Барабанные летучие ножницы для дугообразного в плане реза листового проката

 

Использование: прокатное оборудование, летучие ножницы для поперечной резки листового проката, линии непрерывных широкополосных станов горячей прокатки. Сущность изобретения: ножницы содержат два барабана 1 и 2 с закрепленными на них ножами 4 и 5. Режущая кромка первого ножа 4 выполнена в переменным по его длине углом наклона, убывающим от плоскости симметрии к краям ножа. Задняя грань каждого из ножей выполнена в виде цилиндрической поверхности, причем первого из них вогнутой. На среднем участке задней грани первого ножа 4 выполнен скос в виде вогнутой цилиндрической поверхности того же радиуса кривизны, что и задней грани. Теоретический профиль режущей кромки второго ножа 5 в плоскости, перпендикулярной образующей задней грани его, представляет собой две пересекающиеся симметричные выпуклые кривые. Этот профиль аппроксимирован прямой, проходящей через точку пересечения этих кривых параллельно оси барабана 2. 15 ил.

Изобретние относится к прокатному производству, точнее к летучим ножницам для поперечной резки листового проката, и наиболее эффективно может быть использовано в линиях непрерывных широкополосных станов (НШС) горячей прокатки для получения дугообразного в плане реза переднего конца раската.

Известны барабанные летучие ножницы для реза листового проката, в том числе и дугообразного в плане, содержащие два барабана с параллельными осями вращения, соединенные между собой зубчатой передачей, и закрепленные на барабанах ножи, режущая кромка одного из которых в плоскости, перпендикулярной его передней грани, выполнена в виде двух симметричных участков с переменным по длине ножа углом наклона, убывающим от плоскости симметрии к краям ножа, задняя грань каждого из ножей выполнена в виде цилиндрической, причем первого из них вогнутой поверхности, проекция образующей которой на осевую плоскость барабанов перпендикулярна их осям, а режущая кромка второго ножа является линией пересечения его передней грани с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа при его вращении относительно неподвижного второго [1] Так как режущая кромка второго ножа выполнена по теоретическому профилю (без аппроксимации) и представляет собой в плоскости, перпендикулярной образующей задней грани второго ножа, две перекающиеся симметричные выпуклые кривые с образованием между ними впадины с заострением, обращенным внутрь тела ножа, то изготовление и переточка ножа такой конфигурации, тем более в условиях металлургического производства, практически невозможны.

Наиболее близкими к изобретению являются барабанные летучие ножницы для дугообразного в плане реза листового проката, содержащие два барабана с параллельными осями вращения, соединенных между собой зубчатой передачей, и закрепленные на барабанах ножи, режущая кромка одного из которых в плоскотси, перпендикулярной образующей цилиндрической поверхности его передней грани, выполнена в виде двух симметричных участков с переменным по длине ножа углом наклона, убывающим от плоскости симметрии к краям ножа, задняя грань каждого из ножей выполнена в виде цилиндрической, причем первого из них вогнутой поверхности, проекция образующей которой на осевую плоскость барабанов перпендикулярна их осям, а теоретический профиль режущей кромки второго ножа, являющийся линией пересечения его передней грани с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа при его вращении относительно неподвижного второго, и представляющий собой в плоскости, перпендикулярной образующей задней грани второго ножа, две пересекающиеся симметричные выпуклые кривые, аппроксимирован прямой, проходящей через точку пересечения этих кривых параллельно оси барабана, при этом максимальная величина отклонения аппроксимирующей прямой от теоретического профиля режущей кромки второго ножа не превышает максимально допустимого зазора между ножами, а точнее говоря равна ему [2] Благодаря тому, что теоретический профиль режущей кромки второго из упомянутых ножей, представляющий собой две пересекающиеся в середине ножа симметричные относительно его середины выпуклые кривые, аппроксимирован прямой, проходящей через точку пересечения этих кривых параллельно оси барабана, стало возможным изготовление и переточка такого ножа.

Недостатком описанных ножниц является относительно низкое качество реза, а именно значительная протяженность участка, где имеет место отклонение фактического дугообразного в плане реза от требуемого (по дуге постоянного радиуса).

Указанный недостаток обусловлен тем, что задняя грань первого ножа, у которого режущая кромка в плоскости, перпендикулярной образующей цилиндрической поверхности его передней грани, выполнена в виде двух симметричных участков с переменным по длине ножа углом наклона, выполнена в виде одной вогнутой цилиндрической поверхности, в результате чего максимальная величина отклонения аппроксимирующей прямой от теоретического профиля второго ножа равна максимально допустимому зазору. Указанное условие связано с необходимостью удовлетворения одновременно двум противоречивым требованиям.

