CN102430895A - 热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法 - Google Patents

热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法 Download PDF

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CN102430895A CN2011102997213A CN201110299721A CN102430895A CN 102430895 A CN102430895 A CN 102430895A CN 2011102997213 A CN2011102997213 A CN 2011102997213A CN 201110299721 A CN201110299721 A CN 201110299721A CN 102430895 A CN102430895 A CN 102430895A
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Abstract

本发明公开了一种热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法，该制备方法包括偏心轴和与之配套的调节圆盘、连杆、连接支架及端盖的加工，然后通过螺栓组件将调节圆盘、左侧连接支架与偏心轴的前端连接在一起；偏心轴的第二节轴体与左侧连接支架的开孔形成孔配合，该孔间隙保证偏心轴能在该孔中正常旋转；偏心轴的第三节轴体由连杆的阶梯孔中的两个轴承支撑；通过螺栓组件将端盖、右侧连接支架与偏心轴的后端连接在一起；在右侧连接支架和连杆的间隙中安装有轴向固定的隔环，使两轴承的轴向固定；经过上述步骤，实现热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备。本发明具有容易实施和应用广等优点，可作为飞剪机曲柄连杆机构设计的一个有益的设计补充。

Description

热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金热轧工艺技术领域，尤其涉及一种热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法。
背景技术
飞剪机是轧钢生产线上重要的设备之一，布置在精轧机组前，用于型钢热轧时，对轧材头尾进行切断、碎断，并具备分段功能，为进一步轧制做好准备，其工作性能的好坏直接影响到轧制线的生产效率和产品切口质量。随着连续式轧机的发展，飞剪机得到了越来越广泛的应用。
热轧型钢飞剪机一般采用曲柄摇杆机构，其主要工作原理是：电机通过减速机带动小齿轮旋转，小齿轮同步传动通过啮合使下剪刃相连的下曲轴上的大齿轮旋转，这个大齿轮通过齿轮啮合带动上曲轴同步进行旋转运动，曲轴作为曲柄摇杆机构的曲柄，通过各运动副带动相关摇杆和连杆进行运动，从而使上下剪刃同步运动实现剪切。
由于飞剪机本体的主传动小齿轮和大齿轮在安装及加工过程中存在一定的误差，这会导致飞剪机上下剪刃的重合度及侧隙偏离理论设计值。设计中为了达到较好的剪刃重合度及剪切效果，一般会在曲柄连杆机构中采用偏心轴形式来对误差进行部分补偿。在实际工程设计中，设计人员一般会根据经验对偏心轴的偏心距进行设计。在现场安装时，调试人员往往会通过转动曲柄来观察并测量上下剪刃的重合度和侧隙，但这很难达到对剪刃侧隙的精确调节。因而对于剪刃水平和垂直方向的侧隙，如果偏心距设计得不合理，很难通过现场及机加工的方式加以弥补。可见，进行设计时，必须充分地掌握和了解偏心距补偿和调节剪刃侧隙的机理，这也便于现场高效施工，有利于使热轧型钢飞剪机的剪切效果达到最佳状态。
剪刃侧隙过大往往会影响剪刃的剪切效果，通过偏心轴的设计能较好地对加工和安装造成的飞剪机上下剪刃侧隙进行补偿，本发明正是基于对偏心轴及其偏心距的设计，在充分进行计算的前提下较好地完成了对飞剪机上下剪刃侧隙进行补偿的设计与计算。这将有助于解决工程实际中工程人员的不经济设计失误造成的过多浪费。同时，也使工程师增加了对热轧飞剪机剪切工艺设计的理解，提高了自身的设计水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种热轧飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法，通过对剪刃空间轨迹的精确求解，根据剪刃设计可调间隙的工艺要求，利用循环迭代的数值方法完成偏心轴及其偏心距的设计，旨在给出一套热轧飞剪机剪刃调隙的设备实现方法，使热轧飞剪机的工艺设计更加完善和便捷。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法，包括偏心轴和与之配套的调节圆盘、连杆、连接支架及端盖的加工，具体是： 
（1）调节圆盘的加工：
在调节圆盘的盘体周围处均匀开孔，并在盘体的中部开有一个两端呈弧形两侧为直线的圆弧形长孔；
（2）偏心轴的加工：
偏心轴分成四节加工，自左向右依次加工，其中：第一节轴体为偏心轴的前端，其加工成与调节圆盘中部长孔相似的形状，长孔的圆周直径小于第二节轴体的外径，保证第一节轴体能顺利穿过左侧连接架，便于安装与拆卸；后三节轴体为圆柱体；四节轴体之间为轴肩形式；第二节轴体与左侧连接支架相应的孔形成间隙配合，能保证偏心轴在左侧连接支架的孔中正常旋转；偏心轴前、后两端的中心轴线即第一节轴体和第四节轴体的中心轴线相同，第三节轴体的中心轴线与偏心轴两端的中心轴线相距值为偏心轴的偏心距值；
（3）连杆的加工：
在连杆与偏心轴连接处开有一个能够安装第一轴承和第二轴承的阶梯孔；
（4）连接支架的加工：
在左侧连接支架开有一孔，该孔直径大于偏心轴第二节轴体的外径，方便该偏心轴第二节轴体从孔中穿入并形成间隙配合；在右侧连接支架开有一孔，该孔直径大于端盖的外径；
（5）端盖的加工：
右侧的端盖中部开有一圆形孔，圆形孔的直径大于偏心轴第四节轴体的外径，确保偏心轴第四节轴体能顺利穿过端盖中部；端盖的外径小于右侧支架相应位置的开孔直径，但大于第二轴承的外径，方便第二轴承的安装与拆卸；
（6）组装：
