Ножиці з паралельними ножами

Міністерство освіти, науки молоді та спорту Украіни

Запорізька державна інженерна академія

 

Кафедра МО

 

Проект прийнят з оцінкою
Голава комісії

 

 

 

 

Пояснювальна записка 
До курсового проекту по спец курсу на тему: 
«Ножиці з паралельними ножами» 
«МТП4.080031.000 ПЗ»

 

 

 

Виконав:         ст. гр. МБ-08-2д

Божко Є.С.

 

 

Керівник 

проекту:                         доц. Химин В.М.                   

 

 

 

Запоріжжя,

2012г.

 

 

Содержание           

 

 

Введение

1. Назначение и основные параметры
2. Конструкция ножниц
3. Методика определения усилия резания
4. Шатунно-кривошипный механизм
5. Ножницы с механическим прижимом
0. Определение максимального усилия резания
0. Кинематика ножниц
0. Определение статического момента
0. Мощность резания и выбор электродвигателя
0. Определим усилие прижима и вес контргруза системы уравновешивания
0. Расчет шатуна на прочность.

Выводы

Литература

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Для поперечной резки горячего металла  квадратного, прямоугольного и круглого сечения после прокатки его на блюмингах, слябингах, заготовочных и сортовых станах применяют ножницы с параллельными ножами. Эти ножницы применяют также и для поперечной резки холодного металла — в этом случае профиль ножа соответствует форме поперечного сечения разрезаемого металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение и основные параметры

 

В процессе резания на этих ножницах плоскость, в которой движется нож (плоскость резания), является неизменной. Температура металла, поступающего на ножницы, обычно 800—1000° С. Для углеродистых сталей с пределом прочности в холодном состоянии s_b=400-500 н/мм² (40-50 кГ/мм²) при указанных температурах предел прочности металла равен 100-50 н/мм² (10-5 кГ'/мм²); для легированных сталей с пределом прочности в холодном состоянии до 1000 н/мм² (100 кГ/мм²) при указанных температурах s_b=130-80 н/мм² (13-8 кГ/мм²).

Отсюда следует, что при  выборе типа и характеристики ножниц надо учитывать их назначение, чтобы правильно определить максимальное усилие резания.

Основными параметрами  ножниц являются: максимальное усилие резания Р, ход ножей Н, длина ножей L и число ходов (резов) в минуту (производительность ножниц).

Размеры поперечного сечения  металла, допускаемого для разрезки на ножницах данного типа, определяются максимальным усилием резания, на которое рассчитаны ножницы.

Ход ножей выбирают с  учетом возможности беспрепятственного прохода металла максимального  сечения под лапой механического (гидравлического) прижима и перекрытия ножей в конце резания (Δ=10-20 мм).

Длину ножей принимают равной:

а)  для   небольших   ножниц   [500—2000   кН   (50—200   Т)] — 3-4-кратной максимальной ширине заготовки, исходя из условия возможности резки на них заготовок более мелких сечений, уложенных в несколько рядов (пачками);

б)  для средних и крупных  ножниц [до 16 Мн (1600 Т)],  применяемых на блюмингах, 2-2,5-кратной ширине блюма максимального сечения;

в) для ножниц слябингов [до 20 Мн (2000 Т)] на 150-200 мм больше максимальной ширины слябов.

Поперечное сечение ножей обычно принимают из соотношения  , где s — высота, а δ — толщина ножа.

Форму ножей принимают в виде симметричного прямоугольника, чтобы  можно было при резании использовать все четыре угла. Угол заострения делают равным 90°. Ножи изготовляют из стали марки 6ХНМ или из углеродистой стали марки Ст. 6 с твердостью после термообработки до НБ=400 кг/см². Для увеличения срока службы ножей применяют наплавку режущих кромок твердыми сплавами (типа сормайта).

 

 

Рисунок 1. Схема резания металла  на ножницах

с параллельными ножами:

          

            1— прижим;  2 — верхний  суппорт с ножом; 

            3 — передвижной упор;4 — нижний суппорт с ножом

 

По конструкции ножницы поперечной резки с параллельными ножами можно разделить на две основные группы: а) ножницы с верхним подвижным ножом (верхним резом); б) ножницы с нижним подвижным ножом (нижним резом).