С одной стороны, необходимость существенного снижения динамической нагрузки на валки при захвате ими переднего конца раската диктует выполнение скругления переднего конца по минимально возможному для конкретной ширины раската радиусу. Удовлетворение этому требованию приводит к тому, что выпуклые кривые теоретического профиля режущей кромки второго ножа, являющиеся линией пересечения передней грани этого ножа с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа (в плане имеющей радиус кривизны, соответствующий требуемому) при его вращении относительно неподвижного второго, получаются довольно крутыми, и поэтому максимальное отклонение аппроксимирующей прямой от теоретического профиля режущей кромки ножа получается довольно значительным, а следовательно, и зазор между ножами в процессе их перекрытия не может быть меньше величины этого отклонения.

С другой стороны, для обеспечения условий резания проката ножницами необходимо, чтобы максимально допустимый зазор между ножами в процессе резки не превосходил 5% от минимальной из всего диапазона толщин разрезаемого на конкретных ножницах проката.

При этом следуе подчеркнуть, что, если первое из рассмотренных требований является лишь желательным с точки зрения улучшения условий задачи переднего конца проката в валки, то выполнение второго из рассмотренных требований является непременно обязательным, так как в противном случае просто не может быть осуществлен рез.

Таким образом, выполняя обязательное условие, чтобы зазор между ножами был не более максимально допустимого, вынуждены выполнять цилиндрическую поверхность задней грани первого ножа по радиусу, большему, чем желательный для раската, а именно такому, чтобы максимальная величина отклонения аппроксимирующей прямой от теоретического профиля режущей кромки второго ножа не превышала, а была бы равна величине максимально допустимого для данных ножниц зазора между ножами.

Целью изобретения является повышение качества реза за счет уменьшения отклонения дугообразного в плане реза от требуемого.

Это достигается тем, что в предлагаемых барабанных летучих ножницах для дугообразного в плане реза листового проката, на среднем участке задней грани первого ножа выполнен скос в виде вогнутой цилиндрической поверхности того же радиуса кривизны, что и задней грани этого ножа, при этом проекция образующей скоса на осевую плоскость барабанов перпендикулярна их осям, а в плоскости симметрии ножа расстояние S от образующей цилиндрической поверхности его задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа равно величине максимально допустимого зазора между ножами, и угол γ между образующими скоса и задней грани определяют из уравнения ^{- +} где А расстояние между осями вращения барабанов, мм; х_о расстояние от осевой плоскости барабанов до точки режущей кромки второго ножа, наиболее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, в положении начала перекрытия ножей, мм; y_о расстояние от точки режущей кромки второго ножа, наиболее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, до плоскости, проходящей через эту ось перпендикулярно осевой плоскости барабанов, в положении начала перекрытия ножей, мм; S в плоскости симметрии первого ножа расстояние от образующей цилиндрической поверхности его задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа, мм.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Благодаря наличию на среднем участке задней грани первого ножа скоса, выполненного в виде вогнутой цилиндрической поверхности того же радуса кривизны, что и задней грани этого ножа, причем так, что в плоскости симметрии ножа расстояние S от образующей цилиндрической поверхности его задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа равно максимально допустимому зазору между ножами, выпуклые кривые теоретического профиля режущей кромки второго ножа, являющиеся линией пересечения его передней грани с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа при его вращении относительно неподвижного второго, получаются более плавными, чем в прототипе, вследствие чего максимальное отклонение аппроксимирующей прямой от теоретического профиля режущей кромки второго ножа становится меньше, а благодаря расположению также в плоскости симметрии ножа образующей цилиндрической поверхности скоса под указанным расчетным углом γ к образующей цилиндрической поверхности задней грани первого ножа обеспечивается максимально возможное уменьшение протяженности аппроксимированного прямой линией среднего участка теоретического профиля режущей кромки второго ножа. Прямым следствием этого является уменьшение протяженности участка переднего конца проката, где имеет место отклонение фактического дугообразного в плане реза от требуемого.

На фиг.1 изображены предлагаемые ножницы во фронтальной проекции, общий вид; на фиг.2 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.3 ножи в положении начала из перекрытия в аксoнометрии; на фиг.4 разрез В-В на фиг.3; на фиг.5 узел II на фиг.4; на фиг.6 вид по стрелке Г на фиг.4; на фиг.7 вид по стрелке Д на фиг. 5; на фиг.8 разрез Е-Е на фиг.5; на фиг.9 вид по стрелке Ж на фиг.4; на фиг. 10 по стрелке З на фиг.4; на фиг.11 расчетная схема ножниц для вывода уравнения; на фиг. 12 расчетная схема для определения исходных конструктивных параметров ножниц; на фиг.13 требуемая конфигурация в плане переднего конца раската; на фиг.14 фактическая, получаемая при резке на предлагаемых ножницах, конфигурация в плане переднего конца раската; на фиг.15 конфигурация в плане переднего конца раската, получаемая на предлагаемых ножницах и на ножницах-прототипе.

Предлагаемые ножницы содержат два барабана 1 и 2 с параллельными осями О₁ и О₂ вращения соответственно, соединенные между собой зубчатой передачей 3, ножи 4 и 5, закрепленные в пазах барабанов с помощью клиньев 6 и 7 соответственно. Барабаны смонтированы в станине 8 с возможностью вращения и связаны с приводом 9.