通过螺栓组件（由螺栓和垫圈组成）将调节圆盘、左侧连接支架与偏心轴的前端连接在一起；偏心轴的第二节轴体与左侧连接支架的开孔形成孔配合，该孔间隙保证偏心轴能在该孔中正常旋转；偏心轴的第三节轴体由连杆的阶梯孔中的两个轴承支撑；通过螺栓组件将端盖、右侧连接支架与偏心轴的后端连接在一起；在右侧连接支架和连杆的间隙中安装有轴向固定的隔环，使两轴承的轴向固定；
经过上述步骤，实现热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备。
所述调节圆盘上的均匀开孔，此孔为圆孔，或开成一段圆弧段的长孔，以方便一段距离的无级调速。
本发明采用包括以下步骤的方法来设计偏心轴第三节轴体的中心轴线与偏心轴两端的中心轴线相距值（这里称为偏心轴的偏心距）；
步骤1：输入飞剪机上剪刃组成的各零件的相关参数
先将飞剪机上剪刃实体零件按机械原理简化为由连杆OC、摇杆AB及连杆BCD组成的结构，然后将相关参数输入，该参数包括：连杆OA、BC及CD的长度，曲柄OC的长度，连杆OA与X轴夹角                                               
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE002
，连杆OA与X轴夹角
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2：计算给定初始正偏心距时剪刃的轨迹
当初始正偏心距给定时，摇杆AB的长度l即确定，
以OA为坐标系mon的横坐标轴，以水平方向为坐标系xoy的横坐标轴，建立剪刃轨迹相关坐标系mon和坐标系xoy，通过坐标转换，得到以下公式：
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE006
                      （1）
式中：
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE008
是D点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE010
是D点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE012
是D点在坐标系xoy中的横坐标值；
Figure 2011102997213100002DEST_PATH_IMAGE014
是D点在坐标系xoy中的纵坐标值，
通过数值描述和编制循环迭代程序，计算得到上剪刃D点的空间运动轨迹曲线；
步骤3：根据迭代判断条件反求出剪刃侧隙最大调节设计要求时的偏心距
给定偏心距循环步长，按步骤2依次分别计算各个偏心距时上剪刃空间轨迹，当摇杆AB的长度达到按给定偏心距计算的最大值时就退出当前计算；计算退出时记录各偏心距对应的相对于不偏心时上剪刃在x,y方向的Δx(j)和Δy(j)；然后分别求解下面公式中对应的参数
Figure DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，该公式为判断设计的偏心距必须达到调隙要求的收敛条件，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
                           （2）
式中：
Figure 139796DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 782130DEST_PATH_IMAGE018
分别是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的相对于不偏心时的最小、最大位移变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是上剪刃D点设计允许x方向的最大补偿量；
Figure 792812DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 229609DEST_PATH_IMAGE022
分别是上剪刃D点在不同偏心距下求得的y方向的相对于不偏心时的最小、最大位移变化量；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
是上剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量；
然后分别给定上剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量
Figure 794583DEST_PATH_IMAGE028
和允许x方向的最大补偿量
Figure 506187DEST_PATH_IMAGE026
，将前述计算得到的结果按公式（2）进行迭代判断；当公式（2）中所有判断不等式全部满足则退出循环迭代求解过程，否则对初始正偏心距进行修正，即给定一个正偏心距值的增量步长，按步骤2和3再次进行重复计算，直至公式（2）中所有判断不等式全部满足；记录此时迭代得到的正偏心距值，其为热轧型钢飞剪机剪刃的调隙偏心距。
上述公式（1）由下述中间公式（3）推导出：
 
Figure DEST_PATH_IMAGE030
                    （3） 
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是C点在坐标系mon中的纵坐标值；OC是连杆OC的长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
是曲柄OC在坐标系mon转过的角度；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是C点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure DEST_PATH_IMAGE038
是B点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是B点在坐标系mon中的横坐标值；OA是连杆OA的长度；AB是摇杆AB的长度；CD是连杆CD的长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
