CC BY
48
УДК 621.01
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА НОЖНИЦ ДЛЯ РЕЗКИ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
© 2009 г. А.В. Владимиров
Южно-Российский государственный университет South-Russian State University
экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shahty
Представлено исследование кинематических параметров прямолинейно-огибающего механизма ножниц для резки листового проката. Полученные кинематические зависимости позволяют определить все параметры исполнительного механизма ножниц, совершающего сложное движение - огибание. Представлено устройство ножниц для резки листового проката, техническая новизна которых подтверждается патентом.
Ключевые слова: прямолинейно-огибающий механизм; ножницы для резки листового металла.
Research of kinematic parameters of the mechanism of scissors for scissoring metal sheet during rolling are presented. Obtained kinematic dependences allow to define all parameters of the executive mechanism of the scissors doing of the rounding driving. The device of scissors for scissoring metal sheet is presented and novelty of engineering are proved of the patent.
Keywords: rectilinearly-enveloped mechanism; scissors for metal sheet.
Существующие ножницы для резки листового проката обладают высокими энергозатратами и низким качеством реза, связанным со смятием кромки металла. Эти явления обусловлены применением в качестве основы ножниц механизмов с возвратно-поступательным или вращательным движением. Проведенные исследования показали, что для обеспечения качественного реза необходимо выполнение двух условий: постоянство перекрытия между ножами и постоянство угла резания. Так, поступательное движение косого ножа типа гильотинного обеспечивает постоянство угла резания, но не обеспечивает постоянства перекрытия, а вращательное движение ножа обеспечивает постоянство перекрытия, но при этом меняется угол резания [1]. Кроме того, вращательное движение ножа сопровождается появлением пиков нагрузки в начале и конце реза, обусловленных уменьшением угла резания при врезании ножа в металл и выходе из него. Гильотинные ножницы обеспечивают более высокое качество листового проката, если резание производится по ударной технологии с высокой скоростью подвижного ножа, но это же условие приводит к быстрому износу режущей кромки, вследствие чего нож затупляется и сминает кромку на обрабатываемом металле. Обработка смятой кромки металла очень трудоемкий процесс, вызывающий высокие затраты времени и средств.
Обеспечить постоянство перекрытия между ножами и постоянство угла резания способны ножницы, выполненные на основе прямолинейно-огибающего механизма (рисунок).
Устройство состоит из неподвижного основания 2, на котором с возможностью вращения установлено приводное рычажное звено 1 и шарнирно связанное с верхним подвижным ножом 3, который шарнирно установлен на ползуне 5, совершающим возвратно-поступательное движение по направляющим в основании 2, и нижнего подвижного ножа 5, связанного с приводным рычажным звеном 1 шарниром, расположенным с противоположной стороны от оси вращения приводного рычажного звена, и шарнирно установленного на ползуне 6, который перемещается в вертикальных направляющих основания 2. Режущие кромки верхнего 3 и нижнего 4 подвижных ножей образованы дугами окружностей радиусами R1, R2 соответственно. Центр кривизны режущей кромки верхнего подвижного ножа (точка М) расположен со стороны приводного рычажного звена 1 на продолжении оси, проходящей через шарнир приводного рычажного звена и шарнир, соединяющий верхний подвижный нож с ползуном 5, а центр кривизны режущей кромки нижнего подвижного ножа (точка М') расположен со стороны соединенного с ним ползуна 6 на продолжении оси, проходящей через шарнир, соединяющий нижний подвижный нож с ползуном 6, и шарнир приводного рычажного звена 1 [2].
Положение точек М и М', имеющих шатунные кривые с прямолинейными участками, определяется одним из методов синтеза симметричного прямолинейно-направляющего механизма, известных в теории механизмов и машин.
L = 2r sin ф1 | 1 + |;
Г (1 - cos ф1)
Из условия равенства длин Ь1 и Ь2 прямолинейных участков шатунных кривых определяется неизвестный параметр г3:
г3 = 2Ь + г2.
