[发明专利]一种热轧飞剪剪切型钢断面高度序列的设计方法

摘要

本发明涉及冶金热轧工艺技术领域，具体披露了一种热轧飞剪剪切型钢断面高度序列的设计方法，包括：剪刃的空间轨迹曲线的计算；剪刃的理论坐标值的计算；剪切角计算；电机的输出转速的折算等步骤，最后根据热轧剪切工艺要求，剪切前后电机输出转速的相对差值不应大于25％，不应小于10％，作为系统验算中选择电机及转速的一个判断准则，在规定的型钢断面高度的设计范围内，当达到电机转速的设计判断准则后，可得到认为此时设计的型钢断面高度满足设计要求，依次记录这些设计值，即可得到飞剪剪切型钢断面高度序列。本发明可作为飞剪机曲柄连杆机构设计的一个有益的设计补充，具有良好通用性、适应性、速度快和计算精度高等优点。

主权项

1.一种热轧飞剪剪切型钢断面高度序列的设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1、设飞剪机上剪刃组成的简化后的零件包括：曲柄OC、摇杆AB及连杆BCD；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，D点为剪刃顶点，其运行轨迹可视为剪刃空间运动轨迹的代表；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，并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；以OA连线为横坐标轴建立坐标系mon，以水平方向为横坐标轴建立坐标系xoy，连杆BC和连杆CD的夹角为φ₃，OA连线与x轴的夹角为φ₅；输入相关参数：O点与A点连线的长度，A点与C点连线的长度，摇杆AB的长度、连杆BC的长度、连杆CD的长度，曲柄OC的长度、夹角φ₃和φ₅；步骤2、在坐标系mon中，设曲柄OC的转角为Φ，即曲柄OC从OA连线开始逆时针转动的角度，由三角公式和正弦定理、余弦定理通过推导得到如下计算公式：再通过坐标转换，可以得到如下计算公式：xD=mD·cos(φ5)+nD·sin(φ5)yD=-mD·sin(φ5)+nD·cos(φ5)---(2),]]>上述计算公式(1)和(2)中：n_C是C点在坐标系mon中的纵坐标值；m_C是C点在坐标系mon中的横坐标值；n_B是B点在坐标系mon中的纵坐标值；m_B是B点在坐标系mon中的横坐标值；n_D是D点在坐标系mon中的纵坐标值；m_D是D点在坐标系mon中的横坐标值；x_D是D点在坐标系xoy中的纵坐标值；y_D是D点在坐标系xoy中的横坐标值；OA是O点与A点连线的长度；AC是A点与C点连线的长度；AB是摇杆AB的长度；BC是连杆BC的长度；CD是连杆CD的长度；OC是曲柄OC的长度；AC连线与摇杆AB的夹角为φ₁；OA连线与AC连线的夹角为φ₂；连杆BC与m轴的夹角为φ₄；在坐标系mon中，从Φ为0°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，按照计算公式(1)则可以求出D点在坐标系mon中的m_D和n_D，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2维矩阵；按计算公式(2)，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0°到360°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；步骤3、在坐标系xoy中，当剪刃开始剪切和结束剪切时，剪刃P1(即步骤1中的D点)的理论y坐标值可以分别通过计算公式(3)得到：计算公式(3)中：y_P1是剪刃P1点在y正方向的理论值，H1是曲柄OC的长度，H2是剪刃P1最高位时与曲柄的距离，即是连杆CD的长度，s是剪刃设计重合度，H是型钢轧件断面高度，c是开始剪切时剪刃与型钢轧件的距离，可以取值为0，E是达到相对剪切深度的型材还余下未断的断面相对高度值，其值为1减去相对剪切深度值；步骤4、剪切角计算：在坐标系xoy中，设剪刃开始剪切时曲柄与y轴正向的夹角为α₁，结束剪切时曲柄与y轴正向的夹角为α₂，将式(3)作为反求开始剪切角α₁的一个中间比较变量，将计算公式(4)作为反求开始剪切角α₁迭代计算的收敛条件：|yD-yP1yP1|≤ϵ---(4),]]>计算公式(4)中：y_D是P1点在坐标系xoy中通过步骤2的轨迹方程求解得到的横坐标值，ε是收敛允差；设定坯料的速度方向沿左向右，飞剪机逆时针旋转，则当剪刃的x方向的位移在坐标原点的右方可以满足要求，即飞剪机剪切角求解的附加约束条件为：x_P1＜0    (5)，再次以曲柄转角Φ为迭代对象，用计算公式(4)和计算公式(5)作为循环迭代的收敛条件，从而反求出飞剪开始剪切角α₁；同理，反求出飞剪结束剪切角α₂；步骤5、在根据步骤4计算得到开始剪切角α₁和结束剪切角α₂后，分别按计算公式(6)和计算公式(7)求解曲柄的转速：n1=60Vx2πRcosα1---(6),]]>n2=60V02πRcosα2---(7),]]>计算公式(6)和计算公式(7)中：n₁是剪刃开始剪切转速，V_x是飞剪水平速度，约为1.03倍的轧件速度，α₁是开始剪切角，R是曲柄的回转半径，H₀是开口度，n₂是剪刃结束剪切转速，V₀是轧件速度，α₂是结束剪切角；将转速通过飞剪系统传动比折算成电机相应的输出转速，即计算公式(8)：n′＝n×i    (8)，计算公式(8)中：n′是各状态下电机相应的转速；i是传动系统总减速比；根据热轧剪切工艺要求，以计算公式(9)作为系统验算中选择电机及转速的一个判断准则，即剪切前后电机输出转速的相对差值不应大于25％，不应小于10％，因系统减速比可以约去，则可表达为：10%≤Δnn1=n1-n2n1≤25%---(9),]]>在规定的型钢断面高度的设计范围内，当达到电机转速的设计判断准则后，可得到认为此时设计的型钢断面高度满足设计要求，依次记录这些设计值，即可得到飞剪剪切型钢断面高度序列。