Первый (верхний) нож 4 имеет переднюю грань И с осью О₃, лежащей в плоскости В-В симметрии ножа, проходящей через середину его, и заднюю грань К, на которой выполнен скос Л. Задняя грань К и скос Л выполнены в виде вогнутых цилиндрических поверхностей, имеющих радиус ρ_νкривизны, соответствующий требуемому радиусу ρ_пр. скругления переднего конца листового проката.

Проекции образующих поврехности задней грани К и скоса Л на осевую плоскость I-I барабанов, проходящую через оси О₁ и О₂ вращения барабанов 1 и 2, перпендикулярны этим осям, в плоскости В-В симметрии ножа расстояние S от образующей fg цилиндрической поверхности К, до точки с пересечения образующей сf цилиндрической поверхности скоса Л с передней гранью И его равно величине максимально допустимого зазора [δ]_mахмежду ножами 4 и 5, точнее между их режущими кромками, возникающего в процессе их перекрытия, а угол γ между образующими сf скоса и fg задней грани определяют из уравнения ^{- +} А расстояние между осями О₁ и О₂ вращения барабанов, мм;
х_о расстояние от осевой плоскости I-I барабанов до точки j режущей кромки второго ножа 5, наибоеле удаленной от оси О₂ вращения несущего этот нож барабана 2, в положении начала перекрытия ножей, мм;
y_о расстояние от точки j режущей кромки второго ножа 5, наиболее удаленной от оси О₂ вращения несущего этот нож 5 барабана 2, до плоскости, проходящей через эту ось перпендикулярно осевой плоскости I-I барабанов в положении начала перекрытия ножей, мм;
S в плоскости симметрии первого ножа расстояние от образующей fg цилиндрической поверхности его задней грани К до точки с пересечения образующей cf цилиндрической поверхности скола Л с передней гранью И этого ножа, мм.

Второй (нижний) нож 5 имеет переднюю грань М с осью О₄, лежащей в плоскости В-В симметрии этого ножа, проходящей через его середину, выполненную, в частном случае, в виде шеврона (фиг.10); режущую кромку hijkl (фиг.9), получающуюся аппроксимацией прямой линией ijk, проходящей через точку j ее теоретического профиля, являющегося линией пересечения передней грани М этого ножа с поверхностью, описываемой режущей кромкой abcdе первого ножа 4 при его вращении относительно неподвижного второго ножа 5, и являющуюся одновременно направляющей для задней грани Н второго ножа, которую выполняют в виде цилиндрической поверхности, проекция образующей которой на плоскость I-I перпендикулярна осям О₁ и О₂ барабанов 1 и 2. Каждый нож имеет привалочную поверхность П и тыльную Р.

Привалочная поверхность П первого ножа 4 выполнена в виде плоскости, расположенной параллельно образующей цилиндрической поверхности задней грани К и оси О₁ барабана 1. Для крепления ножа 4 в пазу барабана 1 с помощью клина 6 его тыльная поверхность Р выполнена также в виде плоскости, параллельной оси О₁, но расположенной под некоторым углом к привалочной поверхности П.

Привалочная поверхность П второго ножа 5 выполнена в виде плоскости, проходящй через линию ijk параллельно образующей задней грани Н этого ножа. Для крепления ножа 5 в пазу барабана 2 с помощью клина 7 его тыльная поверхность Р выполнена в виде плоскости, параллельной оси О₂, но расположенной под некоторым углом к привалочной поверхности П этого ножа.

Уравнение для опредлеения угла γ получено следующим образом.

На фиг.11 в плоскости симметрии ножей показаны два рабочих полоежния характерных элементов ножей, а именно
сплошной линией положение начала перекрытия ножей, т.е. когда взаимодействуют наиболее удаленные от осей О₁ и О₂ вращения барабанов 1 и 2, несущих ножи 4 и 5 соответственно, точки с и j режущих кромок соответственно верхнего 4 и нижнего 5 ножей;
штрихпунктирной линией положение после поворота ножей из первого положения на угол ϕ, когда взаимодействуют наиболее удаленная от оси О₂вращения барабана 2 точка j режущей кромки нижнего ножа 5 и точка f пересечения образующих сf скоса и fg задней грани ножа 4.

Во избежание врезания точки j режущей кромки ножа 5 в тело скоса Л ножа 4 необходимо, чтобы во втором положении ножей расстояние от осевой плоскости I-I барабанов до точки j ножа 5 было не меньше расстояния от той же плоскости до точки f ножа 4. В то же время, из условия обеспечения минимальных зазоров между режущими кромками ножей указанные расстояния должны быть равны.