是摇杆AB和AC的夹角；是连杆AC和机架AO的夹角；
Figure DEST_PATH_IMAGE046
是连杆BC与om之间的夹角；
Figure 777899DEST_PATH_IMAGE002
是连杆BC与CD之间的夹角；AC是A点和C点连线之间的长度；BC是连杆BC的长度；
Figure 916757DEST_PATH_IMAGE008
是D点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 500185DEST_PATH_IMAGE010
是D点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 749900DEST_PATH_IMAGE012
是D点在坐标系xoy中的纵坐标值；
Figure 204015DEST_PATH_IMAGE014
是D点在坐标系xoy中的横坐标值。
本方法在计算步骤1所述摇杆AB的长度时，先给定较小的初始的正偏心距值k，方便后续正向的修正迭代，建议k≤ 
Figure DEST_PATH_IMAGE048
或k≤ 
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。
所述步骤3中，在偏心距为0所对应
Figure DEST_PATH_IMAGE052
中的
Figure DEST_PATH_IMAGE054
值，或偏心距为0所对应
Figure DEST_PATH_IMAGE056
中的
Figure 949992DEST_PATH_IMAGE054
值时，分别按照下述公式（4）和（5）得到上剪刃D点在不同偏心距下求得的，然后再求得x方向的位移和y方向的位移：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
                            （4）
Figure DEST_PATH_IMAGE060
                              （5）
上述两式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为按一定的间隔排列的偏心距个数；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为最大偏心距；
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为最小偏心距；为偏心距等差排列的等差增量；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为偏心距为0所对应
Figure 958400DEST_PATH_IMAGE052
中的值；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为
Figure DEST_PATH_IMAGE074
的值向正无究大方向取整的算法函数。（说明，g(-2.5)=-2,g(3.2)=4,总向正无穷大方向取相邻整数）
本发明的基本原理是：由于机械传动部分即原理图中的O接入动力转速时，传动部分的齿轮等有误差，导致剪刃实际运行形成的轨迹可能与理论轨迹存在一定的偏差，从而使上下剪刃（下部有一个跟上剪相运动，但原理一样的剪刃）有间隙，如果这个间隙过大，就会发生钢板无法剪断或是剪刃折断的情况，故在热轧飞剪机调试阶段可以通过调节偏心轴对一部分误差造成的剪刃侧隙进行补偿，即通过调节上下剪刃轨迹来实现调剪刃侧隙，使上下剪的剪切效果达到最佳状态。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：
1. 可作为飞剪机曲柄连杆机构设计的一个有益的设计补充，能真实地反映飞剪机机构设计的原则，为飞剪机的准确控制提供强有力的理论支持；
2. 完全摒弃了几何作图带来的种种不确定的局限性，有利于更好地理解飞剪机的工作特性，具有良好通用性、适应性、速度快和计算精度高等，并可以就此形成相应的计算软件，方便和快捷，值得推广与延伸；
3. 可以延用于飞剪机各节点的运行轨迹、各方向速度及角速度的求解；
4. 可以较好地实现热轧飞剪机剪刃调隙功能，具有良好的可操作性及程序化性，能提高工程人员的设计效率，增加了对热轧飞剪机剪切工艺及剪刃设计的理解；
5. 同样可以作为热轧飞剪机电机选型及校核的强有力的工具，在已知断面规格的情况下反推出电机各项参数和剪切角等参数，具有良好的设计使用灵活性，也可以适用于飞剪机设计的相关方面，如反推出的剪切角计算电机的一个剪切行程的转角等，都具有良好的参考性。
6. 可以作为在已知设计为偏心距的前提下对设备加工制造及安装精度提出要求使安装后剪刃的间隙在设计可调范围内，也可以作为其它一些相关辅助设备工艺设计的参考。
附图说明
图1是现有技术中飞剪机上剪刃运动机械原理示意图。
图2是本发明中的飞剪机剪刃调隙偏心轴及其相关零件的装配设计图。
图3是本发明中的飞剪机剪刃调隙偏心轴及其部分局部零件装配的三维图。
图4是本发明提供的飞剪机剪刃调隙偏心轴的设计方法的程序流程图。
图5是本发明中上剪刃的空间轨迹曲线图。
图6是本发明中两组摇杆AB长度时x方向的调隙量的曲线图。
图7是本发明中两组摇杆AB长度时y方向的调隙量的曲线图。
图中：1.螺栓组件； 2.第一轴承； 3.调节圆盘； 4.左侧连接支架； 5.连杆； 6.第二轴承； 7.隔环； 8.偏心轴； 9.端盖； 10.右侧连接支架。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法，包括偏心轴8和与之配套的调节圆盘3、连杆5、连接支架及端盖9的加工，参见图2和图3，具体是： 
（1）调节圆盘3的加工：
在调节圆盘的盘体周围处均匀开孔，并在盘体的中部开有一个两端呈弧形两侧为直线的圆弧形长孔；
（2）偏心轴8的加工：
