CN106055796A - 基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法 - Google Patents

Abstract

基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，首先根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；然后设定飞剪剪切速度v_s等于最大剪切速度v_max，根据生产工艺要求，给定最小剪切目标定尺长度L_min；随后初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0；随后判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s是否满足v_con≥v_s，若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；最后得到飞剪加速度值a，计算飞剪传动速比i及传动功率P；本发明提供的计算方法，避免了基于启停工作制计算方法带来的弊端，充分考虑了最小目标定尺长度，完全满足生产工艺要求。

Description

基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法

技术领域

本发明属于带钢精整处理领域，涉及一种基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法。

背景技术

经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整机组主要进行重卷、纵切、横切、表面检查等工序。

现代化冷连轧机组不断向高速、自动化方向发展，且运行速度越来越高，对精整设备提出运行速度更快、精度更高、质量更好的要求。飞剪作为横切机组的重要设备对于机组的速度、精度和质量都起着关键的作用，滚筒飞剪正是在这种形势下研制开发的。之所以称为滚筒飞剪，是因为飞剪的剪刃安装在滚筒状剪轴的螺旋形的槽中，随着剪轴的转动两个剪刃像齿轮啮合一样将带材剪断。

滚筒飞剪的传动设计参数包含传动功率P，单位：KW，速比i。其常规计算方法按照启停工作制计算传动功率P、速比i。没有考虑连续工作制时，用户要求的最小目标定尺长度对传动设计参数的影响，从而造成最小剪切目标定尺长度剪切无法实现。

本发明深入研究了滚筒飞剪连续定尺剪切原理，建立了剪切目标定尺长度计算模型，形成比较完善的基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，使得设计时可以根据该方法计算传动设计参数，保证用户要求的最小剪切目标定尺长度剪切顺利实现，应用于带钢精整处理，效果明显。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，包括以下步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；

步骤二、设定飞剪剪切速度v_s等于最大剪切速度v_max，根据生产工艺要求，给定最小剪切目标定尺长度L_min；

步骤三、初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0；

步骤四、判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤五；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤五、得到飞剪加速度值a，计算飞剪传动速比i及传动功率P。

步骤三中所述的初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0，按下式确定：

$a_{max0}=\frac{v_{max}}{T_d}---\left(14\right)$

式中，v_max为最大剪切速度，T_d为制动时间。

步骤五所述的飞剪传动速比i及传动功率P，按照下式计算：

$i=\frac{N\mathrm{\π}D}{v_{con}}---\left(24\right)$

式中：N——传动电机额定转速，r/min；

D——滚筒直径，mm；

v_con——飞剪匀速运行速度。

$P=\frac{{\mathrm{GD}}^{2}aNi}{19100D}---\left(25\right)$

式中：GD²——飞剪换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²；

a——飞剪加速度，m/s²；

N——传动电机额定转速，r/min；

i——飞剪传动速比。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明提供的计算方法，充分考虑了最小剪切目标定尺长度对传动设计参数的影响，避免了基于启停工作制计算方法带来的弊端，从而顺利实现最小目标定尺长度剪切，完全满足生产工艺要求。

附图说明

图1是基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算流程图。

图2是飞剪滚筒结构图。

图3是飞剪剪切示意图。

图4是最小剪切目标定尺剪切速度变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明提出的一种基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max，最大剪切速度v_max；

步骤二、设定飞剪剪切速度v_s等于最大剪切速度v_max，根据生产工艺要求，给定最小剪切目标定尺长度L_min；

步骤三、初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0；

基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0计算方法叙述如下：

如图2所示，双剪刃滚筒飞剪在滚筒上对称安装了两把剪刃，沿滚筒轴线呈螺旋状布置，螺旋升角为3°，滚筒旋转一周，剪切两次，剪刃零位为两剪刃位于水平位置。

如图3所示，剪切时，剪刃从零位开始旋转，转过角度α₀接触带材表面，继续转过角度γ，完全剪断带材。则，角度α₀为上、下剪刃接触带材表面的加速角，单位：度，角度γ为切入角，单位：度。Δ为上下剪刃重叠量，单位：mm。切入角γ计算如下：

$\mathrm{\γ}=acos\left(\frac{D/2-h_{max}+0.5(h_{max}-\mathrm{\Δ})}{D/2}\right)---\left(1\right)$

式中，D——滚筒直径，mm；

h_max——带钢最大厚度，mm。

加速角α₀计算如下：

α₀＝90°-γ (2)

上式为剪切带材宽度等于剪刃长度时的加速角，考虑最宽带材比剪刃长度小，剪切最宽带材时，剪刃接触带材的加速角α变为：

式中，L——剪刃长度，mm；

B_max——带钢最大宽度，mm。

按照最大剪切速度核算加速时间T_a，单位：s。按下式计算：

$T_a=\frac{60D\mathrm{\π}\mathrm{\α}}{1000*180v_{max}}---\left(4\right)$

式中，v_max——最大剪切速度，m/min。

下面计算加速力矩M_a，单位：kgm，按下式计算：

$M_a=\frac{{\mathrm{GD}}^{2}N}{375T_a}---\left(5\right)$

式中：GD²——飞剪换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²；

N——传动电机额定转速，r/min。

则飞剪加速功率P_a，单位：KW，计算如下：

$P_a=\frac{9.8M_{a}N}{9550}---\left(6\right)$

剪切最宽带材时，剪切角为β，单位：度。计算如下：

剪切制动角为单位：度。计算如下：

按照最大剪切速度核算制动时间T_d，单位：s。计算如下：

制动力矩M_d，单位：kgm，计算如下：

$M_d=\frac{{\mathrm{GD}}^{2}N}{375T_d}---\left(10\right)$

式中：GD²——滚筒换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²；

N——传动电机额定转速，r/min。

制动功率P_d，单位：KW，计算如下：

$P_d=\frac{9.8M_{d}N}{9550}---\left(11\right)$

飞剪传动功率P取加速功率P_a与制动功率P_d较大者：

P＝max{P_a,P_d} (12)

