blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-4-308-314blackmet-1645Research ArticleНАУКА ПРОИЗВОДСТВУSCIENCE APPLICATIONК ИССЛЕДОВАНИЮ КИНЕМАТИКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ НОЖНИЦ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ НОЖАМИKINEMATICS OF METALLURGICAL CUTTERS WITH PARALLEL BLADESБычковИ. В.BychkovI. V.

аспирант кафедры «Механика и машиностроение»

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Postgraduate of the Chair “Mechanics and Mechanical Engineering”

Novokuznetsk, Kemerovo Region

elbibl@mail.ruДворниковЛ. Т.DvornikovL. T.

д.т.н., профессор кафедры «Механика и машиностроение»

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. Eng., Professor of the Chair “Mechanics and Mechanical Engineering”

Novokuznetsk, Kemerovo Region

tmmiok@yandex.ruЖуковИ. А.ZhukovI. A.

д.т.н., доцент кафедры «Механика и машиностроение»

654007, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42

Dr. Sci. Eng., Assist. Professor, Head of the Chair “Mechanics and Mechanical Engineering”

Novokuznetsk, Kemerovo Region

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201920062019624308314Copyright © Бычков И.В., Дворников Л.Т., Жуков И.А., 20192019Бычков И.В., Дворников Л.Т., Жуков И.А.Bychkov I.V., Dvornikov L.T., Zhukov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1645

Процесс резания на ножницах с параллельными ножами состоит из трех периодов: вмятия ножей в металл; резания; скалывания (отрыва). Максимальное усилие требуется в конце периода вмятия и начале резания. Так как один из ножей неподвижен, то второму в процессе резания нужно углубиться на всю толщину металла, чтобы разрезать заготовку. Например, если толщина металла20 мм, то для его разрезания верхнему ножу нужно пройти20 мм. Если сделать подвижными оба ножа, которые будут двигаться навстречу друг другу, то усилия резания станут меньше. При этом каждый нож при резании металла толщиной20 ммбудет проходить расстояние10 мм. Для того, чтобы механизм ножниц с двумя подвижными ножами не был излишне сложным, важно обеспечить его подвижность от одного привода. Встает актуальный вопрос о возможности организации встречного движения ножей при гарантированной прочности звеньев, передающих усилия на ножи. Предлагается кинематическая схема ножниц с параллельными ножами, движущимися параллельно друг другу в вертикальной плоскости. Преимущества предложенной конструкции ножниц заключаются в том, что при встречном движении ножей требуется меньше усилий для разрезания заготовок; усилие от каждого ножа распределяется на два шатуна, что снижает нагрузку на каждый из них. Так как ножи движутся навстречу друг другу, то основное усилие резания распределяется по звеньям механизма и передается к двигателю, что позволяет снизить нагрузку на станину и фундамент при резании. При встречном движении ножей происходит более быстрое разделение металла, что позволяет сосредоточить максимальное усилие в момент реза при минимальной нагрузке на двигатель; отрезаемая часть заготовки не уходит ниже рольганга в конце резания, поэтому не требуется установки нижнего подвижного стола. Подвижность предлагаемого механизма определена по формуле П.Л. Чебышева и ее значение составило единицу. Кинематический анализ ножей проведен с использованием специального метода, который заключается в использовании точки пересечения шатунов.

Cutting with parallel blades cutters consists of three periods: blades ridging in metal; cutting; chipping (separation). Maximum force is required at the end of the ridging period and at the beginning of cutting. Since one of the blades is stationary, the second blade in cutting process has to go deep into the entire thickness of metal to cut the billet. For example, if thickness of metal is20 mm, then the upper blade needs to pass20 mmfor its cutting. If you make both blades moving towards each other, cutting effort will be less. In this case, each blade cutting20 mmof metal will pass 10mm. In order not to make mechanism of cutter with two movable blades too complicated, it is important to ensure its mobility from one drive. So, there acute the issue of arrangement possibility of blades moving towards each other with guaranteed strength of the units, transmitting effort on the blades. Kinematic scheme of cutters with blades moving parallel to each other in a vertical plane is proposed. Advantages of the proposed cutters design are the following: counter movement of blades requires less effort to cut the billet; force from each blade is distributed to two connecting rods, reducing load on each of them; since blades move towards each other, the main cutting force is distributed along the units of the mechanism and is transmitted to the engine, which reduces load on the frame and foundation when cutting; when blades move towards each other, metal separation occurs faster, it allows to concentrate maximal force during cutting with minimal load on the engine; the cut part of the billet does not fall below the roller bed at the end of cutting, so installation of the lower movable table is not required. Mobility of the proposed mechanism is determined by P.L. Chebyshev formula with its value = 1. Kinematic analysis of blades is carried out using a special method, which is in using point of connecting rods intersection.

