加工大理石大板框架锯机的结构及技术特点一

蠹嚣设备开发，，‘篡芝? 加工大理石大板框架锯机的结构及技术特点 廖原时 (福建厦门新安德石业发展有限公司，福建厦门361012) 目前国内外加工大理石大板的主要设备是框架锯 机(以下简称排锯)。本文将分析介绍目前国内外常 用排锯的结构特点、技术性能和用途。 1排锯的种类 加工大理石大板的工艺方法和涉及到的加工设备 多种多样，目前主要采用金刚石锯条往复直线运动锯 切原理的排锯加工。自安装金刚石锯条的大理石排锯 问世以来，曾使用过的结构和运动方式有：荒料固 定，锯框往复水平直线运动，同时下降进给切割的传 统平移式排锯；锯框固定往复水平直线运动，荒料升 降进给切割的现代平移式排锯；锯条垂直往复直线运 动，荒料水平移动进给的垂直式排锯；还有锯机框架 固定往复直线运动、锯条沿框架立柱升降进给运动、 荒料固定等结构的排锯；早期个别排锯还采用过一种 锯框和主动力系统同时升降的切割进给运动方式，因 机构复杂等问题，最后这种结构的排锯已经被淘汰。 按照安装金刚石锯条的多少，可将排锯分成安装 锯条数量少于等于10根的小型排锯，安装锯条数量 在10。40根之间的中型排锯，安装锯条数量超过40 根的大型排锯。 2排锯的结构 大理石排锯一般由主动力系统，锯框机构(包括 锯框平移及液压张紧机构)，锯切进给机构(荒料车升 降式排锯的料车平台升降机构、或锯框升降式排锯的 锯框升降机构)，主机框架，荒料车和摆渡车，电控系 统，冷却水喷淋机构，防护系统和基础等部分组成。 2．1主动力系统 排锯的主动力系统用于驱动锯框往复直线运动， 包括主电机，传动系统，主飞轮和主轴支承系统，曲 电 话：13801370390 电子邮件：liaoyuamhil97@sina．toni 柄连杆机构等部件，全部固定在专用基础上。 2．1．1主电机 主电机功率的大小与所安装锯条的数量、类型、 运动方式、被加工的石材的硬度、磨耗等因素有关。 小型排锯的主电机功率一般为30～37kW，中型排锯 主电机功率55。75kW，装有80根锯条的大型排锯， 其主电机的功率达到110—132kW或更大。 2．1．2主飞轮 主飞轮的性能决定了锯框的运动性能，其直径的 大小取决于锯条的运动方式、安装锯条数量的多少， 一般大型排锯主飞轮的直径为2．5～3．5m。主飞轮选 用优质铸铁或球墨铸铁分成两个剖分半圆分别铸造、 合并加工制成。要求其具有良好的动平衡性能，以使 其转动角速度均匀，一般要求旋转质量的不均匀性不 得超过5％；足够的转动惯量可使锯框的运动平稳， 供电电流波动小，电能消耗小。 2．1．3主传动系统 主电机的动力是通过主传动系统传递给主飞轮。 主电机与主飞轮之间一般为一级或二级皮带传动形 式，见图l，用平胶带和三角带传递动力。两级传动 结构中，从主电机至中间传动轴一般都采用三角带传 图l 意大利SIMEC公司SFERA排锯一级三角带主传动系统 《石材》 2008年9期·2l· 万方数据 嚣鬣、设备开零慧毒 动；中间传动轴到主飞轮使用平胶带，也有两级传动 大达到1000mm。小型排锯锯条往复行程一般是 全部使用三角带的结构。在一级传动中，主电机与主420—500mm；中型排锯的锯条往复行程是500． 飞轮之间既有采用平胶带，也有使用三角带传动的， 600mm。图3是山东华兴公司生产的现代大型排锯的 见图1。如果在一级传动的主电机轴上安装一个液力 曲柄、连杆及相关连接机构。 