有關滾盤冷床的優化設計研究

【摘 要】本文首先對滾盤鋼管冷床的原理及結構特點進行總結，針對120t轉爐-爐卷軋機制作滾盤式冷床時在達涅利設計的基礎上稍作修改，取得非常好的效果。本文對有關滾盤冷床進行優化設計研究，以期對于滾盤式冷床的應用水平的提升，起到一定的促進作用。

【關鍵詞】滾盤冷床；優化設計；效果

0.引言

滾盤式冷床是由若干根電機單傳的軸組成，軸上安裝一定數量的滾盤，并通過滾盤的旋轉帶動鋼板橫移。這種冷床具有鋼板下表面不被劃傷、散熱好、冷卻效率高、面積利用率高、冷卻均勻、內應力小、鋼板不平度小、便于操作的優點，但存在結構復雜、一次性投資大、使用維護要求較高、故障多的缺點。一般而言，中小型冷床使用滾盤式較多。本文針對滾盤式冷床進行優化設計，不足之處，敬請指正。

1.滾盤鋼管冷床的原理及結構特點

滾盤式冷床主要由冷床輸入輥道、冷床入口鋼板橫移裝置、冷床入口段、滾盤式冷床本體、冷床出口鋼板橫移裝置、冷床出口段、冷床輸出輥道等幾部分組成。滾盤冷床一般用于平板的輸送冷卻，通過滾盤的旋轉將平板平移輸送。將滾盤冷床運用于鋼管生產線是一種新的設想，目前在國內鋼管生產企業還未得到應用，其目的是讓熱鋼管在冷卻過程中不停的旋轉以達到自行矯直的作用，根據鋼管冷卻工藝要求的速度，通過配置保溫、風機強吹冷、水霧冷卻等裝備來控制鋼管冷卻速度，生產出來的鋼管具有較高的直線度和圓柱度，這樣就可減少配置矯直機。冷床的自動化程度高，可由計算機控制運行速度，特別適用于大、中規格的鋼管。

步進齒條冷床相比較，滾盤冷床具有安裝調試更方便，坯料基本沒有跑偏。由于對鋼管強制翻轉，產品的直線度和圓柱度都更好，螺旋冷床和鏈條冷床都無法相比；通過調整撥爪鏈條運行速度，即可實現生產節奏的快速調整。設備配置方面如下所示：

（1）料輥道：上料輥道為V型輥道，安裝時與鋼管軸線呈80°左右的夾角，鋼管在輥道運行時能進行自轉。

（2）上料撥鋼裝置：可用翻板機構將輥道上的鋼管滾動到第一個滾盤槽內。（可與螺旋冷床、鏈條滑軌冷床，步進齒條冷床相同）。

（3）滾盤軸及傳動：每根滾盤軸都進行驅動或用鏈條集中驅動，各組滾盤轉速保持相同，冷床布置與水平面呈一定的坡度。

（4）帶撥爪的鏈條傳動：在鋼管長度方向布置有2～3根帶撥爪的傳動鏈條，鏈條的驅動端位于承料收集架或下料輸送輥道下面；鏈條運動呈脈沖工作制，停留位置時不與鋼管接觸。

（5）滑軌承料收集：承料收集用于需要成組運輸的鋼管，收集后用平移托架運送到輥道上。

（6）下料輸送輥道：成組輸送時用普通圓柱形輥道，單根輸送時可用V形輥道。

2.優化設計方法

鋼板要平穩準確送上冷床，導軌的運動同步非常重要，所以必須保證所有拐臂一的相關位置尺寸一致，在加工制造時應特別注意兩點：一方面是拐臂兩端中心孔間距；另一方面是同一實心軸上的拐臂鍵槽位置保持一致。實心軸上的鍵槽位置在加工時很好保證，一次裝卡加工好一根軸上所有的鍵槽，位置精度較高。拐臂上的鍵槽位置按照受力情況，在設計時都定在位置一處，即上固定座的中間位置。但兩端座之間是尺寸很長的鉚焊件連接起來的，且一般工序是先加工好鍵槽再焊接成型，很難保證所有拐臂的鍵槽位置完全一致，實際加工時效果很不理想。為此，我們根據工藝需要作了改進，在保證拐臂兩端中心孔間距一致的前提下，劃線時以兩中心孔連線作為鍵槽的中心線來確定鍵槽位置，這樣能很好劃線定位，各關鍵尺寸也能得到很好的保證，并且在實際中對受力的影響也不大。