высокотемпературное моделированиеверхняя и комбинированная продувкаконвертерная ваннареакционная зонагидрогазодинамикатепломассообменcuttersparallel bladesmetallurgical equipmentmetal cuttinglever mechanismkinematicsvelocity diagramacceleration diagramReferencesНикитин А.Г., Епифанцев Ю.А., Демина Е.И. Определение усилия резания на ножницах предварительно изогнутой полосы // Изв. вуз. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 5. С. 386, 387.Nikitin A.G., Epifantsev Yu.A., Demina E.I. The determination of cutting force on the scissors at pre-curved strip cutting. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015, vol. 58, no. 5, pp. 386, 387. (In Russ.).Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов // Главный механик. 2016. № 9. С. 44 – 48.Hydraulic guillotine shears, CNC guillotine shears for sheet materials cutting and processing. Glavnyi mekhanik. 2016, no. 9, pp. 44–48. (In Russ.).Никитин А.Г., Епифанцев Ю.А., Демина Е.И. Расчет предварительного изгиба полосы при резке на ножницах // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 2. С. 142, 143.Nikitin A.G., Epifantsev Yu.A., Demina E.I. Calculation of preliminary bending of strip during cutting by shears. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, vol. 59, no 2, pp. 142, 143. (In Russ.).Стерлигова Я.М., Демина Е.И. Анализ работы ножниц для резки металла // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2017. № 1 (19). С. 46 – 48.Sterligova Ya.M., Demina E.I. Analysis of metal cutters operation. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2017, no 1 (19), pp. 46–48. (In Russ.).Никитин А.Г., Демина Е.И., Баженов И.А. Экспериментальное исследование резки на ножницах предварительно изогнутой полосы проката // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 4. С. 333, 334.Nikitin A.G., Demina E.I., Bazhenov I.A. Experimental investigation of pre-curved stripe cutting by scissors. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, vol. 61, no. 4, pp. 333, 334. (In Russ.).Nikitin A.G., Demina E.I., Zhivago E.Ya., Dvornikov L.T., Saruev L.A. Energy-saving method of cutting a pre-bent bar on the shear machine // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 411. P. 1 – 5 (012053).Nikitin A.G., Demina E.I., Zhivago E.Ya., Dvornikov L.T., Saruev L.A. Energy-saving method of cutting a pre-bent bar on the shear machine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 411, pp. 1–5 (012053).Машины и агрегаты металлургических заводов. Т. 3. / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. – М.: Металлургия, 1988. – 680 с.Tselikov A.I., Polukhin I.P., Grebenik V.I. Mashiny i agregaty metallurgicheskikh zavodov. T. 3. [Machines and units of metallurgical plants. Vol. 3.]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 680 p. (In Russ.).Полезная модель 2010128671/02 РФ, МПК F16H 21/16 (2006.01). Кривошипно-ползунный механизм с двойным ползуном / Дворников Л.Т., Соловьев А.С.; заявл. 09.07.2010; опубл. 27.02.2011. Бюл. № 7.Krivoshipno­polzunnyi mekhanizm s dvoinym polzunom [Crankslider mechanism with double slider]. Utility model patent 2010128671/02 РФ, МПК F16H 21/16(2006.01). Byulleten’ izobretenii. 2011, no. 7. (In Russ.).Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учебное пособие для студентов вузов. 4-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 1996. – 592 с.Artobolevskii I.I. Teoriya mekhanizmov i mashin: Uchebnoe posobie dlya studentov vuzov [Theory of mechanisms and machines. University manual]. Мoscow: Mashinostroenie, 1996, 592 p. (In Russ.).Dvornikov L.T., Gudimova L.N. The development of structural analysis methods for flat complex rod kinematic chains. X International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms. Technikal University of liberec departament of textile machine design, september 2-4, 2008. – Liberec, Czech Republic. Р. 205 – 212.Dvornikov L.T., Gudimova L.N. Development of methods structural analysis of flat complex rod kinematic chains. In: X Int. Conf. on the Theory of Machines and Mechanisms. Technical University of Liberec, department of textile machine design, September 2­4, 2008. Liberec, Czech Republic, pp. 205–212.Davitashvili N., Demetrasze L., Kapanadze L., Kapanadze N. Dynamic analysis of