连续退火机组横切剪故障分析及改进.pdf

应用研究模具制造 2023年第9期连续退火机组横切剪故障分析及改进赵帅（上海河钢华东贸易有限公司，上海201900）【摘要】文章分析了横切剪在连续退火机组生产使用中出现的剪刃松动掉落、薄板带无法顺利切断、锁紧杆断裂故障等问题，并提出了改进措施：横切剪进行剪刃锁紧改造、剪刃锁紧调节、调整剪刃两侧间隙，以期取得良好的效果。关键词：冷轧；连续退火；横切剪；剪刃锁紧改造中图分类号：TH136文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.051Fault Analysis and Improvementof Transverse Shear of Continuous Annealing UnitZhao Shuai（Shanghai Hegang East China Trade Co.,Ltd.,Shanghai 201900,CHN）【Abstract】This paper analyzes the problems of cutting edge loosening and falling,plate beltnot cutting off smoothly,locking bar breaking,etc.,and puts forward the improvement measures:cutting edge locking transformation,cutting edge locking adjustment,and adjusting theclearance on both sides of cutting edge,so as to obtain good results.Key words:cold rolling；continuous annealing；cutting shear；the transformation of blade locking1引言横切剪使用安装在连续退火机组的入口段，主要用于切除原料钢卷的头部和尾部有缺陷板带。横切剪是飞剪的一种，依靠液压缸驱动曲柄组合式剪切。剪切时上剪刃做圆弧运动，当上剪刃开始接触板带时，上下剪刃恰好处于竖直状态将板带剪断。横切剪具有剪切速度快、效率高、结构简单、设备造价低、使用范围广等特点，广泛应用于冷轧薄板生产机组。连续退火机组原料板带为酸轧带钢，板带厚度在0.42.5mm且带头带尾板型不规则。横切剪生产使用中有剪切力大、设备振动大、剪切刀数多（平均每20分钟生产一卷，每卷剪切6至10刀）等特点。自投产至改进前，在生产中横切剪经常出现剪刃松动掉落、薄板带无法切断、锁紧杆断裂故障等问题。由于横切剪处于生产线的入口区域，损坏后会造成整个生产线停车，每次事故造成1至2小时停车，严重影响产量，且横切剪剪刃由特殊高强钢制成每片约2.5万元，每次事故都需要更换剪刃，造成备件费用急剧增长，因此急需根据生产实际对横切剪分析改进。2横切剪故障分析连续退火机组中横切剪安装在开卷机、矫直机之后，用于剪切原料卷的带头带尾。图1为横切剪的整体视图，采用液压缸驱动曲柄组合式剪切结构，剪切由图中的大液压缸驱动完成，驱动侧操作侧各安装一个，图中横切剪处于上下剪刃完全啮合的剪切状态。在生产实践中设备常见故障有剪刃松动掉落、薄板带无法顺利切断、锁紧杆断裂等问题，下面进行详细分析。2.1剪刃松动掉落连续退火机组采用酸轧板带为原料，由于酸轧板带属于冷硬钢板，横切剪剪切板带过程中剪刃受到的剪切力较大，剪刃磨损较快，平均每月使用2对（4片）。一般剪刃较锋利时，剪切板带剪刃只是受到垂直于剪刃的剪切力。当剪刃有一定程度磨损后，剪切过程中会有部分板带不是被直接剪断，而是在上下剪刃的摩擦力作用下被拉断，此时剪刃会受到的侧向翻转力 166应用研究模具制造 2023年第9期矩1。这个侧向翻转力矩会完全传递到锁紧头处（如图2中所示锁紧头与剪盒锁紧槽有相互作用力实现剪刃锁紧），使每次剪切时锁紧头受力增大。随着剪刃的逐渐钝化翻转力矩越来越大，锁紧头受力也越来越大，导致横切剪锁紧装置松动、剪盒锁无法稳定固定。图1横切剪剪刃完全啮合的剖视图剪盒沿此线脱落锁紧头与剪盒锁紧槽锁住图2原横切剪剪盒锁紧装置以及剪盒脱落方向2.2薄板带无法顺利切断横切剪剪刃间隙生产设定值按照被剪切板带厚度的1/10设定。正常使用情况下剪切2.0mm左右厚的板带时，不会出现剪切不完全、剪不断等问题。但当剪刃使用到一定程度后，剪刃出现一定程度的钝化，剪切厚度2.0mm左右的板带时就会出现板带两端切断中间切不断的问题。薄板带无法顺利剪断主要是因为新剪刃锋利，剪切时剪刃受到的剪切力小，当剪刃使用一段时间后剪刃钝化，剪切时板带与剪刃接触面变大产生侧向推力，此推力大到剪刃锁紧无法承受，当锁紧头部和剪盒接触处损坏，剪盒就会松动，剪盒松动后上下剪刃间隙就会变大，导致板带无法被剪断2。2.3锁紧杆断裂横切剪原设计锁紧安装在横切剪内部（如图3所示），剪盒上带有锁紧槽与锁紧头配合实现剪盒固定锁紧。