Качение верхнего ножа 3 относительно прямой, параллельной прямолинейному участку траектории точки М, обеспечено при любом R1, но из условия минимального скольжения ножа по разрезаемому материалу листового проката радиус R1 выбирается таким, чтобы длина дуги окружности, образующей кромку ножа 3, была равна ширине листа разрезаемого проката, т. е. Ь1. При соблюдении условия минимального скольжения радиус дуги окружности, образующей режущую кромку верхнего подвижного ножа, определяется формулой
R =
risin Ф1 ^+ь
. r sin ф,
arcsin --—
b
Схема прямолинейно-огибающего механизма ножниц для резки листового проката
Длины прямолинейных участков шатунных кривых Ь1 и Ь2 равны между собой и равны ширине
листа разрезаемого проката, а определяются выражениями:
Условие минимального скольжения должно соблюдаться и для качения нижнего подвижного ножа 4, а поскольку радиус R 2 также выбирается таким, чтобы длина дуги окружности, образующей кромку ножа 4, была равна ширине листа разрезаемого проката, то радиус R 2 можно определить по формуле
Г sin ф1
R2 =-
-1
b
arcsin
Г, sin ф! b
L2 = 2r1 sin Ф1 I b ~ 1
где г1 - радиусы кривошипов приводного рычажного звена; Ь - расстояние между шарнирами кривошипов приводного рычажного звена и соответствующих ползунов; ф1 - угол поворота приводного рычажного звена, соответствующий началу рабочего хода ножниц; г2, г3 - расстояния от шарниров кривошипов приводного рычажного звена до центров кривизны режущих кромок верхнего и нижнего подвижных ножей соответственно.
Расстояние г2 определяется из условия наилучшего приближения траектории точки М к прямой линии, приравняв ее координаты в крайнем положении при ф1 , соответствующем началу рабочего хода ножниц, и в среднем положении при ф1 = 0
• ism ф! 1 - cos arcsin --—
Постоянство перекрытия между ножами 3 и 4 обеспечено из условия равенства длин прямолинейных участков соответствующих шатунных кривых -Ь1 = Ь2 и при условии равенства радиусов дуг окружностей, образующих кромки ножей - R 1 = R 2.
Во время вращения приводного рычажного звена 1 подвижные ножи 3 и 4 расходятся в крайние верхнее (для ножа 3) и нижнее (для ножа 4) положения, что соответствует холостому ходу ножей и движению направляющих точек М и М' по криволинейным участкам соответствующих шатунных кривых, при этом в образовавшийся раствор ножей 3 и 4 вводится разрезаемый лист. При дальнейшем вращении приводного рычажного звена 2 подвижные ножи сходятся, совершая сложное движение - катящийся рез, а листовой материал разрезается при постоянном перекрытии ножей 3 и 4 и при постоянном максимальном угле резания. В этот момент точки М и М' двигаются по соответствующим прямолинейным участкам шатунных кривых, параллельным поверхности разрезаемого листа. Дальнейшее движение приводного звена 1 вновь растворяет ножи 3 и 4, а разрезаемый лист вводится в образовавшийся раствор.
r =
2
Такой механизм ножниц со сложным огибающим движением исполнительного органа обладает высокой передаточной функцией, что приводит к снижению требуемых усилий на приводе на порядок. Кроме того, движение исполнительного органа происходит плавно, подобно тому как нога человека перекатывается с пятки на носок во время ходьбы, исключая избыточную динамику процесса, что повышает износостойкость инструмента. Конструкция таких ножниц не испытывает пиковых нагрузок в начале и конце реза, а также отсутствуют скольжение при обкатывании и потери на трение за счет того, что длина режущей кромки подвижного ножа равна длине прямолинейного участка траектории центра кривизны режущей кромки. Четыре режущие кромки подвижных ножей, образованные попарно дугами окружностей, позволяют продлить срок эксплуатации ножниц до заточки. Смена режущей кромки обеспечивается поворотом или переворотом ножа, который легко демонтируется с приводного механизма. Практический опыт разра-
Поступила в редакцию
ботки таких ножниц показал их принципиальную работоспособность и превосходство над существующими аналогами по критерию энергоемкости на порядок [3].
Литература
1. Королев А.А. Механическое оборудование цехов черной и цветной металлургии. М., 1976. С. 249-250.
2. Решение о выдаче патента на изобретение РФ, МПК 7 B23D 15/02. Ножницы для резки листового проката / А.В. Владимиров; заявитель и патентообладатель Юж.-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса. № 2007144677/02; заявл. 30.11.2007.
3. Кузнецов С.А., Владимиров А.В. Прямолинейно-огибающие механизмы. Анализ и синтез: монография. Шахты, 2007.139 с.
9 апреля 2009 г.
Владимиров Алексей Викторович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Прикладная механика и конструирование машин», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. (86362) 2-04-33 доб. 2042. E-mail: [email protected]
Vladimirov Aleksey Victorovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Applied mechanics and designing of machines», South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. (86362) 2-04-33 доб. 2042. E-mail: [email protected]