runners driving hinged mechanisms with two degrees of freedom of loop-forming elements of warp-knitting machines. X International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, Technikal University of liberec departament of textile machine design, september 2-4, 2008. – Liberec, Czech Republic. Р. 177 – 185.Davitashvili N., Demetrasze L., Kapanadze L., Kapanadze N. Dynamic analysis of runners driving hinged mechanisms with two degrees of freedom of loop-forming elements of warp-knitting machines. In: X Int. Conf. on the Theory of Machines and Mechanisms. Technical University of Liberec, department of textile machine design, September 2­4, 2008. Liberec, Czech Republic, pp. 177–185.Dumitru Mihaescu, Florina-Liliana Buzescu. Study on dynamic behavior of yarns wound on rotating circular disks. X International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, Technikal University of liberec departament of textile machine design, september 2-4, 2008. – Liberec, Czech Republic. Р. 399 – 406.Dumitru Mihaescu, Florina-Liliana Buzescu. Study on dynamic behavior of yarns wound on rotating circular disks. In: X Int. Conf. on the Theory of Machines and Mechanisms. Technical University of Liberec, department of textile machine design, September 2­4, 2008. Liberec, Czech Republic, pp. 399–406.Vavrincikova Viola Prispevok k dynamickemu rieseniu mechanizmu pre orientaciu. X International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, Technikal University of liberec departament of textile machine design, september 2-4, 2008. – Liberec, Czech Republic. Р. 685 – 692.Vavrincikova Viola. Prispevok k dynamickemu rieseniu mechanizmu pre orientaciu. In: X Int. Conf. on the Theory of Machines and Mechanisms. Technical University of Liberec, department of textile machine design, September 2­4, 2008. Liberec, Czech Republic, pp. 685–692. (In Czech.).Rudolf Vrzala, Iva Petrikova Mechanika prenosu pohybu celnimi stenami trecich kotoucu s rovnobeznymi osami. X International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, Technikal University of liberec departament of textile machine design, september 2-4, 2008. – Liberec, Czech Republic. Р. 703 – 708.Rudolf Vrzala, Iva Petrikova. Mechanika prenosu pohybu celnimi stenami trecich kotoucu s rovnobeznymi osami. In: X Int. Conf. on the Theory of Machines and Mechanisms. Technical University of Liberec, department of textile machine design, September 2­4, 2008. Liberec, Czech Republic, pp. 703–708. (In Czech.).Nielsen J., Roth B. On the Kinematic Analysis of Robotic Mechanisms // The International Journal of Robotics Research. 1999. Vol. 18 (12). P. 1147 – 1160Nielsen J., Roth B. On the kinematic analysis of robotic mechanisms. The International Journal of Robotics Research. 1999, vol. 18 (12), pp. 1147–1160.Ravani B., Roth B. Mappings of Spatial Kinematics // J. Mech. Des. 1984. Vol. 106(3). P. 341 – 347.Ravani B., Roth B. Mappings of spatial kinematics. J. Mech. Des. 1984, vol. 106 (3), pp. 341–347.Chew M., Shen N.T., Issa G.F. Kinematic Structural Synthesis of Mechanisms Using Knowledge-Based Systems // J. Mech. Des. 1995. Vol. 117(1). P. 96 – 103.Chew M., Shen N.T., Issa G.F. Kinematic structural synthesis of mechanisms using knowledge-based systems. J. Mech. Des. 1995, vol. 117 (1), pp. 96–103.Kong X., Gosselin C.M. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. – 272 p.Kong X., Gosselin C.M. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007, 272 p.Janabi-Sharif F., Shchokin B. A rotary parallel manipulator: Modelling and workspace analysis. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), New Orleans, LA, 2004. Р. 3671 – 3677.Janabi-Sharif F., Shchokin B. A rotary parallel manipulator: Mode ling and workspace analysis. In: Proc. of the IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). New Orleans, LA, 2004, pp. 3671–3677.Дворников Л.Т. О кинематической разрешимости плоской четырехзвенной группы Ассура четвертого класса графоаналитическим методом // Изв. вуз. Машиностроение. 2004. № 12. С. 9 – 15.Dvornikov L.T. On kinematic solvability of flat four-link Assur group of the fourth class by graph-analytical method. Izv. vuz. Mashinostroenie. 2004, no. 12, pp. 9–15. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.