气动式定尺飞锯机的结构设计

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1 引言

1.1 气动式飞锯机的功用 随着国民经济的发展，现代化的大型厂房、大跨度的展览场馆、体育运动场馆、大型仓储、桥梁、机场、起重、运输、车辆等各行各业广泛地采用钢结构，使得钢结构需求量大幅度增加，对钢结构钢材材质、规格品种也提出了更高的要求。 2001年我国冷弯型钢生产30万吨（不包括钢管和涂层板）。据中国钢协冷弯型钢分会统计2001产量约有70万吨，加上其他行业（农机、水电、汽车、机械等）约有150万吨，占全国钢材产量的1‰左右，而国外工业发达国家冷弯型钢占全国钢材的3.0‰～5.0‰。冷弯型钢的特点： 可生产各种复杂的断面与热轧型钢相比具有断面形状合理、重量轻，强度高的优点，又在冷弯加工中提高了强度。比一般热轧型钢的构件节约钢材10.0‰～50.0‰。 在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线自动切断。定尺飞锯机在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度[1]。 1.2 定尺飞锯机的国内外现状 在国外定尺飞锯机的发展很快，基本上都能达到国际标准。我国焊管生产设备起步较晚，一些关键设备比较陈旧。随着钢铁行业的飞速发展，对钢铁加工行业提出了要求。全国各地加工业也开始着眼于技术开发。就定尺飞锯机来说，从技术含量较低的液压传动，气动传动，发展到如今的微机控制定尺飞锯机，电液数控飞锯机等。 下面介绍几种现代主要应用生产中的飞锯机： （1）微机控制定尺飞锯机是由微机控制系统、大功率可逆伺服系统、机械液压、气路系统所组成的机电一体化高技术产品焊管、冷弯生产线的关键组成设备，可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。 （2）电液数控飞锯机是由微机控制电子液压传动，一般包括液压箱，电子计算机，软件等几部分组成，采用半开环控制无参数调整，电路简单，性能稳定，故障率低。机床可实现程序锯切，预设多种锯切定尺与其根数，自动转换可不停车，改变定尺要求，也可人为暂时中断运行。 （3）伺服飞锯机是于2002年面世的一种新型飞锯机，锯切长度5.5m～6m时，锯 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 39 页

切精度为0mm～+5mm，高于国际上通用的英国Bs标准(0mm～+6mm)。锯切精度提高了16.7％，且在这方面处于国际先进的水平[1]。 1.3 本设计的目的与意义 目前市场上大量应用的在线定尺飞锯机主要有气动式飞锯机，液动式飞锯机，电脑锯等几种形式。其中，气动式飞锯机的锯切割装置，夹紧装置，主传动装置都是气动的，与近些年市场上推广的电脑锯相比，气动式飞锯机的定尺精度稍微低点儿，但是，电脑锯它也存在着一定的缺陷， 例如：(1)价格偏高，一台设备近30万元。一次性投资很大，一般中小厂家难以承受；(2)微机抗干扰性能差，使得控制设备结构复杂。现场安装要求高；(3)调试以及维修保养困难，需专门人员维护，一旦发生故障很难立即排除。但它也具有一定的缺陷，噪音大，利用率低，无功损耗大，工作速度不稳定，零部件损坏的概率大等。而气动式飞锯机恰恰具有成本低、寿命长、工作可靠、使用维修方便的特点，其定尺精度也足以满足要求，固市场前景广阔[2]。 因此，针对大量中小企业这一中低端市场，结合我国的国情，选定了“气动式定尺飞锯机”作为毕业设计的攻关课题。 1.4 设备简介 FJZ60型气动式定尺飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。因此，该机将会运行状况良好，效率高，发展前景远大。 飞锯主要技术参数： 型材生产速度：60m/min； 锯切精度：5mm； 锯切长度：4m～6m 锯切次数：10次/分～15次/分 锯切型材径向尺寸：12㎜～90㎜ 外型：长×宽=4.3×1.35（米） 1.5 设计中需注意的问题 （1）锯切小车与定尺小车之间要刚性联接且稳定，一般多采用Φ50mm钢管制作。 （2）锯切小规格钢管时因钢管刚性差，易弯曲，从而影响定尺精度，需要增加防弯压辊。 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 39 页