偶合器，见图2，可使锯框的启动更平稳和容易，减 少动力损失，并起到过载保护作用。也有在二级传动 的系统中使用液力耦合器的结构。 图2意大利BM公司BMl00排锯带液力耦合器的 一级三角带主传动系统 2．1．4主轴和支承系统 主轴是安装主飞轮、曲柄、曲柄(偏心)轴、支 承轴承等零部件的主体。主飞轮两侧各有一个轴承座． 内装·个大直径的双列向心球面滚子轴承。主轴既要 带动重达10t左右的主飞轮旋转，还要承受来自连杆 的交变冲击力。因此，要求主轴具有足够的强度、刚 度和抗疲劳性能。一些大型排锯主轴的直径达到或超 过280ram、长度2150mm；即使安装40根锯条的中型 排锯，其主轴直径有时也达到270ram。主轴一般都采 用合金钢材料锻造、经热处理后机械加工制成。 主轴的轴承支座都采用分型式结构，便于维修和 调整。主轴组件所承受的力，通过轴承座传递给基 础。轴承座一般采用高强度铸铁制造，为了提高其强 度，目前也有用铸钢制造的。 主轴上的双列向心球面滚子轴承或可调滚柱轴承 都采取油浴润滑方式。 2．1．5曲柄连杆机构 曲柄连杆机构包括曲柄、连杆、相关的连接机构 等。曲柄长度的两倍等于锯框的往复行程。目前使用 的各种大型排锯，锯框的往复行程一般为800mm．最 |奎|3山乐华兴公司生产现代 大型排锯曲柄连杆及相关连接机构 目前各种规格荒料升降式现代排锯，都采用双连 杆式结构，确保锯框的运动精度，不会产生任何误 差，平衡功率的传递，改善主飞轮受力状态。并缩短 锯机的总长度，但锯机的结构将会变的复杂。总之． 连杆与锯框端部连接的双连杆结构，是目前国际上最 先进的排锯结构之一。 早期排锯多采用单连杆结构，只能用于荒料固 定、锯框升降式进给运动方式。机架往复运动的中小 型排锯也都采用双连杆驱动系统，以保证机架整体运 动的平稳性。 排锯的连杆体为型钢，与曲柄轴和锯框连接的部 分采用铸钢件焊接而成，成对点焊成一个整体件加 工，以保证两条连杆的相对位置精度。木制和层压板 制成的连杆在早期传统排锯中使用，现代排锯已不再 使用。由于使用金刚石锯条锯切石材，不论哪种进给 运动方式的排锯，锯切过程中，连杆长度都不需要调 整。 2．2锯框机构 由锯框、锯框平移机构、锯条、锯条张紧机构等 部件组成的锯框是支承、安装锯条的基本构件。 2．2．1锯框 锯框一般由两根纵梁、前后各一个横架螺栓联接 万方数据 组成。横架由上下两块钢板焊接而成，矩形或圆形截 面的侧梁与横架通过螺栓连接成为一个整体矩形框 架；也有用铸铁制造的纵梁，横架为锻造件结构。要 求锯框具有足够承载液压张紧系统的能力和刚度，确 保最多可安装100根锯条的能力。 单连杆排锯的锯框与连杆在锯框端部中心部位连 接；双连杆排锯，连杆都在锯框的端部与其连接；也 曾出现过每根连杆与锯框的侧面中心部位铰接结构的 双连杆排锯。 2．2．2锯条张紧机构 锯条张紧机构是保持锯条处于良好工作状态的关 键机构。目前常用的锯条张紧方式有楔块张紧式、螺 栓张紧式和液压张紧式三种，现代新型排锯中使用最 多的是液压张紧方式。 排锯的液压式张紧机构由液压泵站和张紧机构两 部分组成，用液压胶管将他们连接起来。其优点是可 使全部锯条均匀张紧，自动调节、补充每根锯条的张 紧力，工作时的张紧力自始至终均匀一致，工作可 靠，所加工的板材面光滑，平整度高，降低磨抛成 本，提高生产效率。 2．2．