飞剪传动速比为：

$i=\frac{N\mathrm{\π}D}{v_{\max }}---\left(13\right)$

基于启停工作制设计的飞剪最大加速度为：

$a_{max0}=\frac{v_{max}}{T_d}---\left(14\right)$

步骤四、判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤五；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

飞剪匀速运行速度v_con计算如下：

为了得到最小剪切目标定尺长度，第一刀剪切后，滚筒必须先升速，保持匀速，再减速到剪切速度，进行第二刀剪切。

即：第一刀剪切完成后，滚筒转动线速度从剪切速度v_s升速到匀速运行速度v_con，升速时间为T₁；保持匀速运行时间T₂，线速度再从v_con降速到v_s，降速时间为T₁，加速度为a，单位：m/s²，然后进行第二刀剪切，完成定尺剪切，如图4所示。

则有下列算式成立：

$T_1=\frac{v_{con}-v_s}{a}---\left(15\right)$

T_ζ＝2T₁+T₂ (16)

ψ＝(v_con+v_s)T₁+T₂v_con (17)

式中，滚筒速度可调位域ψ和滚筒速度可调时域T_ζ，按下述计算：

滚筒速度可调角域ξ为加速角α和制动角之和，单位：度

滚筒速度可调位域ψ，单位：mm，为

滚筒速度可调时域T_ζ，单位：s，为

式(15)、(16)代入式(17)得到

$\mathrm{\ψ}=(v_{con}+v_s)\frac{v_{con}-v_s}{a}+(T_{\mathrm{\ξ}}-2\frac{v_{con}-v_s}{a})v_{con}---\left(21\right)$

整理得到方程式

$v_{con}^2-(T_{\mathrm{\ξ}}a+2v_s)v_{con}+v_s^2+\mathrm{\ψ}a=0---\left(22\right)$

求解得到：

$v_{con}=\frac{T_{\mathrm{\ξ}}a+2v_s}{2}-\sqrt{{\left(\frac{T_{\mathrm{\ξ}}a+2v_s}{2}\right)}^2-(v_s^2+\mathrm{\ψ}a)}---\left(23\right)$

步骤五、得到飞剪加速度值a，计算飞剪传动速比i及传动功率P。

得到滚筒加速度a后，传动速比i及传动功率P按下式计算：

$i=\frac{N\mathrm{\π}D}{v_{con}}---\left(24\right)$

$P=\frac{{\mathrm{GD}}^{2}aNi}{19100D}---\left(25\right)$

本发明建立的基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，充分考虑了最小目标定尺长度对传动设计参数的影响，应用于滚筒飞剪参数设计，完全满足生产工艺要求。

通过采用本发明所提出的基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法对某汽车板重卷检查机组的滚筒式飞剪机传动设计参数进行计算分析。滚筒飞剪结构参数及工艺参数如下：滚筒直径D＝321.5mm，剪刃长度L＝2100mm，Δ＝1.5mm，飞剪换算到电机轴上的飞轮矩GD²＝2.17kgf·m²。剪切带钢最大宽度B_max＝2030mm，最大厚度h_max＝2.5mm。最大剪切速度v_max＝60m/min，要求最小剪切目标定尺长度为350mm。主要计算结果如下：

表1 传动设计参数计算结果比较

可见，考虑最小剪切目标定尺长度时，传动功率有较大的增大，传动速比有较大地减小。

而基于启停工作制计算得到的传动设计参数能够实现的最小剪切目标定尺长度为428mm，无法实现给定的最小剪切目标定尺长度剪切。

Claims (3)

1.一种基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据机械设备的结构尺寸及来料带材规格，输入以下参数：滚筒直径D、上下剪刃重叠量Δ、来料带钢最大厚度h_max、来料带钢最大宽度B_max和最大剪切速度v_max；

步骤二、设定飞剪剪切速度v_s等于最大剪切速度v_max，根据生产工艺要求，给定最小剪切目标定尺长度L_min；

步骤三、初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0；

步骤四、判断飞剪匀速运行速度v_con与飞剪剪切速度v_s的大小关系，若v_con≥v_s成立，执行步骤五；若不成立，则令a＝a+0.1，重复计算，直到判别条件成立；

步骤五、得到飞剪加速度值a，计算飞剪传动速比i及传动功率P。

2.根据权利要求1所述的基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，其特征在于：步骤三中所述的初步设定滚筒飞剪加速度值a等于基于启停工作制设计的飞剪最大加速度a_max0，按下式确定：

$a_{max0}=\frac{v_{max}}{T_d}---\left(14\right)$

式中，v_max为最大剪切速度，T_d为制动时间。

3.根据权利要求1所述的基于最小目标定尺长度的滚筒飞剪传动设计参数计算方法，其特征在于：步骤五所述的飞剪传动速比i及传动功率P，按照下式计算：

$i=\frac{N\mathrm{\π}D}{v_{con}}---\left(24\right)$

式中：N——传动电机额定转速，r/min；

D——滚筒直径，mm；

v_con——飞剪匀速运行速度。

$P=\frac{{\mathrm{GD}}^{2}aNi}{19100D}---\left(25\right)$

式中：GD²——飞剪换算到电机轴上的飞轮矩，kgf.m²；

a——飞剪加速度，m/s²；

N——传动电机额定转速，r/min；

i——飞剪传动速比。