CN105234475B - 一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机：包括机体座、开卷机组、导向传动辊系统、剪切机构、偏心补偿系统、卷取机组、卸料小车系统、废边处理机构、液压气动系统、电气控制系统等；在运行程序的控制下，上料小车使料卷进入开卷机组，通过装在机体上的导向传动辊系统、张力传感器、剪切机构等，把大卷整张板材剪切为所需各种规格的窄条铝带并分别通过转向辊和偏心补偿辊将其卷取到卷取机组上，铝合金带材纵剪完成后，通过卸料小车系统把剪切好的窄条铝带卷卸下，达到剪切铝卷的生产目的。本发明的有益效果为：提高了剪切机的效率和产品成品率，通过采用偏心补偿系统使目前一般剪切机无法避免的铝板带卷边部厚差变化引起的窄条铝带卷的错层问题得到了解决，降低了铝合金材料损耗，大幅提高了经济效益。

Description

一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机

技术领域

本发明涉及的是把冷轧铝合金带卷剪切为所需各种规格窄条铝带卷 的装置，尤其涉及一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机。

背景技术

在铝合金轧制行业，轧制好的的铝卷需要进行精整和分切时，就要 使用各种铝合金带材剪切机。目前常用的铝合金带材剪切机有横剪和纵剪两种 方式，本发明所涉及的是一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机。

铝合金带材纵剪机组，应用于有色金属板带加工领域，主要生产各 种规格的窄条铝带卷。目前国际上铝合金材带纵剪机组普遍采用了先进的自动 化控制系统，剪切速度已达到1000m/min以上，大幅度的提高了生产效率。我 国是世界上最大的有色金属板带加工基地，生产能力接近全球产能的50％，但 目前企业生产效率普遍较低，缺少高质量的产品，关键生产工艺技术和设备还 比较落后，特别是在精密纵剪机生产线领域几乎是空白，没有成规模的专业厂 商，不能满足高端产品的需要，数字化精密纵剪机生产线还主要依赖进口。

纵观国内外的各种铝合金带材纵剪机组，虽然在自动化程度、剪切 速度和生产效率上各有不同，但它们在产品的成品率上都有瓶颈。也就是说现 有的各种铝合金带材纵剪机组都会受到铝合金带卷在轧制过程中板型控制(厚 差变化)的影响，任何轧机都不可能消除轧制过程中的铝合金带卷的厚差变化， 特别是铝合金带卷的边部厚差变化。因此在各种铝合金带材纵剪机组的设计中 或者采用低速运行提高成品率(活套方式)，或者是提高剪切速度而降低了产品 的成品率，这几乎是无法克服的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于改进现有铝合金带材纵剪机的缺陷，提供一种带 偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机。此机组尤其适用于剪切厚度在0.004mm-1mm 范围的铝合金带卷。该设备能够实现高速剪切条件(1000m/min)下的可重复性 剪切精度，可以在连续剪切和长带材剪切时保持恒定的剪切条件，可大幅提高 生产效率和产品成品率(提高约5％)，减少铝合金材料的损耗，降低生产成本， 在节能环保和增加社会经济效益有重要作用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种带偏心补偿的铝合金带材纵剪机，其特征在于： 包括一机体座、一开卷机组、一导向传动辊系统、一剪切机构、一可位移的偏 心补偿系统、一卷取机组、一卸料小车系统、一废边处理机构、一液压及气动 系统、一电气控制系统等组成。其中：

所述机体座由四片金属牌坊、连接横梁、地脚螺栓等组成，是剪切 机的基础支撑机构。所述导向传动辊系统、所述剪切机构、所述可位移的偏心 补偿系统、所述卷取机组等均安装在所述机体座之上，并保持其结构刚性和各 运动机构的运动正确、平稳。