偏心轴8分成四节加工，自左向右依次加工，其中：第一节轴体为偏心轴8的前端，其加工成与调节圆盘中部长孔相似的形状，长孔的圆周直径小于第二节轴体的外径，保证第一节轴体能顺利穿过左侧连接架4, 便于安装与拆卸；后三节轴体为圆柱体；四节轴体之间为轴肩形式；第二节轴体与左连接支架4相应的孔形成间隙配合，能保证偏心轴8在连接支架的孔中正常旋转；偏心轴8前、后两端的中心轴线aa即第一节轴体和第四节轴体的中心轴线相同，第三节轴体的中心轴线bb与偏心轴8两端的中心轴线aa相距值为偏心轴8的偏心距值；
（3）连杆5的加工：
在连杆5与偏心轴8连接处开有一个能够安装第一轴承2和第二轴承6的阶梯孔；
（4）连接支架的加工：
在左侧连接支架4开有一孔，该孔直径大于偏心轴8第二节轴体的外径，方便该偏心轴8第二节轴体从孔中穿入并形成间隙配合；在右侧连接支架10开有一孔，该孔直径大于端盖的外径；
（5）端盖9的加工：
右侧的端盖9中部开有一圆形孔，圆形孔的直径大于偏心轴8第四节轴体的外径，确保偏心轴8第四节轴体能顺利穿过端盖9中部；端盖9的外径小于右侧支架10相应位置的开孔直径，但大于第二轴承6的外径，方便第二轴承6的安装与拆卸；；
（6）组装：
通过螺栓组件1（由螺栓和垫圈组成）将调节圆盘3、左侧连接支架4与偏心轴8的前端连接在一起；偏心轴8的第二节轴体与左侧连接支架4的开孔形成孔配合，该孔间隙保证偏心轴能在该孔中正常旋转；偏心轴8的第三节轴体由连杆5的阶梯孔中的两个轴承支撑；通过螺栓组件1将端盖9、右侧连接支架10与偏心轴8的后端连接在一起；在右侧连接支架10和连杆5的间隙中安装有轴向固定的隔环7，使第一轴承2和第二轴承6的能够轴向固定；
经过上述步骤，实现热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备。
所述调节圆盘3上的均匀开孔，此孔为圆孔，或开成一段圆弧段的长孔以方便一段距离的无级调速。
本发明可以采用包括以下步骤的方法来设计偏心轴8的偏心距，以此来完成飞剪机剪刃侧隙的调整功能。
1.飞剪机剪刃空间轨迹所需的参数逻辑表达：
飞剪机上剪刃运动机械原图（下剪刃与之关于轧制中心线对称），如图1所示。
它由连杆OC、摇杆AB及连杆BCD组成：其中连杆BCD由连杆BC和连杆CD焊接而成，上剪刃通过刃座与连杆CD连为一体。曲柄OC通过电机驱动绕其回转中心O作周期性的周转运动。它通过铰接副带动连杆BCD及上剪刃沿既定的轨迹运动。连杆BCD的一端B点通过铰接副与摇杆AB连在一起，摇杆AB绕A点作一定范围的运动。开始剪切前，飞剪机的上剪刃会停留在某一个指定的位置，并与水平方向呈一定的夹角。当经过粗轧后的初坯型材进入剪切流程时，电动机驱动曲柄OC进而带动上剪刃开始沿剪刃既定的设计轨迹运动。经过一定的加速及均速运动后，飞剪机上剪刃达到设计的剪切水平速度（理论认为飞剪机剪刃运行水平分速度约为飞剪机剪刃运行水平分速度的1.03倍，能满足同步剪切要求）。当剪切完成后，由于能量的损失，飞剪机上剪刃的水平速度会有所降低，飞剪机进入制动过程，直至飞剪机上剪刃停在初始停位角的位置，飞剪机一个剪切周期完成，进入下一个剪切周期，如此周而复始，进行启停式剪切。
剪刃的轨迹可以通过运动方程及几何关系进行求解，具体如下：
以OA为坐标系mon的横坐标轴，以水平方向为坐标系xoy的横坐标轴，依次如图1所示建立剪刃轨迹相关坐标系。
在坐标系mon中，由三角公式和正弦定理、余弦定理通过推导可以得到中间计算公式（1）：
 
Figure 789269DEST_PATH_IMAGE030
                    （1） 
通过坐标转换，可以得到以下公式（2）：
Figure 269929DEST_PATH_IMAGE006
                      （2）    
上述公式中：
Figure 31212DEST_PATH_IMAGE032
是C点在坐标系mon中的纵坐标值；OC是连杆OC的长度；
Figure 888309DEST_PATH_IMAGE034
是曲柄OC在坐标系mon转过的角度；
Figure 582596DEST_PATH_IMAGE036
是C点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 234157DEST_PATH_IMAGE038
是B点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 748315DEST_PATH_IMAGE040
是B点在坐标系mon中的横坐标值；OA是连杆OA的长度；AB是摇杆AB的长度；CD是连杆CD的长度；是摇杆AB和AC的夹角；
Figure 692317DEST_PATH_IMAGE044
是连杆AC和机架AO的夹角；
Figure 747736DEST_PATH_IMAGE046
是连杆BC与om之间的夹角；
Figure 14769DEST_PATH_IMAGE002
是连杆BC与CD之间的夹角；AC是AC连线之间的长度；BC是连杆BC的长度；
Figure 213669DEST_PATH_IMAGE008
是D点在坐标系mon中的纵坐标值；是D点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 344753DEST_PATH_IMAGE012
是D点在坐标系xoy中的横坐标值；
Figure 99083DEST_PATH_IMAGE014
是D点在坐标系xoy中的纵坐标值。
通过数值描述的方法，通过编制相应的循环迭代程序，可以计算得到上剪刃D点的空间运动轨迹曲线。
给定初选的曲柄旋转角度增量，以曲柄旋转一周为计算周期来进行上剪刃的空间轨迹求解。在mon坐标系中，从Φ为0o时开始计算，即从om方向开始，以角度增量Δθ作为循环迭代的步长，按照公式（1）及其相关几何公式分别列出各角度节点的计算式，则可以求出D点在坐标系mon中的
Figure 836095DEST_PATH_IMAGE010
和 
Figure 828321DEST_PATH_IMAGE008
，即得到上剪刃在坐标系mon中的各角度节点对应的坐标值，将其组成一个二维矩阵，按公式（2）的坐标转换公式，利用矩阵乘法，可以得到上剪刃在坐标系xoy中的各角度节点对应的坐标值，将各点按角度从0o到360o排列，依次将各角度对应的坐标值用直线连接起来，即可得到上剪刃在坐标系xoy中的空间轨迹曲线。
2.飞剪机剪刃调隙偏心轴的偏心距的设计求解：
（1）轨迹偏差计算：