Из фиг. 11 видно, что для удовлетворения указанных условий, необходимо, чтобы во втором положении ножей выполнялось следующее равенство:
tО₁- pr= zО₂-nu, где tО₁ больший катет треугольника tО₁p, равный:
tО₁= pО₁˙cosϕ=(х_о+S)˙cosϕ;
pr меньший катет треугольника prf, равный:
pr=rf·sinϕ (Υ_o-h)·sinϕ
zО₂ больший катет треугольника zО₂n, равный:
zО₂= О₂n˙cosϕ=х_о˙cosϕ;
nu меньший катет треугольника nuj, равный:
nu=nj˙sinϕ=y_оsinϕ; тогда
(х_о+S)cosϕ (Υ_o-h)sinϕ х_оcosϕ-y_оsinϕ (1) где х_о в системе хО₂y координат с началом отсчета, совпадающим с осью О₂ вращения барабана 2, осью y, расположенной в плоскости I-I и осью х, перпендикулярной плоскости I-I, координата точки j режущей кромки ножа 5 в положении начала перекрытия ножей. Другими словами, это расстояние от плоскости I-I до точки j режущей кромки ножа 5 в указанном положении;
y_о вторая координата в системе хО₂y координат точки j режущей кромки ножа 5 или, другими словами, это расстояние от указанной точки до плоскости, проходящей через ось О₂ вращения барабана 2 перпендикулярно плоскости I-I, в положении начала перекрытия ножей;
Υ_o координата точки с режущей кромки ножа 4, наиболее удаленной от оси О₁ вращения барабана 1, в положении начала перекрытия ножей 4 и 5, в системе координат ХО₁Υ с началом отсчета, совпадающим с осью О₁, осью Y, расположенной в плоскости I-I перпендикулярно осям О₁ и О₂, и осью Х, перпендикулярной плоскости I-I. Другими словами, это расстояние от указанной точки с до плоскости, проходящей через ось О₁ вращения барабана 1 перпендикулярно плоскости I-I, в положении начала перекрытия ножей;
h высота скоса или катет mf треугольника mfс, равный:
h=mf=
(2) Преобразуем уравнение (1) следующим образом:
(х_о+S)cos ϕ х_оcosϕ-(Υ_o-h)sinϕ + y_оsin ϕ 0;
S˙cosϕ (Υ_o-h -y_о)sin ϕ 0;
tgϕ учитывая, что
tgϕ и Υ_o+y_o=A где А расстояние между осями вращения барабанов, получим:

2(A-2y_o-h)tg S1-tg² ; разделив обе части равенства на S, получим:
2 tg 1 tg²
tg² + 2 tg 1 0
tg² + 2 tg + -- 1=0;
tg + =1+;
tg где знак "+" перед радикалом соответствует рабочему положению ножей, показанному на фиг. 11, т. е. при схождении (перекрытии) ножей;
знак "-" нерабочему положению ножей при их расхождении после окончания перекрытия.

Поэтому окончательно получаем:
tg
(3)
Из фиг.11 также следует, что во втором положении ножей
tp+rf+ju+nz=А, где rf больший катет треугольника prf, равный:
rf=rf˙cosϕ=(Υ_o-h)cosϕ;
tp меньший катет треугольника tО₁p, равный:
tp pО₁˙sinϕ=(х_о+S)sinϕ;
ju больший катет треугольника nuj, равный:
ju= nj˙cosϕ=y_оcosϕ;
nz меньший катет треугольника zО₂n, равный:
nz=О₂n˙sinϕ=х_о˙sinϕ; тогда
(х_о+S)sinϕ+(Υ_o-h)cosϕ+y_оcosϕ+
+ х_оsin ϕ А. (4) Преобразуем уравнение (4) следующим образом:
(2х_о+S)sin ϕ + ( Υ_o-h+ y_о)cos ϕ=А; учитывая, что
sinϕ ; cosϕ Υ_o+y_o=A
получим
+ A
2(2x_o+S)tg + A-h-(A-h)tg² A+Atg²
-2(2x_o+S)tg + h+(A-h)tg² + Atg² 0
(2A-h)tg² 2(2x_o+S)tg +h 0
разделив последнее выражение на (2А-h), получим:
tg² 2 tg + 0
tg² 2 + = -
tg = -
tg ± где знак "-" перед радикалом соответствует положению ножей, показанному на фиг.11, т.е. при их схождении (перекрытии);
знак "+" положению ножей при их расхождении после окончания перекрытия.

Поэтому окончательно получим:
tg
(5)
Приравнивая правые части выражений (3) и (5), получим:

или, с учетом (2),

или
^{- +}
Величины параметров х_о,y_о и А при этом задаются по известным принципам (см. например, Крылов Н.И. Васьковцов М.Н. Новый способ получения наклонного реза на листовых барабанных ножницах. Сб. Труды ВНИИметмаш, N 33, 1972, с. 157.202), как исходными, при проектировании ножниц. Параметр S принимается, согласно настоящему изобретению, равным величине максимально допустимого зазора между ножами, т.е. в зависимости от минимальной толщины разрезаемого на данных ножницах листового проката.

