CN103722234A - 一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构及调整方法 - Google Patents

Abstract

一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构及调整方法，重叠量调整机构采用偏心套结构形式，其中上偏心套和下偏心套分别装配在机架上、下孔中，上偏心齿轮和下偏心齿轮分别安装在上偏心套和下偏心套外圆柱面的中间位置并且相互啮合，与齿轮马达连接的传动小齿轮与上偏心齿轮啮合，实现上下刀盘重叠量的调整；在上偏心套上安装了一个与刀轴同轴的偏心盘，检测重叠量的直线传感器的探针或者测量头直接压在偏心盘的最顶端，偏心盘的偏心量与上偏心套的偏心量一致且装配方向一致；调整方法建立了上刀盘前置圆盘剪的重叠量调整模型，可以根据位移传感器检测值的变化，精确的计算出上、下刀盘的实时重叠量，实现了圆盘剪重叠量的精确调整控制。

Description

一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构及调整方法

技术领域

本发明属于冶金行业的圆盘剪领域，特别涉及一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构及调整方法。

背景技术

圆盘剪是板带剪切线中的关键设备，用来剪切带钢边部。冷轧圆盘剪的上下刀轴布置在一个垂直于机组作业线的空间平面上，而对于热轧钢板的剪切，由于钢板比较厚，一般在2.0～25.4mm以上，为保证剪切废边顺利导向废边处理装置，如废边卷取机或者碎边剪等，必需将圆盘剪的传统刀轴布置方式进行改进：上、下刀轴错位布置于机架垂直中心线，即上刀轴向带材前进方向前置。

专利号为“200710018960.0”，发明名称是“一种圆盘剪刀盘重叠量的调整控制方法”，公开了一种利用偏心套实现刀盘重叠量的调整控制方法。该方法分析了上下刀盘位于同一垂直中心线上的刀盘重叠量控制数学模型，该数学模型并不适用于上刀盘前置时。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构及调整方法，上刀轴前置调整机构具有结构简单、操作方便特点，运用调整方法中的数学控制模型，结合调整机构的大减速比与直接检测方式，附之以闭环控制就可以实现重叠量调整的自动控制。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构，重叠量调整机构采用偏心套结构形式，其中上偏心套1和下偏心套4分别装配在机架上、下孔中，上偏心齿轮6和下偏心齿轮5分别安装在上偏心套1和下偏心套4外圆柱面的中间位置并且相互啮合，与齿轮马达8连接的传动小齿轮7与上偏心齿轮6啮合，齿轮马达8的动力通过传动小齿轮7驱动上偏心齿轮6和下偏心齿轮5做啮合运动，从而带动上偏心套1和下偏心套4以外圆几何轴心线的旋转运动，最后形成安装在上偏心套1和下偏心套4的偏心孔中刀轴绕偏心轴线的旋转运动，导致上、下刀轴发生上下相对或相向运动，实现上下刀盘重叠量的调整；

在上偏心套1上安装一个与刀轴同轴的偏心盘9，检测重叠量的直线传感器10的探针或者测量头直接压在偏心盘9的最顶端，当上偏心套1旋转时，相应与其连接在一起的偏心盘9位置发生改变，此时剪刃直径或者上下剪刃的重叠量发生了改变，而直线传感器10的信号也相应的发生了改变，偏心盘9的偏心量与上偏心套1的偏心量一致且装配方向一致。

所述的传动小齿轮7上安装有绝对值编码器，采用绝对值编码器检测传动小齿轮7轴旋转角度进行重叠量的调整检测。

所述的重叠量调整机构的调整方法是找出重叠量变化的数学模型，定义调整重叠量的工作范围是位于板带前进的出口方向，数学模型是： $\mathrm{\δ}=\mathrm{\φ}-H-2R\cos [\arccos (\cos \mathrm{\θ}-\frac{h}{R})-\mathrm{\θ}]$

式中：φ——刀盘直径，

H—上、下机架孔的中心距离，即上、下偏心套外圆中心

距离，

R—偏心套的偏心值，

θ—上刀盘前置角，为圆盘剪固有特性，

h—直线传感器检测值的变化量。

本发明建立了上刀盘前置圆盘剪的重叠量调整模型，可以根据位移传感器检测值的变化，精确的计算出上、下刀盘的实时重叠量，将专利号为“200710018960.0”中介绍的圆盘剪刀片重叠量的调整控制方法拓展到上刀盘前置圆盘剪中，实现了圆盘剪重叠量的精确调整控制。