所述开卷机组由上料小车、钢结构机架、电机和齿轮箱、短阶梯式 膨胀芯轴和线性导轨等组成，具有正反转、夹紧、对中和在工作过程中建立可 调的开卷张力的功能，通过PLC运算控制完成恒张力开卷或张力梯度开卷。

所述开卷机组包括：

1)2个坚固、静止的钢结构机架，采用线性导轨和可循环线轴球轴承用于 固定可移动机械支架。

2)2个液压缸将机架沿线性导轨横向移动，可以支撑变速箱、短阶梯式膨 胀芯轴和驱动。

3)2个变速箱带有循环油(包括油污显示和流量控制)。

4)2个阶梯式膨胀芯轴(外径)有4个扇段，通过1个旋转液压 缸、1个连接和楔块调节使中心涨开，用于顶起圆周形套筒。

5)2个驱动带有控制电机、联轴器和气动驱动制动盘。

6)1个上料小车把卷料从卷料存放台输送到开卷机(在套筒圆周上将铝卷 提起)，具有前后行走，到位前减速和举升、落下以及卸套筒功能。

所述导向传动辊系统是安装在机体座身上的1根夹送辊、2根纠偏 辊、2根补偿辊和12根传动碳素辊组成，它们按照铝带材张力控制所需要的不 同包角设置在所述机体座中。在生产过程中，夹送辊和纠偏辊可以对剪切机前 面的带材进行纠偏和稳定处理。带材在运行中将主要与辊系中的传动碳素导辊 接触，其将开卷机引出的带材支撑导引至卷取机组，使带材在剪切过程中运动 平稳，并使带材在剪切时横向展平和剪切稳定，卷取时张力稳定并进行适当的 面压。

所述剪切机构安装在所述机体座的中心，它包括可更换式整体刀架 和剪切传动装置。所述剪切机构用于将带材沿纵向分切成所预先规定的宽度， 是机组的速度基准。

可更换式整体刀架用于机组线外对刀，剪切方式为圆盘刀剪切，有两个刀 轴，剪切宽度由配在刀轴上的定距套和刀盘决定。剪切传动装置通过花键套连 接为整体刀架提供运行动力，剪切方式为主动剪切。剪切机构包括：

1)1个坚固的整体刀架和2个紧固的轨道用于固定剪切机构。

2)可更换式整体刀架的定中装置通过液压操作螺母完成。

3)整体刀架的液压夹紧动作通过旋转油缸和生产线中心线上的横向导轨 完成。

4)整体刀架带有4个轮子，整体刀架上用于固定2个刀轴。

5)整体刀架退出装置通过循环链、减速马达和退出锁扣完成。

6)操作侧的刀头带有轴承装置、通过线性导轨和电机移出，在换刀位置 上的旋转运动通过液压缸完成。

7)刀片间隙调整(重叠量)通过位置电机、行星齿轮滚珠丝杠和无间隙 直线运动主轴和线性导轨以及线性位移编码器(光电系统)来完成，也可以手 动完成。

所述可位移的偏心补偿系统安装在剪切机构下方一侧或两侧(本例为两侧)。它由两个补偿辊、两个张力传感器、两套液压缸和伺服系统组成。偏心补偿系统的设计原理是在张力传感器、液压缸和伺服系统的作用下，解决由于轧制过程中铝带卷边部厚差变化引起的剪切后边部窄条铝带出现的错层问题。偏心补偿系统通过发生位移的方式补偿由于铝带卷边部厚差变化引起的剪切后边部窄条铝带卷的张力误差，维持整个机组的张力稳定，从而解决了边部窄条铝带卷的错层问题(错层误差＜1mm)。

所述可位移的偏心补偿系统是在张力传感器的作用下单独控制剪切铝带材两端最外面的几组窄带卷的张力，即剪切铝带材两端最外面的几组窄条带卷要单独通过可位移的补偿辊，该补偿辊上安装有张力传感器、液压缸和伺服系统，根据张力传感器的数据，液压缸和伺服系统使补偿辊发生位移，发生位移 的方式可以是摆动或是直线移动，通过位置的变化量来补偿带材边部厚差变化 产生的张力不稳定(松弛)，从而消除了由于轧制带材边部厚差变化带来的剪切 后边部窄条带卷的张力误差。然后和其它剪切的窄带卷一起卷取在所述卷取机 组上。