П р и м е р. Требуется выполнить барабанные летучие ножницы, предназначенные для обрезки переднего конца листового проката минимальной толщиной h_пр.= 50 мм и максимальной шириной В_пр.=1850 мм с обеспечением дугообразного в плане реза с требуемым радиусом скругления ρ_пр.=16000 мм.

На основании опыта проектирования листовых барабанных ножниц принимают следующие значения основных конструктивных параметров: Расстояние между осями вращения барабанов А, мм 1200 Длина ножей L, мм 2000 Величина максимально до- пустимого зазора между ножами, возникающего в процессе их перекрытия [Δ_mах, мм 2,5
([ Δ]_mах=0,05˙h_пр.).

Затем, по известной методике, описанной, например, в работе Крылова Н.И. Васьковцова М.Н. Новый способ получения наклонного реза на листовых барабанных ножницах, в Сб. Труды ВНИИметмаш, N 33, 1972, с.157.202, применительно к конкретному типоразмеру ножниц рассчитывают следующие, необходимые для изготовления ножниц, их конструктивные параметры (см. расчетную схему для определения исходных конструктивных параметров ножниц на фиг.12):
в положении начала перекрытия ножей расстояние от осевой плоскости барабанов до точки режущей кромки второго ножа, соответственно наиболее и наименее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана:
х_о, мм 222,083
х_k, мм 239,00
в положении начала перекрытия ножей расстояние от точки режущей кромки второго ножа, соответствующего наиболее и наименее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, до осевой плоскости барабанов:
y_о, мм 552,00
y_k, мм 528,00
в положении начала перекрытия ножей расстояние от осевой плоскости барабанов до точки режущей кромки первого ножа, соответственно наиболее и наименее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана:
х_о, мм 222,083
х_k, мм 253,563
в положении начала перекрытия ножей расстояние от точки режущей кромки первого ножа, соответственно наиболее и наименее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, до осевой плоскости барабанов:
Υ_o мм 648,00
Υ_k мм 582,350
углы наклона образующих задней грани второго (нижнего) и цилиндрической поверхности задней грани первого (верхнего) ножа соответственно к осевой плоскости барабанов:
ν_н град 10
ν_в град 0
углы наклона передней грани соответственно нижнего и верхнего ножа к плоскости, перпендикулярной осевой плоскости барабанов и параллельной этим осям:
μ_н град 23
μ_в град 7
Для обеспечения при резке требуемого радиуса ρ_пр. скругления переднего конца проката цилиндрическую поверхность задней грани первого ножа выполняют по радиусу ρ_ν, необходимую величину которого определяют по формуле:
ρ_ν
(6) где
Е_кν=Х_кν-Х_оν, (7)
Х_кν=Х_кcosν_в-Υ_кsinν_в, (8)
Х_oν=Х_ocosν_в-Υ_osinν_в, (9)
Формулы (6.9) и все последующие выведены на основании тригонометрического анализа приведенных в настоящем описании фигур. Ввиду громоздкости промежуточных выкладок вывод формул опускается.

Режущая кромка первого ножа в плоскости, перпендикулярной образующей цилиндрической поверхности его передней грани, выполнена в виде двух симметричных участков с переменным по длине L_н ножа углом наклона, убывающим от значения α_o в середине ножа до значения α_к по краям ножа. В данном конкретном случае для упрощения технологии изготовления ножа его режущую кромку выполняют в виде двух пересекающихся в середине ножа дуг одного радиуса кривизны ρ_μ (см. фиг.7), величину которого определяют по формуле:
ρ_μ
(10) где
G_μ=Υ_oμ- Υ_кμ (11)
Υ_oμ=Υ_ocosμ_в-Х_оsinμ_в, (12)
Υ_кμ=Υ_кcosμ_в-Х_кsinμ_в (13)
Вышеизложенная методика расчета конструктивных параметров описываемых ножниц идентична методике расчета параметров ножниц прототипа.

В соответствии с изобретением на среднем участке задней грани первого ножа выполняют скос в виде вогнутой цилиндрической поверхности этого же радиуса кривизны, что и задней грани этого ножа. В плоскости симметрии первого ножа величину расстояния S от образующей цилиндрической поверхности его задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа принимают равной величине максимально допустимого зазора [ Δ]_mах между ножами, возникающего в процессе их перекрытия, т.е.

S=[ Δ]_mах=2,5 мм.