在热轧飞剪机的曲柄连杆机构中，由于摇杆长度的变化，导致了上剪刃D点的位移会随之发生变化，利用这一原理可以通过调节摇杆的长度来实现剪刃的调隙功能，而偏心轴的设计可以较好地实现变杆长这一目的。
根据偏心轴在不同偏心距下分别求出剪刃的x、y方向的位移，通过与不偏心时的x、y方向的位移进行比较，即可以计算得出不同偏心距下剪刃的调隙程度，这一过程可以描述如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
                         （3）
式中：
Figure 258166DEST_PATH_IMAGE052
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的位移；
Figure DEST_PATH_IMAGE078
是不同偏心距下按方程（1）和（2）对应求解的过程函数；
Figure 703054DEST_PATH_IMAGE056
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的y方向的位移；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的位移与偏心距为0时x方向的位移的差值；
Figure DEST_PATH_IMAGE082
是上剪刃D点在偏心距为0时求得的x方向的位移；是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的位移与偏心距为0时y方向的位移的差值；
Figure DEST_PATH_IMAGE086
是上剪刃D点在偏心距为0时求得的y方向的位移。
为了使计算更快捷，式（3）中偏心距为0时所对应
Figure 712598DEST_PATH_IMAGE052
中的值或偏心距为0时所对应
Figure 160077DEST_PATH_IMAGE056
中的
Figure 888998DEST_PATH_IMAGE054
值可通过式（4）和（5）得到。
Figure 967813DEST_PATH_IMAGE058
                            （4）
Figure 934632DEST_PATH_IMAGE060
                              （5）
上述两式中：
Figure 440699DEST_PATH_IMAGE062
为按一定的间隔排列的偏心距个数；
Figure 656917DEST_PATH_IMAGE064
为最大偏心距；
Figure 539423DEST_PATH_IMAGE066
为最小偏心距；
Figure 360748DEST_PATH_IMAGE068
为偏心距等差排列的等差增量；
Figure 303296DEST_PATH_IMAGE070
为偏心距为0所对应
Figure 741231DEST_PATH_IMAGE052
中的值；为
Figure 918506DEST_PATH_IMAGE074
的值向正无究大方向取整的算法函数。
（2）判断准则：
由于偏心轴为一个回转体，在给定偏心距的前提下，摇杆长度的增减量可视为呈关于偏心距为0时的对称分布状态。在关于偏心距为0时的对称分布的摇杆长度的增减量作用下，剪刃关于x和y方向的补偿程度并非对称分布，而是呈现不规则的分布状态。因此，在满足既定的调隙设计要求下，进行飞剪机剪刃调隙偏心轴的设计必须综合考虑在所有范围内，设计的偏心距必须达到调隙要求。基于此，可以给出如下的判断收敛条件：
                               （6）
式中：
Figure 312578DEST_PATH_IMAGE016
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的相对于不偏心时的最小位移变化量；
Figure 536886DEST_PATH_IMAGE026
是上剪刃D点设计允许x方向的最大补偿量；
Figure 863962DEST_PATH_IMAGE018
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的相对于不偏心时的最大位移变化量；
Figure 617155DEST_PATH_IMAGE020
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的y方向的相对于不偏心时的最小位移变化量；
Figure 498523DEST_PATH_IMAGE028
是上剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量；
Figure 260943DEST_PATH_IMAGE022
是上剪刃D点在不同偏心距下求得的y方向的相对于不偏心时的最大位移变化量。
本发明提供的是一种热轧飞剪机剪刃调隙偏心轴的设计及其实现方法，其设计计算流程如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤1：输入飞剪机上剪刃组成的各零件的相关参数：连杆OA的长度，连杆BC及CD的长度，曲柄OC的长度、夹角
Figure 442525DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 366619DEST_PATH_IMAGE004
。这些具体输入参数均是通过对飞剪机实体零件按机械原理示意图图1简化后得到，具有实体针对性。
步骤2：给定初始的给定初始正偏心距值 k（初始偏心距一般取较小值，方便后续正向的修正迭代），计算得到摇杆AB的长度。以曲柄的转角为0o时作为计算的起点，以很小的角度增量（如果过大则在后续的求解中可能无法满足式（6）收敛条件）作为循环迭代的步长，按照前述的飞剪机剪刃空间轨迹的求解方程进行求解，并将结果加以保存。将保存的结果存于指定的文件中表明不同的偏心对应的值。
步骤3：给定一定的偏心距循环步长，按步骤（2）依次分别计算各个偏心距时剪刃空间轨迹，当AB的长度达到按给定偏心距计算的最大值时就退出当前计算。计算退出时记录各偏心距对应的相对于不偏心时剪刃在x,y方向的Δx(j)和Δy(j)。分别求解出式（6）中对应的参数