3锯框往复运动机构 平移式排锯的锯切运动原理是，在连杆的带动 下．锯框带着锯条沿着滑座上的滑动导向机构往复直 线运动．实施对荒料的切割。金刚石锯条只能适合往 复直线运动切割，所以这也是目前现代大中小型排锯 普遍采用的锯切运动方式。排锯的的运动机构，在荒 料升降进给式平移排锯中，飞轮、曲柄、连杆和锯框 可简化成一个对心曲柄滑块机构；在锯框升降进给式 平移排锯中，可简化为一个偏心曲柄滑块机构；两种 结构的滑块体就是锯框。 目前排锯使用的锯框直线运动导引机构分成流体 静压润滑直线导引机构，铰链式直线导引机构，导轨 滚轮式等机构。 2．2．3．1流体静压润滑直线导引机构 流体静压润滑式直线导引机构依和靠锯框固定在 一起的圆筒型滑动套与固定在机架上的滑动圆柱体之 -Tt篓设备并筮纛 间、在高压油液的作用下，形成油膜间隙作为滑动介 质，实现锯框高速往复运动。运动过程中滑动柱体与 滑动套之间理论上无接触。以保证该结构具有很长的 免维护使用寿命。在一套带有保压回路、压力自动补 偿、自动控制报警、停机回路组成的液压系统驱动 下，确保该流体静压润滑系统安全、可靠长期工作。 图4是意大利SIMEC公司SFERA现代排锯使用流体 静压润滑式直线导引机构的结构原理图。就机械结构 的运动原理而言，流体静压润滑式直线导引机构是目 前国际上最先进、具有一流技术水平的排锯锯框直线 导引机构，是采用最先迸机械结构与排锯相结合 的典范。 图4意大利SIMEC公司SFERA排锯 使用的流体静压润滑式直线导引机构 2．2．3．2铰链式直线导引机构 铰链式直线导引机构是由三根连杆、两个固定铰 链、三个移动铰链组成的平面三连杆机构。其中机构 两端两根垂直连杆轴固定在机架上，中间水平连杆中 心安装一个回转轴，该回转轴与锯框固定，承担锯框 往复直线运动的支承．其运动原理见图5。该机构通 过对每根连杆长度的准确运动计算，使连杆机构在其 往复运动行程之内，保持与中心轴连接的锯框始终处 于水平直线运动轨迹。该机构的全部运动只是铰链轴 的低速回转运动，每根铰链轴都由轴承支承，见图2， 所以基本可视为无磨损或低磨损运动，不必像传统滑 动导轨和滚轮式机构那样需要定期更换磨损后的部 件。 铰链式直线导引机构除了用于安装70根以上锯 条排锯外，还用于一些中小型排锯的机架往复直线运 侣材》 2008年9期·23· 万方数据 翼霎ll霞、竣鲁秀美9黍穆 动导引机构，这时的中心轴用于固定支承机架往复直 线运动。 图5意大利BM系列排锯铰链式直线导引机构工作原理图 2．2．3．3导轨滚轮式直线导引机构 矩形导轨滚轮式机构是最常用的导轨滚轮是直线 导引机构之一，由固定导轨支承、定位滚轮等零部件 组成，见图6。该机构的矩形导轨固定在机架上，导 轨上下左右四个方向安装有四个限位滚轮，锯框通过 滚轮在矩形导轨的支承下往复直线运动。调整每个机 构四个滚轮的相对位置，可调整摩擦运动副的间隙， 也可对四根导轨平面度进行调整，还可补偿因导轨或 滚轮磨损出现过大的运动副间隙。 矩形导轨滚轮式机构除了用于大型排锯的锯框往 复直线运动支承外，还用于中小型排锯机架往复直线 运动的支承，见图7。 图6意大利SIMEC公司M系列 排锯的矩形导轨滚轮式直线导引机构示意图 图7意大利SIMEC公司M系列 中小型排锯机架往复直线运动的矩形导轨滚轮式机构 2．2．3．4其他直线导引机构 圆形导轨滚轮式直线导引机构实际是矩形导轨滚 轮式直线导引机构中的一个特例。