附图说明

图1是重叠量调整原理示意图。

图2是上、下刀轴空间布置示意图。

图3是起点为偏心套外圆中心连线，偏心套向圆盘剪出口方向旋转图。

图4是起点为偏心套外圆中心连线，偏心套向圆盘剪入口方向旋转图。

图5是起点为任意位置，偏心套向圆盘剪出口方向旋转图。

图6是重叠量调整时上下刀轴位置变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构，包括上偏心套1、下偏心套4、下偏心齿轮5、上偏心齿轮6、传动小齿轮7、齿轮马达8、偏心盘9、检测直线传感器10，其中上偏心套1和下偏心套4分别装配在机架上、下孔中，上偏心齿轮6和下偏心齿轮5分别安装在上偏心套1和下偏心套4外圆柱面的中间位置并且相互啮合，与齿轮马达8连接的传动小齿轮7与上偏心齿轮6啮合，齿轮马达8的动力通过传动小齿轮7驱动上偏心齿轮6和下偏心齿轮5做啮合运动，从而带动上偏心套1和下偏心套4以外圆几何轴心线的旋转运动，最后形成安装在上偏心套1和下偏心套4的偏心孔中刀轴绕偏心轴线的旋转运动，导致上、下刀轴发生上下相对或相向运动，实现上下刀盘重叠量的调整。

为了实现自动检测与调整重叠量的目的，在上偏心套1上安装了一个与刀轴同轴的偏心盘9，检测重叠量的直线传感器10的探针或者测量头直接压在偏心盘9的最顶端，当上偏心套1旋转时，相应与其连接在一起的偏心盘9位置发生改变，可认为此时剪刃直径或者上下剪刃的重叠量发生了改变，而直线传感器10的信号也相应的发生了改变。通过数学模型的计算就可以得到重叠量的实际值。

如图1所示，所述的偏心盘9的偏心量与上偏心套1的偏心量一致且装配方向一致。

所述的传动小齿轮7上安装有绝对值编码器，采用绝对值编码器检测传动小齿轮7轴旋转角度进行重叠量的调整检测。

如图2所示，对于热轧钢板的剪切，由于钢板比较厚，一般在2.0～25.4mm以上，为保证剪切废边顺利导向废边处理装置，如废边卷取机或者碎边剪等，必需将圆盘剪的传统刀轴布置方式进行改进：上、下刀轴错位布置于机架垂直中心线，即上刀轴2向带材前进方向错开下刀轴3前置布置。

下面给出上刀轴前置量，即机架孔与机架中心线的夹角，与所剪板带厚度之间的关系式：

θ=5.5°～6.5°，剪切板厚为6.0～25.4mm；

θ=4.4°～5.4°，剪切板厚为4.0～12.7mm；

θ=1.0°～2.0°，剪切板厚为1.0～5.0mm；

一般来说，上式中被剪材料抗拉强度越高，则夹角θ越大；处理废边的方式采用废边卷取机则夹角θ取小值，采用碎边剪则夹角θ取大值。

直线传感器10检测到的是上刀轴2在机架垂直方向的位置变化，而重叠量是上下刀盘倾斜状态下的重叠量，见图6中的△值，根据重叠量调整机构原理，下面进行重叠量调整数学模型的推导。定义调整重叠量的工作范围是位于板带前进的出口方向，这样切点位置虽然略低于作业线，但对于剪切应用是没有影响的。

所述的重叠量调整机构的调整方法是找出重叠量变化的数学模型，定义调整重叠量的工作范围是位于板带前进的出口方向，对于调整数学模型的推导如下：

如图4所示，偏心套旋转时，上刀轴中心绕偏心套外圆中心由A旋转到B，位移传感器检测上刀轴高度方向的变化量，即图中h，而上刀盘重叠量的变化量为△_上变。

△_上变=R(1-cosα)     （1）

如图3、4中：

l²=2R²(1-cosα)     （2）

β=γ+θ

$\begin{array}{c}h=l\sin \mathrm{\β}=R\sqrt{2(1-\cos \mathrm{\α})}\×\sin (\mathrm{\γ}+\mathrm{\θ})=2R\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}\sin (\frac{\mathrm{\α}}{2}+\mathrm{\θ})\\ =2R({\sin }^2\frac{\mathrm{\α}}{2}\cos \mathrm{\θ}+\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}\cos \frac{\mathrm{\α}}{2}\sin \mathrm{\θ})=2R(\frac{1-\cos \mathrm{\α}}{2}\cos \mathrm{\θ}+\frac{\sin \mathrm{\α}}{2}\sin \mathrm{\θ})\\ =R(\cos \mathrm{\θ}-\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\α}+\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\α})=R\cos \mathrm{\θ}-R\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})\end{array}---\left(4\right)$

那么， $\mathrm{\α}=\arccos (\cos \mathrm{\θ}-\frac{h}{R})-\mathrm{\θ}---\left(5\right)$