所述卷取机组安装在剪切机构的一侧或两侧，本例它安装在两侧(即 内外卷取)，由机架、电机、变速箱、液压缸、全尺寸膨胀芯轴等组成，可沿机 体座上的线性导轨作自动水平移动。

所述卷取机组用于将剪切后的成品带材重新卷绕在全尺寸膨胀芯轴上。卷 取机组分内、外卷取，可装配多种规格的全尺寸膨胀芯轴。

全尺寸膨胀芯轴随卷取窄条带卷径的增大沿机体座上的线性导轨进行自 动水平位移，全尺寸膨胀芯轴与卷取面压辊形成面压。全尺寸膨胀芯轴为主动 形成卷取张力，可梯度张力卷取或恒定张力卷取，由电气系统完成张力调控。

所述卷取机组包括：

1)2个坚固的静止机架采用于固定变速箱、全尺寸膨胀心轴和驱动。

2)2个变速箱带有循环油(包括油污显示和流量控制)。

3)全尺寸膨胀芯轴带有4个扇段，通过1个旋转液压缸、1个连接杆和楔 块调节使中心涨开，用于拿起圆周形套筒。

4)6个液压缸可以夹紧变速箱输出轴上的全尺寸膨胀芯轴。

6)2个(内外卷取)驱动带有控制电机、联轴器和气动制动盘。

所述卸料小车系统，用于将剪切、卷取后的成品窄条卷材从卷取轴 上卸下，并运出机组线外。卸料小车系统可通过轨道水平横移将窄条卷材从机 内运至机外，可垂直升降以适应不同卷径窄条卷材的运出，可压服分条后的成 品卷材。卸料小车系统上带有液压动力单元。

所述废边处理机构由机架、电机、废边牵引机构、废边锥形缠绕机 构等组成。废边卷取机组采用自喂料形式，安装在剪切机构的下方地坑中。

废边处理机构包括

1)两个坚固的机架用于固定卷取箱、驱动装置、卷取轴和带有螺母锁止 的线性导轨。

2)废边牵引机构通过管道形成负压牵引废边运行。

3)卷取箱带有高度调整压力辊可以压紧废料，带有1个液压操作的废边 退出器，1个锥形卷取轴，通过液压缸移动，主轴端部采用夹钳设计以夹紧废 边。

4)驱动装置带有控制齿轮电机和联轴器。

所述液压及气动系统由液压站、伺服阀和管路组成。所述液压及气 动系统提供的液压源和气动装置可以供生产线上所有液压元件、气动元件使用， 与机械、电气配合完成机组的工作循环。

液压及气动系统包括

1)可控制所有液压操作、气动操作的控制系统。

2)1个液压站带有收油器，安装有各种必要检测和安全元件，同时回路上 装有过滤器。

3)所有必要的管路，从液压装置到阀组件和各个液压元件及所有必要的 阀、气缸。

4)1个压力回路，带有控制泵以及气动管路和安全阀

所述电气控制系统由PLC、传动控制柜和软件组成。电气控制系统 控制纵剪机机组的逻辑和运行，实现机组的动作要求，达到剪切工作工艺要求， 使机组协调、可控运行。

由工业控制计算机实现人机操纵界面，程序控制，具有故障诊断功能，实 时监控各段张力、速度参数，并有显示。机组设有多处安全保护连锁，以确保 安全。

本发明所述的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的有益效果 为：该机组能够实现高速剪切条件(1000m/min)下的可重复性剪切精度，对纵 剪机进行自动、快速精确的补偿调整，确保在连续剪切和长带材剪切时保持稳 定的剪切条件，大幅提高企业生产效率和产品质量，减少铝合金材料的损耗， 降低生产成本，在节能减排上具有重大的经济、社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的机 体座示意图；