二者不同之处是支 承导轨的截面形状由矩形改为圆柱，其工作原理和用 途相同。 也有采用一边使用V型导轨配V型垂直滚轮， 另一边使用平导轨配平滚轮的直线运动导引机构的排 锯，通过V型导轨和滚轮限制锯框的水平、垂直窜 动。 采用滚动摩擦的直线导引机构的特点是运动零件 之间的摩擦阻力小，能量消耗低，缺点是支承刚性较 低、滚动副容易磨损。滚动平移机构的下滚轮还应装 有减振和间隙调节装置，以保证导轨或滚轮磨损后， 经过调整可恢复原有的运动间隙。 使用滑动方式的平移机构，运动零件之间均为滑 动摩擦。其特点是提高了锯框的运动刚性和平稳性， 并克服了滚动平移机构中，滚轮过早出现点蚀损坏的 缺陷。滑动平移机构的相对滑动件之间镶有专用减磨 复合材料，以减小摩擦阻力，便于更换磨损零件。但 滑动平移机构的运动摩擦力大，运动能量消耗大，相 对运动件易发热。 2．2．3．5直线导引机构的润滑 对于有接触、低角速度回转运动的铰链式直线导 引机构，采用油脂润滑可以满足要求。早期生产的传 万方数据 统排锯，一般都采用自动滴油润滑方式对接触式滚动 或滑动机构进行润滑。采用接触式直线导引机构的现 代排锯，多采用油浴润滑方式，由位于油槽中的下垂 直滚轮将润滑油带入摩擦副。 2．3锯切进给系统 锯切进给系统包括锯切进给机构，进给传动机构 两大部分。 2．3．1锯切进给方式 锯条的进给方式与锯框的运动方式有关，按照目 前排锯的结构，将锯条进给分为：，用于现代双连杆 大型排锯的荒料车升降、锯框固定往复直线运动的进 给方式，见图8；用于传统单连杆排锯的荒料固定， 锯框带锯条往复直线运动、同时沿立柱升降的迸给方 式，见图9；于中小型排锯的荒料固定，机架往复直 线运动，锯框沿机架立柱升降的进给方式，见图10； 荒料在工作台上水平进给运动，锯框沿近似垂直方向 往复直线运动的垂直式运动排锯，是目前用于人造石 荒料锯切排锯采用的结构形式，见图11。 2．3．1．I荒料升降式排锯的锯切进给机构 图8意大利SIMEC公司SFERA型荒料升降、 锯框固定往复直线运动现代排锯 图9意大利BARSANTI公司锯框升降、 荒料固定传统排锯 图10锯机框架往复直线运动的中小型排锯 图11锯框垂直运动的BRENTON型人造石排锯 这类排锯的锯切进给运动是由安装荒料车的升降 平台的升降实现的。锯切进给机构包括荒料车升降平 台、升降传动机构、荒料车定位机构等部分组成。其 特点是固定位置往复运动的锯条稳定性好，采用近似 或对心曲柄滑块机构运动原理的曲柄连杆和锯框组成 的运动系统具有很好的动力学特性，运动平稳无有害 振动，有利于保证锯切板材的尺寸和形位精度，提高 金刚石锯条的寿命和运动部分的机械寿命。荒料升降 式排锯迸给机构是目前具有国际一流技术水平的排锯 机构，多用于现代大型排锯。 料车升降平台位于四根立柱之间，其升降限位和 导引由固定在四根立柱上的一对菱形和平面导轨完 成。与其它单齿V型定位机构相比，采用多齿啮合方 式用于荒料车在升降平台上的定位机构，具有定位稳 定、可靠等优点，在意大利SIMEC等公司生产的具 有国际先进水平的排锯上都有使用。 大型排锯料车升降平台由直径90ram，螺距12mm 的梯形螺旋丝杆组件提升，以保持超过40t重量的整个 升降运动载荷的刚度和稳定性。全部机构都有护罩保护， 装在立柱结构顶部的圆锥齿轮传动部分，可避免锯机的 水、粉尘及石屑对它们的侵蚀、磨损。 (未完待续) 万方数据