待冷鋼板在進入冷床時溫度一般在500～800℃，出冷床時要求溫度不大于200℃。由于在進入冷床時鋼板溫度較高，并且滾盤式冷床的移動速度比較緩慢一般在0～20m/min，鋼板在緩慢的冷卻過程容易產生變形，為保證冷卻后鋼板的平直度，就必須讓鋼板在冷床上與滾盤均勻接觸，這對冷床本體滾盤上表面的標高公差要求比較高，一般應保證在±1mm。影響冷床滾盤標高的關鍵點在于三個方面：一是滾盤及托輥的外徑誤差；二是軸本身平直度；三是用于支撐滾盤的兩托輥間的中心距。

滾盤及托輥外徑、軸平直由加工均較好保證。兩托輥間的中心距不一致會導致滾盤的高度改變，為保證滾盤轉動時托輥的位置穩固，安裝托輥的支座均是通過平鍵固定在橫梁上。但實際加工時由于劃線的誤差、加工基準的選擇等造成鍵槽的位置精度不能得到很好的控制，由于采用平鍵固定使安裝時支座位置無法調整。鑒于這種情況，我們在原結構的基礎上作了修改，將平鍵改為安裝時可修配調整的階梯鍵，同時增加限位塊，在調試完位置后焊死輔助定位。這樣修改后在保證使用的情況下使設計更加合理。另外，進入滾盤式冷床的鋼板長度在幾米到幾十米不等，這么長的鋼板在冷床上向前運動如果滾輪軸間平行度控制不嚴，鋼板很容易出現斜線或蛇形運動軌跡，這是非常危險的。所以在制作時須保證實心軸的平直；安裝時保證驅動電機的間距、支撐橫梁的位置等正確。

在滾盤式冷床本體上，為減小鋼板熱輻射及氧化鐵皮對滾輪軸的損害，在滾輪軸每兩個滾盤之間均設計有3～5mm厚的套管，在以往的設計中套管兩端的內腔焊有均布的四塊方鋼，方鋼與滾輪軸的間隙為1.6mm，以此來固定套管，但這樣的結構使套管不能得到很好的固定，在冷床使用時，套管隨滾輪軸的轉動產生嚴重的噪音。為消除噪音，我們在以前結構的基礎上作了改進，在方鋼塊和套管上鉆孔，用M6螺釘擰緊來固定套管，由于套管很薄無法攻絲，所以在外面焊兩個M6的螺母用于螺栓的固定，這樣修改既簡單又有效。

有關滾盤軸間聯軸器的改進方面，以往冷床滾盤軸間的聯軸器有凸緣聯軸器、夾殼聯軸器、滑塊聯軸器等，現采用改進型套筒聯軸器。采用該種聯軸器的好處是：（1）套筒聯軸器中間軸四個弧形面與套筒四個平面的接觸面積大，同時受力面積也大，所以承載能力比一般聯軸器大。（2）結構簡單，造價比其他聯軸器都低。（3）兩邊的套筒有一定的角度補償，對滾盤軸的安裝精度誤差有補償作用，抗沖擊性能好。（4）中間軸能串動，因此對滾盤軸的安裝也是相當有利的，且能補償滾盤軸的熱膨脹。（5）套筒分為兩部分，中間用鉸制孔螺栓聯接，使得滾盤軸的更換更便利。

有關滾盤軸的改進方面，滾盤軸一般用調質后的圓鋼加工而成，直徑越大則抗扭截面系數越大，但是也會導致設備投資費用增大。經過初略計算，滾盤軸電機在啟動時，滾盤軸非電機側與電機側扭轉角度為0.35°，因滾盤外徑為500mm，鋼板運動時非電機側比電機側滯后1.5mm。且每根滾盤軸裝配還有兩個套筒聯軸器，這樣鋼板運動時兩側滯后會更大！考慮到冷床長度較長，有可能造成鋼板運動時傾斜而造成事故。故將電機布置改為以下形式：即相鄰兩根滾盤軸裝配電機朝向不同，這樣鋼板兩側的運動滯后就可以相互補償。

3.結語

綜上所述，通過精密的計算與改進后，不僅減小了加工難度，也使該滾盤式冷床設計得更加合理，制造，安裝費用都有所降低，修改后的滾盤式冷床在實際使用中也取得了不錯的效果，現場鋼板無跑偏，下表面無劃傷。

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