图1a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的机 体座侧视图示意图；

图2为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的导 向传动辊系统示意图；

图3为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的开 卷机组示意图；

图3a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机上料 小车示意图；

图4为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的剪 切机构示意图；

图4a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的剪 切机构侧视图示意图；

图5为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的补 偿辊位置示意图；

图5a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机的补 偿系统功能示意图；

图6为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机卷取 机组示意图；

图6a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机卷取 机组侧视图示意图；

图7为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机卸料 小车系统示意图；

图8为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪废边处 理机构示意图；

图9为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机液压 站原理示意图；

图9a为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机开卷 机组液压站原理示意图；

图9b为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机卷取 机组液压站原理示意图；

图9c为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机可更 换式整体刀架液压站原理示意图；

图10为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机电气 控制示意图

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1和图1a所示，所述机体座由金属牌坊1、连接横梁3和地脚 螺栓28构成。连接横梁3在金属牌坊1上下两端多点连接固定，在金属牌坊1 的外表面安装有10条线性导轨2，在金属牌坊1的中间开有方形开孔，两端各 开有圆形和长方形开孔。

所述导向传动辊系统是安装在金属牌坊1上的，它由导向辊29和传 动辊30组成。如图2所示导向辊29为3根辊组成，导向辊29对从开卷机组 32引出的带材进行夹送、纠偏和稳定处理。其后的为传动导辊30，由十二根碳 素辊组成。在生产过程中，带材在运行中将主要与传动导辊30接触；其将开卷 机组32引出的带材支撑导引并通过可更换式整体刀架10送至卷取机组22上， 使带材在剪切的过程中运动平稳，并使带材在剪切时横向展平和剪切稳定。如 图2所示在所述导向传动辊系统中带接头装置31的碳素辊和转向辊15以及补 偿辊18上均安装有张力传感器19(如图5a)，使纵剪机在剪切及卷取时实现张 力稳定。面压辊16对卷取的窄带卷提供适当的面压。

所述开卷机组32由上料小车9、电机4和变速箱5、短阶梯式膨胀 芯轴6和线性导轨2以及旋转液压缸7、对中液压缸8(如图3，图3a)等组成， 具有正反转、夹紧、对中和在工作过程中建立可调的开卷张力的功能，通过PLC 运算控制完成恒张力开卷或张力梯度开卷。如图3所示，所述开卷机组32有2 个坚固、静止的机架作为支撑，采用线性导轨2和可循环线轴球轴承用于固定 可移动机架。有2个对中液压缸8将机架沿横向移动，机架上安装带有循环油 (包括油污显示和流量控制)的变速箱5。2个短阶梯式膨胀芯轴6(外径 )有4个扇段，通过旋转液压缸7使中心涨开，用于顶住圆周形套筒。

如图3a所示，上料小车9把卷料从卷料存放台通过轨道33输送到 开卷机组32上(在套筒圆周上将铝卷提起)，上料小车9装配有电机4和液压动 力单元34，具有前后行走，到位前减速和举升、落下以及卸套筒功能。

所述剪切机构是安装在机体座金属牌坊1的中心方形开孔中间，如图 4及图4a所示，包括可更换式整体刀架10和剪切传动装置，剪切传动装置通 过花键套17带动刀轴12的运动。剪切机构用于将带材沿纵向分切成所预先规 定的宽度，是机组的速度基准。可更换式整体刀架10用于机组线外对刀，可更 换式整体刀架10的定中装置通过液压螺母13完成，剪切方式为圆盘刀剪切， 有两个刀轴12，剪切宽度由配在刀轴12上的定距套和刀盘决定。刀片间隙调 整结构11通过位置电机、行星齿轮滚珠丝杠和无间隙直线运动主轴和线性导轨 2以及线性位移编码器(光电系统)来完成，也可手动操作完成。