（3）气压源压力要稳定可靠，才能准确、协调完成飞锯机的各项动作，保证定尺精度的准确和生产的连续。 （4）在夹紧、锯切到松夹的过程中，飞锯小车的行走速度应与焊管轧制速度基本同步。 （5）锯切精度要满足焊管产品标准要求。 （6）由于飞锯是生产线上的一个重要环节，因此要求设备运行可靠， 否则一出故障将全线停产。 （7）控制系统的关键问题是在小车与轧管速度同步的瞬间，如何使锯片与管端间的距离正好是定尺钢管的设定长度。 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 39 页

2 气动式定尺飞锯机总体设计方案

2.1 气动式定尺飞锯机应实现的功能 气动式定尺飞锯机定尺飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、钢筋、铝管、合金管的生产线。其显著特点是锯切效率高，可锯切的管类直径范围大，这得益于它的气压装置，体现了气压技术高压、高效、可控制性强的特点。其整体结构简单，工作性能可靠，应用广泛。 本机适用于型材行走速度为60m/min，锯切型材径向尺寸范围为12㎜～90㎜，锯切长度为4m～6m的型材生产线，其设计使用锯切精度为4mm，锯切次数为10次/分～15次/分。目前国内型材生产线上型材的行走速度在60m/min以下，其径向尺寸大都在12㎜～90㎜之间，4mm的锯切精度也符合国家标准，10次/分～15次/分的锯切次数也能达到大多厂家的要求，尤其是大量的中小厂家[3]。 2.2 气动式定尺飞锯机的总体方案制定 开始拟定的几套气动式定尺飞锯机的总体方案： 方案一：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵引飞锯小车行走，助推气压缸同步助推，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，同时夹紧装置的气压缸动作钳口夹紧，夹紧装置的钳口同时也已经夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。 方案二：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵引飞锯小车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，同时夹紧装置的气压缸动作钳口夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走气压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。 方案三：当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令夹紧装置的气压缸动作，同时行走气压缸牵引飞锯小车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，夹紧装置的钳口同时也已经夹紧，之后管材运行距离达到锯切长度，接近开 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 39 页

关指令锯切装置运作实现锯切。锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起，完成定尺锯切的全部动作，锯切后的定尺管材离开飞锯沿辊道前进到下一步工序，同时飞锯小车在行走液压缸牵引力作用下回复到原位，等待开始下一次锯切。 方案四：当行进中的钢管端部靠近接近开关时，由可编程序控制器，发出夹紧命令，夹紧钢管后，锯切气压缸起动，进行锯切，抬锯，夹紧松开，锯车返回气压缸起动，锯车返回，等待下一次循环。 方案五：当行进中的钢管端部靠近接近开关时，由可编程序控制器，发出夹紧命令，夹紧钢管后，锯切气缸起动，进行锯切，经可编程控制器延时后，抬锯，夹紧松开，再经可编程序控制器延时后，锯车返回气缸起动，锯车返回，等待下一次循环。 上述五种方案的比较如下： 方案一中，“助推气压缸助推”这一步骤是多余的，因为拖动气缸可以完成推动行走小车跟踪到行进的管材，但是反方向复位时由于设计要求速度很大，拖动气缸达不到要求，所以“助推气压缸助推”这一步骤要设置在反方向复位时。另外，此方案中“锯切完成后锯片抬起，同时指令夹紧气压缸抬起”，没有“延时一小段时间”这一步骤，是一种设计缺陷，是不合理的。 方案二中，“锯切完成后延时一小段时间，锯片抬起”，在锯切完成之后，锯片抬起之前就延时了一小段时间，这是不符合实际情况的，属于不合理设计。 方案三中，“发讯开关指令夹紧装置的气压缸动作，同时行走气压缸牵引飞锯小车行走”，夹紧气压缸动作与行走气压缸同步，这是不合理的，这样影响了行走小车对管材（或型材）的跟踪，夹紧气压缸应在管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步是实施夹紧。 方案四和方案五是用可编程序控制器对系统进行控制，考虑到成本因素，我们选择用行程开关对系统进行控制，另外方案四中缺少延时的步骤。 2.3 气动式定尺飞锯机的总体方案设计 通过以上对这五种方案的分析比较，我们设计并完善了我们的气动式定尺飞锯机的总体方案： 当管材（或型材）运行接触到发讯开关时，发讯开关指令行走气压缸牵引飞锯小车行走，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，同时夹紧装置的气压缸动作钳口夹紧，管材（或型材）与飞锯小车运行中达到同步，夹紧装置的钳口同时也已经夹