剪榖操作側(cè)、下剪榖傳動側(cè)要將加工好的Z形鍵分成兩段裝入Z 形鍵槽。

（5）裝配順序目的：剪榖軸與主齒輪小過盈配合、雙鍵聯(lián)結(jié)，為了保證操作側(cè)上、下主齒輪副的側(cè)隙，同時為了消除操作側(cè)上、下剪榖及齒輪鍵槽的加工誤差，采用兩段Z 形鍵裝配時依次測量依次加工后裝入。

（6）最重要的是第四個主齒輪（下轉(zhuǎn)鼓操作側(cè)齒輪）裝配時，首先要保證已裝配好的傳動側(cè)2 個齒輪剪切時上、下齒輪的工作面接觸并且固定。熱裝下轉(zhuǎn)鼓操作側(cè)齒輪，在齒輪未冷卻前及時外加載荷轉(zhuǎn)動該齒輪，保證傳動側(cè)與操作側(cè)齒輪的運轉(zhuǎn)時嚙合狀態(tài)一致，冷卻到室溫。

（7）測量下剪榖操作側(cè)2 個Z 形鍵槽端面的尺寸，加工Z形鍵并分為3 段，裝配時依次測量依次加工后裝入。

（8）經(jīng)過分析及在剪切位齒輪副齒側(cè)間隙及齒頂間隙實際壓鉛檢驗，得出結(jié)論：傳動主齒輪裝配順序及裝配方法正確，不會造成帶鋼剪切不斷現(xiàn)象。主傳動齒輪Z 形鍵布置見圖2。

圖2 傳動側(cè)主傳動齒輪Z 形鍵布置

2 主傳動齒輪消隙裝置

（1）為了保證剪切瞬間剪刃間隙保持不變，在下剪榖傳動側(cè)、操作側(cè)主傳動齒輪外側(cè)分別安裝2 個消隙齒輪（副齒輪），和主齒輪模數(shù)相同、齒數(shù)相同，目的是保持上、下剪榖在剪切瞬間兩對嚙合主齒輪的工作面還是互相嚙合，保證剪切瞬間剪切抗力造成的兩個主齒輪工作齒面不發(fā)生分離，保持剪切瞬間剪刃的間隙不變。因此，消隙齒輪相對于主齒輪有一定的超前量，剪切瞬間和主齒輪非工作面嚙合，抵消主齒輪工作面分離的趨勢。超前量調(diào)整不合理，會造成剪切瞬間剪刃間隙變化。

（2）經(jīng)過拆卸保護(hù)罩解體檢查、齒輪副齒側(cè)間隙齒頂間隙壓鉛檢驗、檢測超前量，得出結(jié)論：消隙裝置正常，超前量符合圖紙要求，剪切角度控制正常。因此，對剪切瞬間剪刃間隙及重合度不會造成影響，不會造成帶鋼剪切不斷現(xiàn)象。

3 上、下剪轂齒輪偏心套調(diào)整裝置

只是對上、下剪鼓實現(xiàn)上、下剪轂剪切瞬間中心距最小實現(xiàn)剪切，等待位中心距比剪切位中心距大60 mm 位置高速運轉(zhuǎn)，離線更換剪刃時，其上的鎖緊機構(gòu)鎖緊上、下剪榖在剪切位置，便于更換剪刃后測量剪刃間隙及重合度，不會造成剪切不斷現(xiàn)象。

4 飛剪剪穀軸向串動對剪刃間隙和重合度的影響

4.1 飛剪剪榖軸承定位分析

（1）傳動側(cè)和操作側(cè)雙列圓錐滾子軸承外套，以剪榖機架內(nèi)部加工面和用螺栓把合在剪榖機架上的壓蓋定位，裝配時軸承外套外側(cè)貼實剪榖機架內(nèi)部加工面，軸承外套內(nèi)側(cè)和壓蓋間隙0.1～0.2 mm；軸承里套以齒輪偏心套內(nèi)部加工面和用螺栓把合在齒輪偏心套端面的壓蓋定位，裝配時全部貼實。

（2）傳動側(cè)和操作側(cè)四列圓錐滾子軸承和四列圓柱滾子軸承的軸承外套，以齒輪偏心套內(nèi)部加工面和用螺栓把合在齒輪偏心套端面的偏心壓蓋定位，外套和偏心壓蓋之間的隔套裝配時配做，裝配時全部貼實；偏心壓蓋非軸承定位面和齒輪偏心套端面有一定間隙；里套最終以安裝在剪榖軸傳動側(cè)的鎖緊母和操作側(cè)剪榖軸端面定位盤定位，裝配時全部貼實。