当剪刃使用一段时间，剪切刀数达到4000刀以上时，剪刃开始钝化，剪切时剪刃受力不断增大，剪切时板带与剪刃接触面变大产生侧向推力。当推力增大到40KN以上时锁紧装置锁紧杆会出现断裂，锁紧杆断裂后将导致剪盒无法锁紧剪盒掉落。由于锁紧安装在横切剪内部，更换时需要将剪刃拆下，而且更换空间狭小，每次更换需要停车将近3小时，严重影响生产节奏。此处开口是防止应力集中加强筋板图3横切剪锁紧压块3改进措施3.1增加剪刃锁紧辅助装置在不改变原锁紧装置的前提下，在上下剪刃背面空间增装锁紧辅助装置。锁紧辅助装置包括：增加带肋板锁紧压块8套（具体结构参考图3横切剪锁紧压块）；增加M24120六角头螺栓（GB/T5780-2000）8条、M24螺母8个、垫片8组。锁紧辅助装置通过焊接方式安装在剪刃背面（如图4所示），对剪刃前后同时进行锁紧。通过调整锁紧螺杆可以将上剪盒完全定位，避免由于原锁紧装置出现故障时，导致上剪盒松动，甚至脱落。横切剪剪盒锁紧采用的辅助压块，上下剪刃各安装4个压块，均匀安装在横切剪的两侧。加装的锁紧辅助装置图4结构优化后横切剪剪盒锁紧装置3.2调节横切剪剪刃锁紧间隙原有的横切剪剪盒锁紧靠一组内部弹簧片调整 167应用研究模具制造 2023年第9期锁紧力，锁紧底部有一个小液压缸，锁紧时液压缸完全处于收缩状态，靠弹簧片组弹力锁紧，小液压缸缸杆伸出压缩弹簧片使锁紧杆向上移动实现锁紧打开，所以调整弹簧片压缩量就可以调整锁紧力3。图5为原装锁紧装置，图中左侧为锁紧打开状态，右侧为锁紧关闭状态。锁紧原来设计参数为锁紧时锁紧杆头处间隙 3.3mm，打开时 7.2mm（如图 5所示）。为增大锁紧力，有更好的锁紧效果，可以调整弹簧组压缩量，使锁紧打开时间隙为7.0mm，锁紧时间隙为3.1mm。锁紧打开时间隙7.2mm锁紧时间隙为3.3mm弹簧片组358.8354.857197.23.3231057M36 1.5图5原装锁紧装置3.3调整剪刃两侧间隙横切剪驱动侧和操作侧各有一个螺旋千斤顶用于调整剪刃间隙，两侧千斤顶通过同步杆连接保持同步。将剪刃间隙调整装置的同步杆操作侧联轴器脱开，剪刃压下至间隙标定位置，在操作面板上按调整间隙按钮，此时操作侧剪刃间隙不会改变，驱动侧由于有电机带动间隙可以调整，如此调整剪刃间隙至横切剪剪刃两侧间隙相同。调整好后再将同步轴连接好，然后标定剪刃间隙与面板显示数据一致即可。4效果和效益4.1效果（1）减少了影响生产的时间。图 6 中统计显示2021年10月至2022年9月设备改进前，由于横切剪故障造成平均每月约3小时停车，更换剪刃平均每月需要约2小时。自2022年10月初改进后，横切剪在生产使用中实现无故障稳定运行，未再出现剪盒脱落、薄板带无法切断、锁紧杆断裂等问题，每月更换剪刃消耗时间降到1小时，保证了生产的顺利进行。（2）提高了剪刃的使用寿命。横切剪原设计每套剪刃的剪切刀数为10000刀，改进前由于各种故障的影响每套剪刃只能切40005000刀，改进后每套剪刃可以达到1500017000刀之多。（3）降低了备件消耗。经过改进后，横切剪稳定了，剪刃消耗量由原来每月两对（四片）减少到每月一对（两片），大大降低了剪刃备件消耗，节约了备件成本4。10月11月12月1月2月3月4月5月6月7月8月9月月份43.532.521.510.50事故时间（小时）更换剪刃消耗时间（小时）时间（小时）图62021年10月至2022年9月横切剪事故时间和更换剪刃消耗时间统计4.2效益年减少剪刃消耗24片，每片2.48万，年节约备件成本2.4824=59.52万元。项目总投资675元为工具制造费。改造之前剪刃平均每月掉落2次，每次掉落影响生产1.5小时，改进后基本无剪刃掉落事故发生，每月节约3小时检修时间，全年节约检修工时约36小时，全厂年生产带钢215万吨，则平均每小时生产带钢2150000/（36524）=245.5吨，吨钢效益为440.5元/吨，项目总成本为675元，则全年的经济效益为36245.5440.5-675=389.2464万元。综上所述，连续退火机组横切剪的改进和调整解决了困扰很久的问题。自2022年10月改进以来，横切剪生产运行中非常稳定，未再出现剪盒脱落、薄板带无法切断、锁紧杆断裂等问题，减少了备件消耗，提高了设备性能，大大减轻了岗位人员的劳动强度，显著提高了生产效率，获得了可观的经济效益。参考文献1王平,刘长文,赵兴涛.本钢冷轧厂横切机组及飞剪电气控制系统技术改造J.鞍钢技术,2007(05):5053.2胡俊文.伺服控制器在横切飞剪系统中的应用J.山西冶金,2021,44(06):213214+217.3韩清刚,张彦滨,张雪,等.热轧带钢移动式横切剪液压系统分析J.液压与气动,20140(07):103106.4金萍.横切机组板材剪切系统研究J.机械研究与应用,2000,13(04):1819+21.作者简介：赵帅，男，1985年11月生，汉族，河北石家庄人，本科，工程师，研究方向：冶金。（收稿日期：2023-06-20）DMM 168