Также в плоскости симметрии первого ножа угол γ между образующими скоса и задней грани определяют из уравнения:
^{- +}
(14)
После подстановки в это уравнение (14) исходных данных и решая его, например, методом половинного деления, получим:
γ=169,02712^о=169^о01 38
Поскольку теоретический профиль режущей кромки второго ножа, являющийся линией пересечения его передней грани с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа при его вращении относительно неподвижного второго, и представляющей собой в плоскости, перпендикулярной образующей задней грани второго ножа, две пересекающиеся симметричные выпуклые кривые, аппроксимируют прямой, проходящей через точку пересечения этих кривых параллельно оси барабана, то в средней части ножа на длине L будет иметь место отклонение профиля в плане режущей кромки ножа от теоретического, вследствие чего на передней конце проката на такой же длине будет иметь место отклонение фактического дугообразного в плане реза от требуемого (по дуге радиуса ρ_пр.). При этом максимальная величина зазора Δ_mах, возникающего между ножами в процессе их перекрытия и являющегося следствием аппроксимации теоретического профиля режущей кромки ножа, будет равна максимальной величине δ_mах отклонения аппроксимирующего профиля, т.е. прямой, от аппроксимирующего, т.е. теоретического профиля.

Для оценки величин этих отклонений (L и δ_mах) производят расчет по следующей методике.

X=X_oν+ρ_ν-
(15) где Z_n координата n-ой точки режущей кромки первого ножа, отсчитываемая от середины ножа по оси Z, параллельной осям вращения барабанов (см. фиг.7);
Υ_μ=+Υ_μ-
(16)

(17)
y_μ cosμ_н + sinμ_н;
(18)
Далее определяют координату Z_ск. по оси Z крайних по длине первого ножа точек (b и d) скоса решением следующего уравнения:
⁺
(19)
затем определяют
E_cν=ρ_ν-
(20)
X_сν=Х_cν+Х_оν; (21)
G_cν
(22)
Υ_oν
(23)
Υ_cν=Υ_oν-G_cν (24)
X_ν
(25)
Υ_ν= (X-X_ν)·tg(μ_в-ν_в). (26)
Затем определяют угол ϕ_n поворота ножей из исходного положения (начала взаимодействия режущих кромок ножей) в положение контакта режущих кромок в данном сечении ножей (соответствующем координате Z_n), перпендикулярном осям вращения барабанов, решая уравнение:
y_μ+Υ_ν·cos(ν_в+μ_н-2ϕ_n)-X_νsin(ν_в+μ_н-2ϕ_n)-A·cos(μ_н-ϕ_n) 0, (27) затем определяют
x_μ=Υ_ν·sin(ν_в+μ_н-2ϕ_n)+X_ν·cos(ν_в+μ_н-2ϕ_n)-A·sin(μ_н-ϕ_n); (28)
х_ν=х_μcos(μ_н-ν_н)+y_μsin(μ_н -ν_н; (29)
х_кν=х_кcosν_н-y_к˙sinν_н; (30)
Далее определяют в плоскости, перпендикулярной образующей грани второго ножа, координату U_n n-ой точки режущей кромки второго ножа (см. фиг.9), взаимодействующей в данном положении ножей с n-ой точкой режущей кромки первого ножа и поэтому имеющей одинаковую с последующей координату Z_n по оси Z, по формуле:
U_n= х_кν-х_ν. (31)
Вычисления по формулам (16.29) и (31) производят для ряда значений Z_n, находящегося в пределах:
Z_n= 0. с определенным интервалом.

Затем по полученному ряду значений U_n строят график U=f(z), который является теоретическим профилем режущей кромки второго ножа. Проводя через току f с координатой Z=0 пересечения полученных кривых прямую ijk параллельно оси барабана, получают аппроксимированный профиль режущей кромки (задней грани) второго ножа.

Графоаналитическим методом определяют радиус кривизны крайних (неаппроксимированных) участков hi и kl профиля.

Протяженность L аппроксимирующей прямой ijk определяют по формуле:
L=2
(32) где U_Z=0 координата U точки j пересечения кривых.

Из ряда полученных значений U_n выбирают максимальное, обозначенное на фиг.9 U_mах.

Максимальную величину δ_mах отклонения аппроксимирующего профиля (прямой ijk) от аппроксимируемого (теоретического) определяют по формуле:
δ_mах=U_mах-U_z=0 (33)
Максимальная величина Δ _mах зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, равна величине δ_mах, т.е.

Δ _mах= δ_mах.

Подставляя известные конструктивные параметры ножниц в приведенные формулы и выполняя расчет в соответствии изложенной методикой с применением ЭВМ, для данного конкретного примера в итоге получим следующие результаты:
протяженность участка переднего конца проката, на котором имеет место отклонение дугообразного в плане реза от требуемого, составляет:
L=632,3 мм,
что составляет примерно 32% от длины ножа L_н и 34% от максимальной ширины проката В_пр.;
максимальная величина Δ _mах зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, составляет:
Δ_mах= δ_mах=0,8125 мм.

Для количественной оценки достигнутого положительного результата в сравнении с прототипом приводим расчет величин отклонений L и δ_mах' в прототипе того же типоразмера, что и в конкретном примере, предлагаемых ножниц, т. е. с теми же исходными конструктивными параметрами, но без скоса на среднем участке задней грани первого ножа.