4.2 參考借鑒

（1）西馬克設(shè)計的首鋼京唐和邯鋼2250 mm 熱軋生產(chǎn)線的精軋刀架曲柄“起—?！笔角蓄^飛剪偏心軸的雙列圓錐滾子軸承和單列圓柱輥子軸承：通過制造廠調(diào)整軸承本體的軸向游隙控制徑向軸承本體徑向游隙為“0”以及現(xiàn)場更換軸承時實測軸承外套和壓蓋尺寸后+0.10 mm 配做調(diào)整墊，然后緊固壓蓋螺栓。

（2）三菱設(shè)計唐鋼1810 mm 和本鋼1880 mm 熱連軋產(chǎn)線高速飛剪，對軸承本體軸向、徑向游隙及軸承外套和壓蓋的間隙有嚴(yán)格的尺寸要求。

（3）結(jié)論：通過控制軸向串動的方式來控制剪切時上、下剪轂的徑向跳動來保持剪切瞬間剪刃間隙及重合度。達(dá)涅利圖紙中雙列圓錐滾子軸承外套和壓蓋“提供0.1～0.2 mm 間隙同時軸承預(yù)緊”，即：通過實際側(cè)量間隙后+0.1～0.2 mm 后對角緊固壓蓋螺栓，裝配人員在細(xì)節(jié)方面理解不同造成軸向串動量過大。

5 解體檢查及處理措施

（1）拆卸保護(hù)罩著重檢查上、下剪榖傳動側(cè)軸端鎖緊母和操作側(cè)軸端定位盤及兩種壓蓋螺栓緊固狀態(tài)，全部沒有松動。

（2）在上、下剪榖一側(cè)設(shè)置千斤頂同時動作，另一側(cè)設(shè)置百分表，上剪榖實際軸向串動1.09 mm，下剪榖實際軸向串動1.05 mm。實測軸向串動見圖3、圖4。

圖3 液壓千斤頂位置

圖4 百分表位置

（3）去除上下剪榖雙列圓錐滾子軸承壓蓋的墊片，壓鉛實測雙列圓錐滾子軸承外套和壓蓋之間的軸向間隙，然后按照實測間隙+0.15 mm 的原則重新調(diào)整配做墊片組，保證軸承外套和軸承壓蓋的軸向間隙全部0.1～0.2 mm。壓鉛實測軸向間隙見圖5，利舊重配墊片組見圖6，墊片組調(diào)整前后數(shù)據(jù)見表1。

表1 墊片組調(diào)整前后數(shù)據(jù) mm

圖5 壓鉛實測軸向間隙

圖6 利舊重配墊片組

（4）調(diào)整后測量軸向串動上剪榖0.62 mm，下剪榖0.64 mm，和圓錐輥子軸承的實測軸向游隙的疊加量+0.15 mm 數(shù)值非常相近。以上、下剪榖如果不消除軸向串動0.55 mm 為例，雙列圓錐滾子軸承的滾動體和軸承外套壓力角假設(shè)為15°，軸向串動和徑向跳動成正切關(guān)系，0.55×tg15°=0.14 mm，剪切瞬間水平方向：在離線更換剪刃時調(diào)整好剪刃間隙和重合度的基礎(chǔ)上，上剪刃向入口側(cè)偏離0.14 mm，下剪刃向出口側(cè)偏離0.14 mm，造成上下剪刃間隙增大0.28 mm；剪切瞬間垂直方向：上剪刃向上偏離0.14 mm，下剪刃向下偏離0.14 mm，造成上下剪刃重合度增大0.28 mm。解釋了操作側(cè)切斷傳動側(cè)撕裂以及上線前、下線后剪刃間隙變化的現(xiàn)象。

（5）處理效果：調(diào)整后兩套剪轂交替使用一年，高速飛剪沒有出現(xiàn)類似剪切不斷現(xiàn)象。

6 結(jié)論

剪榖軸向串動分析：高速飛剪上、下剪榖軸向串動對剪切瞬間剪刃間隙及重合度的影響很大，軸向串動要控制在合理范圍內(nèi)，控制軸向串動，就是控制上下剪榖旋轉(zhuǎn)時的徑向跳動，最終目的是控制剪切瞬間上下剪轂的徑向跳動，這種徑向跳動既影響剪刃間隙又影響剪刃重合度，剪刃間隙及重合度要控制在合理的微小波動范圍。