Figure 735283DEST_PATH_IMAGE016
、、
Figure 337483DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 432478DEST_PATH_IMAGE022
。
步骤4：给定剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量
Figure 819597DEST_PATH_IMAGE028
和允许x方向的最大补偿量
Figure 923819DEST_PATH_IMAGE026
。将步骤3中计算得到的结果按式（6）进行迭代判断。当式（6）中所有判断不等式全部满足则退出循环迭代求解过程，否则对初始正偏心距进行修正，即给定一个正偏心距值的增量步长，按步骤2和3再次进行重复计算，直至式（6）中所有判断不等式全部满足即可。记录此时迭代得到的正偏心距值，即可完成调隙偏心轴的偏心距的设计求解。
3.飞剪机剪刃调隙偏心轴及其相关零件的装配设计：
在机加工过程中，保证中心线aa 和中心线bb之间的距离为“飞剪机剪刃调隙偏心轴的偏心距的设计求解”所述方法计算得到的设计偏心距。
飞剪机剪刃调隙偏心轴及其相关零件的装配设计如图2和图3所示。在调节圆盘3上均匀开孔（此孔可以开成均匀分布的圆孔，也可以开成一段圆弧段的长孔以方便一段距离的无级调速），中部开有一个两端呈弧形两侧为直线的圆弧形长孔，其主要作用是防止偏心轴8在该孔中发生旋转。偏心轴8分成四节加工，前端加工成与调节圆盘3中部长孔相似的形状，用于两者之间的孔配合。紧挨着前端的中部第一节加工成圆形，与中部第二者形成轴肩形式，一方面可以挡住轴承6，另一方面可以挡住调节圆盘3，从而方便使螺栓组件1穿过调节圆盘3相应的孔然后与左侧连接支架4紧密相连，偏心轴8中部第一节的圆形可穿过左侧连接支架4相应的孔中形成孔配合，并保证偏心轴8能在左侧连接支架4的孔中正常旋转。通过螺栓组件1就可将调节圆盘3、偏心轴8和左侧连接支架4紧密连接在一起。偏心轴8中部第二节的中心轴线bb与偏心轴8两端的中心轴线aa相距为前述“飞剪机剪刃调隙偏心轴的偏心距的设计求解”所述方法计算得到的设计偏心距值。连杆5与偏心轴8连接处开有一个阶梯孔，通过第一轴承2和第二轴承6，连杆5与偏心轴8形成配合，并能保证偏心轴8能在连杆5相应的连接孔中正常旋转。偏心轴8的末端加工成圆形，其中心轴线与偏心轴8的前端相同，并与右连接支架10相应的开孔形成孔配合，保证偏心轴8末端能在该孔中正常旋转。由于中心轴线与偏心轴8的前端相同，可以保证偏心轴8以轴线aa进行旋转。为保证安装精度与便于调整安装，在右侧连接支架10和连杆5的间隙中安装有轴向固定的隔环7，使第一轴承2和第二轴承6的轴向可以固定，不致发生轴向窜动。右端连接支架10开有一孔，该孔直径大于第二轴承6的外径，方便第二轴承6从孔中穿入，端盖9通过螺栓组件1固定在右端连接支架10的外侧板上。
下面结合某一具体工程实例参数对本发明作进一步地详细说明：
某一工程各相应参数，按图1所示各字母来表示，如表1所示。
按表1所列的计算参数，分别简化得到图1中各连杆长度及相应的角度值。建立相应的坐标系mon和xoy。以曲柄的转角为0o时作为计算的起点，以0.01o的角度增量作为循环迭代的步长，给定初始偏心距为2mm，则摇杆AB的长度范围为386.33mm-390.33mm。在摇杆AB的长度范围内取AB增量的步长为0.1mm，分别按公式（1）和公式（2）进行剪刃空间轨迹方程的求解，将结果存于一指定的数组中。图5为偏心距为0mm时上剪刃的D点的空间轨迹曲线。
按公式（4）和公式（5）找出偏心距为0时求得的x方向的位移
Figure 59090DEST_PATH_IMAGE082
和y方向的位移
Figure 856144DEST_PATH_IMAGE086
及偏心距的个数
Figure 464980DEST_PATH_IMAGE062
，然后按照公式（3）计算出不同偏心距下求得的x方向的位移与偏心距为0时x方向的位移的差值；将结果保存为一指定的
Figure 107314DEST_PATH_IMAGE062
行3列的数组，偏心距存于数组的第1列，各偏心距下x方向的调隙量存于数组的第2列，各偏心距下y方向的调隙量存于数组的第3列。取出其中的几组结果数据，画出相应的曲线图，如图6和图7所示。
按“飞剪机剪刃调隙偏心轴的偏心距的设计求解”方法中的步骤4进行。输入给定的剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量
Figure 586837DEST_PATH_IMAGE028
和允许x方向的最大补偿量。将前述计算得到的结果按公式（6）进行迭代判断。当公式（6）中所有判断不等式全部满足则退出循环迭代求解过程，否则对初始正偏心距进行修正，本计算中给定正偏心距值的增量步长为0.1mm，然后按“飞剪机剪刃调隙偏心轴的偏心距的设计求解”方法中的步骤2和步骤3再次进行重复计算，直至公式（6）中所有判断不等式全部满足为止。记录此时迭代得到的正偏心距值，即可完成调隙偏心轴8的偏心距的设计求解。
设计计算得到的满足设计调隙要求的偏心轴8偏心距为：17.6mm。当然，随着给定的正偏心距值的增量步长的不同，计算得到的偏心距的具体数值会有所轻微的不同，但都在上述给定的序列值的附近，不会偏离较远。因此，这种设计计算得到的偏心距的值完合可以作为热轧飞剪机剪刃调隙设计的重要参考，具有良好的可操作性及程序化性。它脱离了三维参数化软件操作环境，降低了工程设计人员的劳动强度，具有良好的应用前景及工程应用的实用性。
结合飞剪机上剪刃运动机械原图图1可知：中心轴线bb与aa之间的偏心距可以调节摇杆AB长度。当安装飞剪本体时，先将第一轴承2压入连杆5左侧的阶梯孔中，然后将连杆5及第一轴承2旋转至与左侧连接支架4和右侧连接支架10中心孔同心的位置，将偏心轴8从左侧连接支架4的中心孔中穿入，直至偏心轴8的第二节轴体与第三节轴体的轴肩抵住第一轴承2为止，此时偏心轴8的轴向定位完成。将第二轴承6从右侧连接支架10中心孔中穿入，沿偏心轴8相应的轴线向左移动，并最终停靠在连杆5右侧的阶梯孔中。当第二轴承6装入后，将隔环7从右侧连接支架10中心孔中穿入，沿偏心轴8相应的轴线向左移动，直至其左侧抵住第二轴承6的右下侧为止，然后将端盖9穿过右侧连接支架10中心孔中使其左侧抵住隔环7的最右侧，端盖9通过右侧的螺栓组件1固定在右端连接支架10的外侧板上。将调节圆盘3套入偏心轴8的左端，直至到达第一节轴体与第二节轴体之间的轴肩处。采用专用工具夹住偏心轴8左端的平面处转动偏心轴至一定的位置，将左侧螺栓组件1穿设过调节圆盘3相应的孔中，并与左侧连接支架4相连，从而固定了偏心轴8。