Здесь и далее все обозначения параметров, идентичных с параметрами описываемвых ножниц, имеют одинаковые с ними символы, но со штрихами.

Расчет производят по следующей методике.

Параметрами ρ_ν, Е_кν, Х_кν,Х_оν,ρ_μG_μ,Υ_oμ и Υ_кμ являются по своим численным значениям одинаковыми с параметрами описываемых ножниц.

Определяют угол ϕ_n' поворота ножей из исходного положения в положение контакта режущих кромок ножей в данном сечении ножей (соответствующем координате Z_n), перпендикулярном осям вращения барабанов, решением уравнения:
y_μ+ cos(ν_в+μ_н-2)-Xsin(ν_в+μ_н-2ϕ_n)-A·cos(μ_н-) 0, (27')
затем определяют
x= sin(ν_в+μ_н-2)+X_νcos(ν_в+μ_н-2)-A sin(μ_н-); (28 )
х_ν'=х_μ'cos(μ_н-ν_н)+y_μsin(μ_н-ν_н);(29')
х_кν=х_кcosν_н-y_кsinν_н; (30')
Определяют в плоскости, перпендикулярной образующей задней грани второго ножа, координату U_n' n-й точки режущей кромки второго ножа (см. фиг.9), взаимодействующей в данном положении ножей с n-й точкой режущей кромки первого ножа и поэтому имеющей одинаковую с последней координату по оси Z, по формуле:
U_n'=х_кν-х_ν' (31')
Вычисления по формулам (15. 18) и (27'.29',31') производят для ряда значений Z_n, находящегося в пределах
Z_n=0. с определенным интервалом.

Затем по полученному ряду значений U_n' строят график U'=f(z), который является теоретическим профилем режущей кромки (задней грани) второго ножа. Проводя через точку j' с координатой Z=0 прямую i'j'k' параллельно оси барабана, получают аппроксимированный профиль режущей кромки (задней грани) второго ножа.

Графоаналитическим методом определяют радиус кривизны ρ_н крайних участков hi' и kl' профиля.

Протяженность L' прямой i'j'k', равная протяженности участка переднего конца проката, на котором имеет место отклонение дугообразного в плане реза от требуемого, определяют по формуле:
Lʹ=2,
(32') где U_Z=0 '- координата U' точки j', пересечения кривых.

Из ряда полученных значений U_n' выбирают максимальное, обозначение на фиг.9 U_mах'.

Максимальную величину δ_mах' отклонения аппроксимирующего профиля (прямой i'j'k' от аппроксимируемого (теоретического) определяют по формуле:
δ_mах'=U_mах'-U'_z=0 (33')
Максимальная величина Δ _mах' зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, равна, как отмечено выше, величине δ_mах', т.е.

Δ_mах'= δ_mах'.

Подставляя известные конструктивные параметры ножниц в вышеприведенные формулы и выполняя расчет в соответствии с вышеизложенной методикой для прототипа с применением ЭВМ, для конкретных ножниц, выполненных в соответствии с прототипом, в итоге получим следующие результаты:
протяженность участка переднего конца проката, на котором имеет место отклонение дугообразного в плане реза от требуемого, составляет:
L'= 907,4 мм, что составляет примерно 45% от длины ножа L_н и 49% от максимальной ширины проката В_пр.;
максимальная величина Δ _mах' зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, составляет:
Δ _mах'=δ_max'=2,5033 мм.

Описываемые ножницы работают следующим образом.

При необходимости обрезки переднего конца раската по команде на рез включают привод 9 ножниц, который через зубчатую передачу 3 сообщает вращение в противоположные стороны барабаном 1 и 2 с закрепленными в них ножами 4 и 5. При этом ножи сближаются между собой и с прокатом 10. По мере взаимодействия с прокатом 10 ножи 4 и 5 воздействуют на него своими передними гранями И и М соответственно и постепенно производят рез сдвигом. При этом на переднем конце проката 10 формируется контур, соответствующий конфигурации в плане задних граней К и Л первого ножа 4 и Н второго ножа 5.

Так как конфигурация в плане боковых участков ab и dе задней грани К первого ножа 4 выполнена по постоянному радиусу ( ρ_ν), соответствующему требуемому радиусу ρ_пр. скругления переднего конца проката 10, а конфигурация в плане боковых участков hi и kl задней грани Н второго ножа 5 выполнена также по постоянному радиусу ( ρ_н), полученному в соответствии с характером относительного движения ножей 4 и 5, то контур боковых участков переднего конца проката 10 будет дугообразным в плане с радиусом скругления, соответствующим требуемому радиусу ρ_пр. скругления переднего конца проката 10.

А так как конфигурация в плане среднего участка bcd задней грани (скоса) Л первого ножа 4 выполнена по постоянному радиусу, равному радиусу ρ_ν основной поверхности К задней грани этого ножа, а конфигурация в плане среднего участка ijk задней грани Н второго ножа 5 на длине L выполнена по прямой, аппроксимирующей конфигурацию в плане этого участка задней грани, то контур среднего участка переднего конца проката 10 на этой же длине L будет усредненной между указанными конфигурациями в плане на этом участке задних граней ножей, т.е. на этом среднем участке будет иметь место отклонение от требуемого дугообразного в плане реза.

