有关滚盘冷床的优化设计研究

【摘 要】本文首先对滚盘钢管冷床的原理及结构特点进行总结，针对120t转炉-炉卷轧机制作滚盘式冷床时在达涅利设计的基础上稍作修改，取得非常好的效果。本文对有关滚盘冷床进行优化设计研究，以期对于滚盘式冷床的应用水平的提升，起到一定的促进作用。

【关键词】滚盘冷床；优化设计；效果

0.引言

滚盘式冷床是由若干根电机单传的轴组成，轴上安装一定数量的滚盘，并通过滚盘的旋转带动钢板横移。这种冷床具有钢板下表面不被划伤、散热好、冷却效率高、面积利用率高、冷却均匀、内应力小、钢板不平度小、便于操作的优点，但存在结构复杂、一次性投资大、使用维护要求较高、故障多的缺点。一般而言，中小型冷床使用滚盘式较多。本文针对滚盘式冷床进行优化设计，不足之处，敬请指正。

1.滚盘钢管冷床的原理及结构特点

滚盘式冷床主要由冷床输入辊道、冷床入口钢板横移装置、冷床入口段、滚盘式冷床本体、冷床出口钢板横移装置、冷床出口段、冷床输出辊道等几部分组成。滚盘冷床一般用于平板的输送冷却，通过滚盘的旋转将平板平移输送。将滚盘冷床运用于钢管生产线是一种新的设想，目前在国内钢管生产企业还未得到应用，其目的是让热钢管在冷却过程中不停的旋转以达到自行矫直的作用，根据钢管冷却工艺要求的速度，通过配置保温、风机强吹冷、水雾冷却等装备来控制钢管冷却速度，生产出来的钢管具有较高的直线度和圆柱度，这样就可减少配置矫直机。冷床的自动化程度高，可由计算机控制运行速度，特别适用于大、中规格的钢管。

步进齿条冷床相比较，滚盘冷床具有安装调试更方便，坯料基本没有跑偏。由于对钢管强制翻转，产品的直线度和圆柱度都更好，螺旋冷床和链条冷床都无法相比；通过调整拨爪链条运行速度，即可实现生产节奏的快速调整。设备配置方面如下所示：

（1）料辊道：上料辊道为V型辊道，安装时与钢管轴线呈80°左右的夹角，钢管在辊道运行时能进行自转。

（2）上料拨钢装置：可用翻板机构将辊道上的钢管滚动到第一个滚盘槽内。（可与螺旋冷床、链条滑轨冷床，步进齿条冷床相同）。

（3）滚盘轴及传动：每根滚盘轴都进行驱动或用链条集中驱动，各组滚盘转速保持相同，冷床布置与水平面呈一定的坡度。

（4）带拨爪的链条传动：在钢管长度方向布置有2～3根带拨爪的传动链条，链条的驱动端位于承料收集架或下料输送辊道下面；链条运动呈脉冲工作制，停留位置时不与钢管接触。

（5）滑轨承料收集：承料收集用于需要成组运输的钢管，收集后用平移托架运送到辊道上。

（6）下料输送辊道：成组输送时用普通圆柱形辊道，单根输送时可用V形辊道。

2.优化设计方法

钢板要平稳准确送上冷床，导轨的运动同步非常重要，所以必须保证所有拐臂一的相关位置尺寸一致，在加工制造时应特别注意两点：一方面是拐臂两端中心孔间距；另一方面是同一实心轴上的拐臂键槽位置保持一致。实心轴上的键槽位置在加工时很好保证，一次装卡加工好一根轴上所有的键槽，位置精度较高。拐臂上的键槽位置按照受力情况，在设计时都定在位置一处，即上固定座的中间位置。但两端座之间是尺寸很长的铆焊件连接起来的，且一般工序是先加工好键槽再焊接成型，很难保证所有拐臂的键槽位置完全一致，实际加工时效果很不理想。为此，我们根据工艺需要作了改进，在保证拐臂两端中心孔间距一致的前提下，划线时以两中心孔连线作为键槽的中心线来确定键槽位置，这样能很好划线定位，各关键尺寸也能得到很好的保证，并且在实际中对受力的影响也不大。

待冷钢板在进入冷床时温度一般在500～800℃，出冷床时要求温度不大于200℃。由于在进入冷床时钢板温度较高，并且滚盘式冷床的移动速度比较缓慢一般在0～20m/min，钢板在缓慢的冷却过程容易产生变形，为保证冷却后钢板的平直度，就必须让钢板在冷床上与滚盘均匀接触，这对冷床本体滚盘上表面的标高公差要求比较高，一般应保证在±1mm。影响冷床滚盘标高的关键点在于三个方面：一是滚盘及托辊的外径误差；二是轴本身平直度；三是用于支撑滚盘的两托辊间的中心距。

滚盘及托辊外径、轴平直由加工均较好保证。两托辊间的中心距不一致会导致滚盘的高度改变，为保证滚盘转动时托辊的位置稳固，安装托辊的支座均是通过平键固定在横梁上。但实际加工时由于划线的误差、加工基准的选择等造成键槽的位置精度不能得到很好的控制，由于采用平键固定使安装时支座位置无法调整。鉴于这种情况，我们在原结构的基础上作了修改，将平键改为安装时可修配调整的阶梯键，同时增加限位块，在调试完位置后焊死辅助定位。这样修改后在保证使用的情况下使设计更加合理。另外，进入滚盘式冷床的钢板长度在几米到几十米不等，这么长的钢板在冷床上向前运动如果滚轮轴间平行度控制不严，钢板很容易出现斜线或蛇形运动轨迹，这是非常危险的。所以在制作时须保证实心轴的平直；安装时保证驱动电机的间距、支撑横梁的位置等正确。

在滚盘式冷床本体上，为减小钢板热辐射及氧化铁皮对滚轮轴的损害，在滚轮轴每两个滚盘之间均设计有3～5mm厚的套管，在以往的设计中套管两端的内腔焊有均布的四块方钢，方钢与滚轮轴的间隙为1.6mm，以此来固定套管，但这样的结构使套管不能得到很好的固定，在冷床使用时，套管随滚轮轴的转动产生严重的噪音。为消除噪音，我们在以前结构的基础上作了改进，在方钢块和套管上钻孔，用M6螺钉拧紧来固定套管，由于套管很薄无法攻丝，所以在外面焊两个M6的螺母用于螺栓的固定，这样修改既简单又有效。

有关滚盘轴的改进方面，滚盘轴一般用调质后的圆钢加工而成，直径越大则抗扭截面系数越大，但是也会导致设备投资费用增大。经过初略计算，滚盘轴电机在启动时，滚盘轴非电机侧与电机侧扭转角度为0.35°，因滚盘外径为500mm，钢板运动时非电机侧比电机侧滞后1.5mm。且每根滚盘轴装配还有两个套筒联轴器，这样钢板运动时两侧滞后会更大！考虑到冷床长度较长，有可能造成钢板运动时倾斜而造成事故。故将电机布置改为以下形式：即相邻两根滚盘轴装配电机朝向不同，这样钢板两侧的运动滞后就可以相互补偿。

3.结语

综上所述，通过精密的计算与改进后，不仅减小了加工难度，也使该滚盘式冷床设计得更加合理，制造，安装费用都有所降低，修改后的滚盘式冷床在实际使用中也取得了不错的效果，现场钢板无跑偏，下表面无划伤。