转动飞剪机的曲柄连杆机构，测量飞剪机剪刃的侧隙，当侧隙未达到高计要求时，将左侧螺栓组件1松开，再次转动偏心轴8至某一位置，然后进行同样的操作，直至剪刃侧隙达到设计要求为止，最后将螺栓拧紧，即可完成飞剪机剪刃的调隙工作。当然，从理论上来说，根据本发明所提供的方法可以很精确地实现剪刃的调隙功能，然而在实际的生产过程及设计制造过程中，由于调节圆盘3上的圆周开孔数量及尺寸并不能实现整个圆周内的无级调节（一段圆弧长孔仅能实现一段圆弧内的无级调速），故而在设计中要充分地结合理论计算与实际所需调隙值来进行调节圆盘3上的圆周开孔数量及尺寸的设计，以期使偏心轴的调隙功能达到最优。如果要实现无级调节，需要再设计一套无级调节的装置，即可完全实现剪刃的无级调隙，当然成本也会相应有所增加，且设备也相对较为复杂。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。
附表
表1                         计算参数
名   称 数   值 名     称 数   值
OA 1194.251mm Φ5 33.0264o
AB 388.33mm Φ3 115.3472o
BC 1192.602mm Φ 0o~360o
OC 240mm x方向设计允许调隙量 4mm
CD 660mm y方向设计允许调隙量 2mm

Claims (6)

1.一种热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备方法，其特征是包括偏心轴和与之配套的调节圆盘、连杆、连接支架及端盖的加工，具体是： 
（1）调节圆盘的加工：
在调节圆盘的盘体周围处均匀开孔，并在盘体的中部开有一个两端呈弧形两侧为直线的圆弧形长孔；
（2）偏心轴的加工：
偏心轴分成四节加工，自左向右依次加工，其中：第一节轴体为偏心轴的前端，其加工成与调节圆盘中部长孔相似的形状，长孔的圆周直径小于第二节轴体的外径，保证第一节轴体能顺利穿过左侧连接架，便于安装与拆卸；后三节轴体为圆柱体；四节轴体之间为轴肩形式；第二节轴体与左侧连接支架相应的孔形成间隙配合，能保证偏心轴在左侧连接支架的孔中正常旋转；偏心轴前、后两端的中心轴线即第一节轴体和第四节轴体的中心轴线相同，第三节轴体的中心轴线与偏心轴两端的中心轴线相距值为偏心轴的偏心距值；
（3）连杆的加工：
在连杆与偏心轴连接处开有一个能够安装第一轴承和第二轴承的阶梯孔；
（4）连接支架的加工：
在左侧连接支架开有一孔，该孔直径大于偏心轴第二节轴体的外径，方便该偏心轴第二节轴体从孔中穿入并形成间隙配合；在右侧连接支架开有一孔，该孔直径大于端盖的外径；
（5）端盖的加工：
右侧的端盖中部开有一圆形孔，圆形孔的直径大于偏心轴第四节轴体的外径，确保偏心轴第四节轴体能顺利穿过端盖中部；端盖的外径小于右侧支架相应位置的开孔直径，但大于第二轴承的外径，方便第二轴承的安装与拆卸；
（6）组装：
通过螺栓组件将调节圆盘、左侧连接支架与偏心轴的前端连接在一起；偏心轴的第二节轴体与左侧连接支架的开孔形成孔配合，该孔间隙保证偏心轴能在该孔中正常旋转；偏心轴的第三节轴体由连杆的阶梯孔中的两个轴承支撑；通过螺栓组件将端盖、右侧连接支架与偏心轴的后端连接在一起；在右侧连接支架和连杆的间隙中安装有轴向固定的隔环，使两轴承的轴向固定；
经过上述步骤，实现热轧型钢飞剪机剪刃调隙偏心轴的制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述调节圆盘上的均匀开孔，此孔为圆孔，或开成一段圆弧段的长孔以方便一段距离的无级调速。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是采用包括以下步骤的方法来设计偏心轴第三节轴体的中心轴线与偏心轴两端的中心轴线相距值；
步骤1：输入飞剪机上剪刃组成的各零件的相关参数
先将飞剪机上剪刃实体零件按机械原理简化为由连杆OC、摇杆AB及连杆BCD组成的结构，然后将相关参数输入，该参数包括：连杆OA、BC及CD的长度，曲柄OC的长度，连杆OA与X轴夹角                                                
Figure 2011102997213100001DEST_PATH_IMAGE001
，连杆OA与X轴夹角
Figure 496049DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤2：计算给定初始正偏心距时剪刃的轨迹
当初始正偏心距给定时，摇杆AB的长度l即确定，
以OA为坐标系mon的横坐标轴，以水平方向为坐标系xoy的横坐标轴，建立剪刃轨迹相关坐标系mon和坐标系xoy，通过坐标转换，得到以下公式：
Figure 2011102997213100001DEST_PATH_IMAGE003
                      （1）
式中：是D点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 2011102997213100001DEST_PATH_IMAGE005
是D点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 883485DEST_PATH_IMAGE006
是D点在坐标系xoy中的横坐标值；是D点在坐标系xoy中的纵坐标值，
通过数值描述和编制循环迭代程序，计算得到上剪刃D点的空间运动轨迹曲线；
步骤3：根据迭代判断条件反求出剪刃侧隙最大调节设计要求时的偏心距
给定偏心距循环步长，按步骤2依次分别计算各个偏心距时上剪刃空间轨迹，当摇杆AB的长度达到按给定偏心距计算的最大值时就退出当前计算；计算退出时记录各偏心距对应的相对于不偏心时上剪刃在x,y方向的Δx(j)和Δy(j)；然后分别求解下面公式中对应的参数