Выполнение ножниц в соответствии с изобретением позволяет по сравнению с прототипом уменьшить отклонение дугообразного в плане реза переднего конца проката от требуемого как за счет сокращения протяженности его среднего участка, на котором имеет место некоторое отклонение, так и за счет уменьшения отклонения радиуса кривизны зтого участка от требуемого.

Из приведенного выше сравнения для ножниц указанного типоразмера видно, что протяженность участка, на котором имеет место отклонение конфигурации переднего конца проката от требуемого дугообразного в плане составляет вместо 49% от ширины проката, как в прототипе, всего лишь 34%
Достигнутый от использования описываемых ножниц результат приведет при последующей прокатке обрезанного таким образом раската к снижению динамических нагрузок на валки в чистовой группе клетей стана при захвате ими переднего конца раската, а также уменьшит вероятность застревания прокатанной полосы при входе в моталку.

Дополнительным положительным результатом описываемой конструкции ножниц явилось снижение фактической максимальной величины зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, по сравнению с максимально допустимым при одинаковой технологии изготовления второго ножа ножниц, т.е. одинаковой с прототипом аппроксимации теоретического профиля режущей кромки второго ножа прямой линией.

Для указанного типоразмера ножниц фактическая максимальная величина зазора составляет (для резки проката минимальной толщиной 50 мм) примерно 0,8 мм, в то время, как максимально допустимая для указанного случая величина зазора составляет 2,5 мм, которая для прототипа является одновременно и фактической.

Достигнутое уменьшение зазора, возникающего между ножами в процессе их перекрытия, приведет к повышению качества торца переднего конца обрезанного проката и повышению стойкости ножей.

С другой стороны, уменьшение зазора по сравнению с максимально допустимым предоставляет возможность использовать при необходимости ножницы указанного типоразмера, т.е. предназначенные для резки проката минимальной толщиной 50 мм, для резки проката меньшей толщины, а именно, исходя из рекомендаций непревышения величины максимально допустимого зазора 5% от минимальной толщины разрезаемого проката минимальной толщины
L_min 16 мм.

Формула изобретения

БАРАБАННЫЕ ЛЕТУЧИЕ НОЖНИЦЫ ДЛЯ ДУГООБРАЗНОГО В ПЛАНЕ РЕЗА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА, содержащие два барабана с параллельными осями вращения, соединенные между собой зубчатой передачей, и закрепленные на барабанах ножи, режущая кромка одного из которых в плоскости, перпендикулярной к образующей цилиндрической поверхности его передней грани, выполнена в виде двух симметричных участков с переменным по длине ножа углом наклона, убывающим от плоскости симметрии к краям ножа, задняя грань каждого из ножей выполнена в виде цилиндрической, причем первого из них вогнутой, поверхности, проекция образующей которой на осевую плоскость барабана перпендикулярна к их осям, а теоретический профиль режущей кромки второго ножа, являющийся линией пересечения его передней грани с поверхностью, описываемой режущей кромкой первого ножа при его вращении относительно неподвижного второго, и представляющий собой в плоскости, перпендикулярной к образующей задней грани второго ножа, две пересекающиеся симметричные выпуклые кривые, аппроксимирован прямой, проходящей через точку пересечения этих кривых параллельно оси барабана, при этом максимальная величина отклонения аппроксимирующей прямой от теоретического профиля режущей кромки второго ножа не превышает максимально допустимого зазора между ножами, отличающиеся тем, что, с целью повышения качества реза за счет уменьшения отклонения дугообразного в плане реза от требуемого, на среднем участке задней грани первого ножа выполнен скос в виде вогнутой цилиндрической поверхности того же радиуса кривизны, что и задней грани этого ножа, при этом проекция образующей скоса на осевую плоскость барабанов перпендикулярна к их осям, а в плоскости симметрии ножа расстояние s от образующей цилиндрической поверхности его задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа равно величине максимально допустимого зазора между ножами и угол γ между образующими скоса и задней грани определяют из уравнения




где A - расстояние между осями вращения барабанов, мм;
x₀ - расстояние от осевой плоскости барабанов до точки режущей кромки второго ножа, наиболее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, в положении начала перекрытия ножей, мм;
y₀ - расстояние от точки режущей кромки второго ножа, наиболее удаленной от оси вращения несущего этот нож барабана, до плоскости, проходящей через эту ось перпендикулярно к осевой плоскости барабанов, в положении начала перекрытия ножей, мм;
s - в плоскости симметрии первого ножа расстояние от образующей цилиндрической поверхности задней грани до точки пересечения образующей цилиндрической поверхности скоса с передней гранью этого ножа, мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15