Ножницы с верхним резом отличаются простотой конструкции. Принцип работы этих ножниц состоите следующем (рис. 2, а): нижний нож установлен неподвижно в станине ножниц; верхний нож укреплен в суппорте (ползуне) и при помощи кривошипного или гидравлического привода движется вниз и разрезает металл. Следует отметить, что этим ножницам свойственны два существенных недостатка: 1) после разрезки металла на нижней грани сляба (блюма, заготовки) образуется заусенец, который мешает при дальнейшем продвижении металла по рольгангу; 2) из схемы на рис. 2, а видно, что резку металла можно осуществить лишь при наличии качающегося стола за ножницами, что усложняет конструкцию всей установки.

Ножницы с нижним резом не имеют  этих недостатков и поэтому получили более широкое применение.

Схема работы ножниц заключается в  следующем (рис. 2, б): нижний нож смонтирован  на суппорте (ползуне), который может  подниматься вверх от кривошипного или гидравлического привода; верхний нож установлен в верхнем суппорте (ползуне) и тоже может перемещаться по вертикали.

Перед началом резания ножи раскрыты и металл проходит между ними по рольгангу; нижний нож при этом находится  ниже уровня поверхности

(образующей) роликов рольганга  и не мешает движению металла. Затем металл останавливается в необходимом положении (при помощи передвижного упора) и суппорт верхнего ножа опускается до соприкосновения с металлом; дальнейшее продвижение верхнего суппорта прекращается и начинает двигаться суппорт нижнего ножа; при этом происходит резание металла.

       Ножницы с параллельными  ножами конструктивно выполняют  двух типов: с электромеханическим  и гидравлическим приводами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Схема резания металла:

           а - на ножницах с верхним резом; б - на ножницах с нижним резом;

          1 — прижим; 2 —верхний суппорт; 3 —нижний суппорт;

          4—задний подъемно-качающийся рольганг с грузовым

                 управновешиванием.

2. Конструкция ножниц

Наиболее широкое применение получили ножницы с нижним резом и электромеханическим приводом эксцентрикового вала (нижнего или верхнего суппорта).

Устройство и работу этих ножниц рассмотрим на примере анализа типовых ножниц; эти ножницы имеют нижний приводной эксцентриковый вал, гидравлическое уравновешивание ползунов и гидравлический прижим. Ножницы рассчитаны на максимальные усилия резания 12,5, 16,0 и 20,0 МН; кинематические схемы этих ножниц аналогичны. Эксцентриковый (плавающий) вал приводится  от электродвигателя.

Рассмотрим кинематическую схему  ножниц при круговом режиме резания.

1. В исходном положении гидравлические  цилиндры 5 уравновешивания верхнего 10 и нижнего 1 ползунов (суппортов с ножами) и цилиндр прижима 9 находятся под постоянным давлением жидкости (10 МПа). Нижняя плоскость лапы прижима 8 находится на одном уровне с нижней плоскостью верхнего ножа, что достигается предварительной настройкой. Эксцентриситет приводного эксцентрикового вала 2 направлен вверх, что соответствует верхней мертвой точке кривошипа. Мерная длина отрезаемого металла устанавливается при помощи передвижного упора.

 

 

 

 

 

 

Кинематическая схема  ножниц с нижним резом, гидравлическими  прижимами и уравновешиванием верхнего и нижнего ползунов:

а – шатун (разрез по приводному валу); б – исходное положение; в  – крайнее положение верхнего суппорта и прижима; г – окончание  резания

 

Плунжер 9 прижима 8 под давлением жидкости в цилиндре находится  1з  крайнем верхнем  положении.

2. Включение электродвигателя привода эксцентрикового вала 
ножниц на резание осуществляется оператором с пульта управления или автоматически от фотореле после установки передвижного упора на соответствующее расстояние от плоскости резания. 
Верхний   ползун   10 одновременно с  прижимом двигается  вниз, 
не меняя  своего  исходного взаимного положения;   нижний  ползун 1 неподвижен (так как вся система не уравновешена и опирается на нижний стул с прокладками). Шатун 3 отклоняется влево, 
заставляя ось верхнего ползуна 4 опускаться вниз. При движении вниз верхнего ползуна 10 (с прижимом) и жесткого рычага 6 
жидкость из цилиндров уравновешивания 5 верхнего ползуна 10 
вытесняется в аккумулятор (сами цилиндры неподвижны, так как 
они закреплены в станине ножниц 11 и установлены не как показано  на рисунке,  а  в  плоскости  резания,  перпендикулярной 
чертежу).