Figure 218651DEST_PATH_IMAGE008
、、
Figure 416415DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 2011102997213100001DEST_PATH_IMAGE011
，该公式为判断设计的偏心距必须达到调隙要求的收敛条件，
Figure 964071DEST_PATH_IMAGE012
                           （2）
式中：
Figure 462048DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 233695DEST_PATH_IMAGE009
分别是上剪刃D点在不同偏心距下求得的x方向的相对于不偏心时的最小、最大位移变化量；
Figure 2011102997213100001DEST_PATH_IMAGE013
是上剪刃D点设计允许x方向的最大补偿量；
Figure 653175DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 535680DEST_PATH_IMAGE011
分别是上剪刃D点在不同偏心距下求得的y方向的相对于不偏心时的最小、最大位移变化量；
Figure 888164DEST_PATH_IMAGE014
是上剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量；
然后分别给定上剪刃D点设计允许y方向的最大补偿量
Figure 299554DEST_PATH_IMAGE014
和允许x方向的最大补偿量
Figure 737489DEST_PATH_IMAGE013
，将前述计算得到的结果按公式（2）进行迭代判断；当公式（2）中所有判断不等式全部满足则退出循环迭代求解过程，否则对初始正偏心距进行修正，即给定一个正偏心距值的增量步长，按步骤2和3再次进行重复计算，直至公式（2）中所有判断不等式全部满足；记录此时迭代得到的正偏心距值，其为热轧型钢飞剪机剪刃的调隙偏心距。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是步骤2所述公式（1）由下述中间公式（3）推导出：
 
Figure DEST_PATH_IMAGE015
                    （3） 
式中：
Figure 158106DEST_PATH_IMAGE016
是C点在坐标系mon中的纵坐标值；OC是连杆OC的长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
是曲柄OC在坐标系mon转过的角度；是C点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是B点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 180343DEST_PATH_IMAGE020
是B点在坐标系mon中的横坐标值；OA是连杆OA的长度；AB是摇杆AB的长度；CD是连杆CD的长度；是摇杆AB和AC的夹角；
Figure 105574DEST_PATH_IMAGE022
是连杆AC和机架AO的夹角；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
是连杆BC与om之间的夹角；
Figure 798723DEST_PATH_IMAGE001
是连杆BC与CD之间的夹角；AC是A点与C点连线之间的长度；BC是连杆BC的长度；
Figure 860220DEST_PATH_IMAGE004
是D点在坐标系mon中的纵坐标值；
Figure 144571DEST_PATH_IMAGE005
是D点在坐标系mon中的横坐标值；
Figure 557098DEST_PATH_IMAGE006
是D点在坐标系xoy中的纵坐标值；是D点在坐标系xoy中的横坐标值。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是在计算步骤1所述摇杆AB的长度时，先给定较小的初始的正偏心距值k，方便后续正向的修正迭代，其中k≤
Figure 235521DEST_PATH_IMAGE024
或k≤ 
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是所述步骤3中，在偏心距为0所对应
Figure 425194DEST_PATH_IMAGE026
中的
Figure DEST_PATH_IMAGE027
值，或偏心距为0所对应
Figure 793858DEST_PATH_IMAGE028
中的
Figure 359969DEST_PATH_IMAGE027
值时，分别按照下述公式（4）和（5）得到上剪刃D点在不同偏心距下求得的，然后再求得x方向的位移和y方向的位移：
                            （4）
Figure 130479DEST_PATH_IMAGE030
                              （5）
上述两式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为按一定的间隔排列的偏心距个数；
Figure 491053DEST_PATH_IMAGE032
为最大偏心距；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为最小偏心距；
Figure 347013DEST_PATH_IMAGE034
为偏心距等差排列的等差增量；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为偏心距为0所对应
Figure 185656DEST_PATH_IMAGE026
中的值；
Figure 873307DEST_PATH_IMAGE036
为
Figure DEST_PATH_IMAGE037
的值向正无究大方向取整的算法函数。
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