式中：θ—上刀盘前置角，为圆盘剪固有参数。

将式（5）代入式（1），得到：

如图4所示，偏心套旋转时，上刀轴中心绕偏心套外圆中心由A旋转到B，直线传感器检测检测到上刀轴高度方向的变化量为h，而上刀盘重叠量的变化量用符号△_上变标记，那么：

△_上变=R(1-cosα)     （7）

因为角度之间存在如下关系式：

β=γ-θ     （8）

重复上述推导过程，上刀盘重叠量的变化量△_上变式（6）可表达为：

定义调整重叠量的工作范围是位于板带前进的出口方向，即偏心套的相位角（即刀轴的调整范围）位于机架的出口方向，即图3所示的情况。对于图4所示的情况，虽然从设计及制造角度不会存在问题，但考虑到设计与使用的一致性，不至于出现定义上的混乱，一般不考虑此种情况，而且这种情况下的数学模型与我们所推导定义情况下的数学模型是一致的。

通常情况下，重叠量不论增大或者减小，其起始点并不在机架孔中心连线上，即偏心套旋转时处于一随机位置，其上、下偏心套外圆轴线与偏心孔轴线所构成的空间平面与机架上、下孔轴线所构成的空间平面有一夹角。如图5所示，起点为B，终点为C，在机架中心孔连线方向上的实际变化量仍为上式（9）。

根据h=h₀+h₁，其中h₀已知，h₁为传感器检测的变化量，那么，

△_上变=△_上变0+△_上变1     （10）

而△_上变0为已知，所以求得斜线方向的变化量：

△_上变1=△_上变-△_上变0     （11）

实际重叠量的变化量则是上、下刀盘的变化量之和，下面根据上刀盘的变化量△_上变求出上、下刀盘的变化量之和。

如图6所示，图中BC//AD，BM为B点到AD的垂线，CN为C点到AD的垂线，因此：

BM=CN     （12）

又由于α₁为上偏心套旋转的角度，α₂为下偏心套旋转的角度，因此：

α₁=α₂     （13）

所以那么AM=DN，即上刀盘重叠量的变化量与下刀盘的变化量相等。即重叠量的变化量为：

刀盘的实际重叠量为：

本发明解决了国内自主设计制造中厚板切边圆盘剪中采用合理先进的重叠量调整机构，具有结构简单、性能稳定的特点，应用本发明提出的重叠量调整数学模型，结合直线传感器检测等手段，可以实现重叠量自动调整。

Claims (3)

1.一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构，其特征在于：重叠量调整机构采用偏心套结构形式，其中上偏心套（1）和下偏心套（4）分别装配在机架上、下孔中，上偏心齿轮（6）和下偏心齿轮（5）分别安装在上偏心套（1）和下偏心套（4）外圆柱面的中间位置并且相互啮合，与齿轮马达（8）连接的传动小齿轮（7）与上偏心齿轮（6）啮合，齿轮马达（8）的动力通过传动小齿轮（7）驱动上偏心齿轮（6）和下偏心齿轮（5）做啮合运动，从而带动上偏心套（1）和下偏心套（4）以外圆几何轴心线的旋转运动，最后形成安装在上偏心套（1）和下偏心套（4）的偏心孔中刀轴绕偏心轴线的旋转运动，导致上、下刀轴发生上下相对或相向运动，实现上下刀盘重叠量的调整；

在上偏心套（1）上安装一个与刀轴同轴的偏心盘（9），检测重叠量的直线传感器（10）的探针或者测量头直接压在偏心盘（9）的最顶端，当上偏心套（1）旋转时，相应与其连接在一起的偏心盘（9）位置发生改变，此时剪刃直径或者上下剪刃的重叠量发生了改变，而直线传感器（10）的信号也相应的发生了改变，偏心盘（9）的偏心量与上偏心套（1）的偏心量一致且装配方向一致。

2.根据权利要求1所述的一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构，其特征在于：所述的传动小齿轮（7）上安装有绝对值编码器，采用绝对值编码器检测传动小齿轮（7）轴旋转角度进行重叠量的调整检测。

3.根据权利要求1所述的一种上刀轴前置圆盘剪的重叠量调整机构，其特征在于：所述的重叠量调整机构的调整方法是找出重叠量变化的数学模型，定义调整重叠量的工作范围是位于板带前进的出口方向，数学模型是： $\mathrm{\δ}=\mathrm{\φ}-H-2R\cos [\arccos (\cos \mathrm{\θ}-\frac{h}{R})-\mathrm{\θ}]$

式中：φ——刀盘直径，

H—上、下机架孔的中心距离，即上、下偏心套外圆中心距离，

R—偏心套的偏心值，

θ—上刀盘前置角，为圆盘剪固有特性，

h—直线传感器检测值的变化量。

Images