Не доходя 30—50 мм до разрезаемого металла, верхний ползун и прижим останавливаются, так как в этот момент запирается жидкость в цилиндрах уравновешивания верхнего ползуна и вытеснение ее из цилиндров прекращается (импульс на закрытие клапана в гидросистеме цилиндров уравновешивания верхнего ползуна поступает от командоаппарата на эксцентриковом валу после поворота этого вала на некоторый, заранее определяемый угол). Таким образом, перед началом резания прижим и верхний нож не упираются в металл и не давят на ролики рольганга 12, 13.

3. Вследствие запирания жидкости в гидроцилиндрах уравновешивания и остановки верхнего ползуна (с прижимом) при 
дальнейшем  вращении  эксцентрикового  вала   и  опускании   его 
кривошипной точки К вниз начнет подниматься нижний ползун. 
При этом сначала он поднимет металл (сляб) на 30—50 мм, прижмет его  к  верхнему  ползуну  и  прижиму;  затем  при движении 
вверх начнется резание нижним ножом (нижний рез); при этом 
верхний ползун будет оставаться по-прежнему неподвижным, а 
прижим под действием давления от металла и нижнего ползуна 
будет двигаться вверх,  вытесняя жидкость из своего гидроцилиндра в аккумулятор (этот цилиндр смонтирован на кронштейне 
верхнего   ползуна   шарнирно   на   цапфах,   что   не   показано   на 
рисунке; при опускании коромысла 7 цилиндр будет поворачиваться на небольшой угол в плоскости чертежа).

По окончании резания, когда кривошипная точка К эксцентрикового вала займет крайнее положение (нижняя мертвая точка при повороте на 180°), образуется перекрытие ножей, равное 15 мм, необходимое для гарантирования получения полного резания   металла  по всей  высоте сечения.

4. При дальнейшем вращении эксцентрикового вала на 180° 
вся  система   возвращается   в   исходное   положение.   Остановка

 

электродвигателя в  этом положении осуществляется вторым командоаппаратом, расположенным на свободном конце эксцентрикового вала.

Очевидно, что ход ножей  равен двойному эксцентриситету  эксцентрикового вала, т. е. 2е = 350 мм; раскрытие ножей при предусмотренном их перекрытии 15 мм равно 335 мм. Круговой режим резания, рассмотренный выше, применяют, когда толщина разрезаемого металла составляет 0,7—0,8 от раскрытия ножей.

Качательный режим применяют при резании относительно тонких слябов (125—150 мм) с целью сокращения времени цикла одного резания. Для уменьшения раскрытия (хода) ножей эксцентриковый вал предварительно поворачивают на определенный угол, и при этом верхний суппорт (с прижимом) уже опущен вниз на некоторую величину. По окончании резания эксцентриковый вал останавливается, когда нижний суппорт еще не дойдет до своего крайнего положения, и затем реверсируется в исходное положение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ножницы с параллельными  ножами и нижним резом усилием 20 МН конструкция НКМЗ для горячей резки слябов

 

На рисунке показаны ножницы с нижним резом усилием 20 МН для горячей резки слябов толщиной до 250 мм и шириной до 1800 мм.

Ножницы имеют плавающий  эксцентриковый вал, приводимый двумя электродвигателями мощностью 2x880 = 1760 кВт, с частотой вращения 400/750 — через два редуктора с общим передаточным числом i — 35. Ход ножей 350 мм, перекрытие ножей 15 мм, число полных ходов в минуту 8—12, число резов в минуту 5—8.

Передача вращения и  крутящего момента от выходного  вала редуктора нижнему эксцентриковому валу осуществляется универсальным шпинделем (плавающим, т. е. перемещающимся вместе с эксцентриковым валом) с  гидравлическим  уравновешиванием.

Литые стальные станины 1 соединены между собой вверху и внизу сварными траверсами. Механизм резания состоит из верхнего 2 и нижнего 3 суппортов (ползунов) с ножами и прижима 4 с гидравлическим приводом от цилиндра с плунжером 10. Правильное положение сляба (посередине ножей) достигается перемещением боковых гидравлических толкателей 11. Нижний суппорт 3 с эксцентриковым валом 7 уравновешивается двумя нижними гидравлическими цилиндрами (на чертеже не видны). Верхний суппорт 2 с боковыми шатунами 9 уравновешивается верхними гидравлическими цилиндрами, закрепленными на станине. Ножи 5 и сменные планки 6 (предохраняющие суппорт от износа при высокой температуре) закреплены в суппортах болтами и непрерывно охлаждаются водой. Верхний суппорт перемещается по боковым направляющим в станинах, а нижний суппорт и прижим — по боковым направляющим в верхнем суппорте.