所述可位移的偏心补偿系统安装在剪切机构下方一侧或两侧(本例为 两侧)。如图5和图5a所示，它由两个补偿辊18、两个张力传感器19、两套液 压缸或伺服系统20组成。补偿辊18位于分离辊14和转向辊15的下方，通过 可更换式整体刀架10剪切后的窄条铝带卷首先经过分离辊14，然后其两端最 外边的几组易产生错层的窄条铝带卷要单独通过补偿辊18，其它剪切后窄条铝 带卷通过转向辊15，最后使通过转向辊15和通过补偿辊18的窄条铝带卷一起 进入面压辊16并最终卷取在内外卷取机组22(如图6)的全尺寸膨胀芯轴21上。

所述可位移的偏心补偿系统的补偿辊18的位移方式可以是摆动或是 直线移动。如图5a所示，所述可位移的偏心补偿系统通过位移的距离变化来补 偿由于铝带卷边部厚差变化引起的剪切后边部窄条铝带卷松弛引起的张力误 差，维持整个机组的张力稳定，从而解决了边部窄条铝带卷的错层问题(错层 误差＜1mm)。即剪切铝带材两端最外面的几组窄条带卷要单独通过可位移的补偿 辊18，该补偿辊18上安装有张力传感器19、液压缸或伺服系统20，根据张力 传感器19的数据，液压缸或伺服系统20使补偿辊18发生位移，通过位置的变 化量来补偿带材边部厚差变化产生的张力不稳定(松弛)，从而消除了由于轧制 带材边部厚差变化带来的剪切后边部窄条带卷的张力误差。然后和其他剪切的 窄带卷一起卷取在所述卷取机组22的全尺寸膨胀芯轴21上。

所述卷取机组22安装在机体座1的一侧或两侧的圆形和长方形开孔 内，本例它安装在两侧(即内外卷取)，用于将剪切后的成品窄条铝带材重新卷 绕在全尺寸膨胀芯轴21上。如图6所示，卷取机组22可装配多种规格的全尺 寸膨胀芯轴21，并随卷取窄条铝带卷径的增大沿机体座1上的线性导轨2做自 动水平位移。

如图6a所示，所述卷取机组22由机架驱动侧23、机架操作侧24、 电机4、变速箱5、旋转液压缸7(如图3)、全尺寸膨胀芯轴21等组成，工作 时全尺寸膨胀芯轴21与卷取面压辊16(如图5a)形成面压，可沿机体座上的 线性导轨2作水平移动。全尺寸膨胀芯轴21为主动形成卷取张力，可进行梯度 张力卷取或恒定张力卷取，由电气系统完成张力调控。

所述卸料小车系统25如图7所示，用于将剪切、卷取后的成品卷材 从卷取机组22的全尺寸膨胀芯轴21上卸下，并运出机组线外。

卸料小车系统25可通过轨道33水平横移将窄条带材卷从机体座1内运至外面 指定地点。卸料小车系统25可垂直升降以适应不同卷径窄条带材卷的运出，可 压服分条后的成品卷材，卸料小车系统25带有电机4和液压动力单元34。

如图8所示，所述废边处理机构由电机4、变速箱5、线性导轨2、 废边牵引机构26、废边锥形缠绕机构27等组成。所述废边处理机构安装在机 体座1的下方地坑中。废边牵引机构26的工作速度要同整体式刀架10的速度 一致。

通过废边牵引机构26将废边送至废边锥形缠绕机构27中进行缠绕卷取并 压紧。剪切完成后，缠绕卷取的废边团可以通过各种提升装置送至地面。

所述液压及气动系统由液压站、伺服阀和管路组成。如图9所示为 液压站原理示意图，所述液压及气动系统提供的液压源和气动装置可以供生产 线上所有液压元件、气动元件使用，与机械、电气配合完成机组的工作循环。

如图9a所示的是开卷机组32的液压站原理示意图；如图9b为卷取 机组22的液压站原理示意图；如图9c为可更换式整体刀架10的液压站原理示 意图。

如图10所示为本发明提供的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪 机的电气控制示意图，所述电气控制系统由PLC、传动控制柜和软件组成。电 气控制系统控制纵剪机机组的逻辑和运行，实现机组动作要求，达到剪切工作 工艺要求，使机组协调、可控运行。由工业控制计算机实现人机操纵界面，程 序控制，具有故障诊断功能，实时监控各段张力、速度参数，并有显示。机组 设有多处安全保护连锁，以确保安全。

Claims (3)

1.一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机，其特征在于：包括一机体座、一开卷机组、一导向传动辊系统、一剪切机构、一可位移的偏心补偿系统、一卷取机组、一卸料小车系统、一废边处理机构、一液压及气动系统、一电气控制系统；其中：所述机体座由四片金属牌坊、连接横梁、地脚螺栓组成；所述导向传动辊系统、所述剪切机构、所述可位移的偏心补偿系统、所述卷取机组均安装在所述机体座之中；所述开卷机组由上料小车、钢结构机架、液压缸、电机和变速箱、短阶梯式膨胀芯轴和线性导轨组成；所述导向传动辊系统由1根夹送辊、2根纠偏辊和12根传动碳素辊组成，它们按照铝带材张力控制所需要的不同包角设置在所述机体座之中，所述导向传动辊系统中至少有两组以上的传动碳素辊安装有张力传感器；所述剪切机构安装在所述机体座的中心，由可更换式整体刀架和剪切传动装置组成；所述可位移的偏心补偿系统安装在所述剪切机构下方的一侧或两侧，它由补偿辊、张力传感器、液压缸和伺服系统组成；所述卷取机组安装在所述剪切机构的一侧或两侧，它由电机、齿轮箱、液压缸、全尺寸膨胀芯轴组成，卷取机可沿机体座上的线性导轨作自动水平移动；所述卸料小车系统是由轨道、卸料小车和液压单元组成，在剪切完成后，将卷取在全尺寸膨胀芯轴上的窄条铝带卸下并运到指定地点；所述废边处理机构由废边牵引和废边缠绕机构组成；所述液压及气动系统由液压站、伺服阀和管路组成；所述电气控制系统由PLC、传动控制柜和软件组成。

2.根据权利要求1所述的一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机，其特征在于：所述可位移的偏心补偿系统是由补偿辊、张力传感器、液压缸和伺服系统组成，偏心补偿系统设计在所述剪切机构之后和所述卷取机组的全尺寸膨胀心轴之前的位置上，它的原理是在张力传感器、液压缸和伺服系统作用下，通过补偿辊的位移来解决由于铝带卷在轧制过程中的边部厚差变化引起的剪切后边部窄条铝带出现的错层问题，偏心补偿系统发生位移的方式是摆动或是沿直线移动，通过控制一定数量位移的变化补偿由于铝带卷边部厚差变化引起的剪切后边部窄条铝带长度差异导致的张力误差，维持整个剪切机的张力稳定。

3.根据权利要求1所述一种带偏心补偿功能的铝合金带材纵剪机，其特征在于：所述可位移的偏心补偿系统是在张力传感器的作用下单独控制剪切铝带材两端最外面的几组窄条铝带的张力，即剪切后铝带材两端最外面的几组窄条铝带要单独通过可位移的补偿辊，该补偿辊上安装有张力传感器、液压缸和伺服系统，根据补偿辊上的张力传感器的数据，液压缸和伺服系统使补偿辊发生相应数量值的位移，消除由于带材边部厚差变化带来的边部窄条铝带的张力误差，然后使通过补偿辊的窄条铝带和其他窄条铝带一起共同卷取在所述卷取机组的全尺寸膨胀心轴上。