步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)需注意的問題

江偉

【摘 要】良好的設(shè)計(jì)是步進(jìn)式冷床順利建成的前提和基礎(chǔ)，也是其投入使用后運(yùn)行安全的重要保證，故本文主要從設(shè)計(jì)角度為出發(fā)點(diǎn)對(duì)步進(jìn)式冷床生產(chǎn)、制造中的相關(guān)問題進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】步進(jìn)式冷床；設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

0.前言

在長材生產(chǎn)線中，步進(jìn)式冷床作主要用于生產(chǎn)棒材、型鋼，無縫型鋼管生產(chǎn)，在其中主要起到輸送與旋轉(zhuǎn)冷卻作用。步進(jìn)式冷床同其它類似設(shè)備相比其優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)均勻降溫，減少鋼管壞損和矯直。除了用于步進(jìn)式移送，冷床通過設(shè)計(jì)優(yōu)化還能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)踏步，以便捷后續(xù)工作。為實(shí)現(xiàn)冷床的上述作用，步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)除了需要符合使用標(biāo)準(zhǔn)之外，還需要滿足實(shí)際生產(chǎn)所需，避免設(shè)計(jì)工作中容易出現(xiàn)的問題，為步進(jìn)式冷床使用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理概述

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成

圖1為步進(jìn)式冷床主要結(jié)構(gòu)組成，除圖中標(biāo)注結(jié)構(gòu)之外，冷床組成中還有輸入裝置、撥鋼器、減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸等。其中負(fù)責(zé)輸送棒材的是冷床中的輸入裝置，當(dāng)裝置將其拖至鋼架后，在撥鋼器作用下，棒材進(jìn)入靜齒條。在這一過程中，靜齒條主要負(fù)責(zé)承載軋件。偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)齒輪會(huì)在帶動(dòng)力作用下逐漸步進(jìn)，從而使靜齒條上的軋件后移。步進(jìn)式冷床中有時(shí)配有平衡擺，將其置于偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置處，能達(dá)到平衡動(dòng)齒條的目的。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

托鋼架15°情況下，憑借自身重力，棒材能直接滾至固定齒輪上，如果棒材彎曲，則需要借助撥鋼器輔助完成移動(dòng)。如圖2所示：靜止?fàn)顟B(tài)下除偏心輪位置較低之外，同靜齒條相比，動(dòng)齒條也交低。在t0→t1過程中，動(dòng)齒條在上移過程中托起棒材，然后以后托的方式使其從靜齒條上方越過。在t1→t2過程中，動(dòng)齒條的運(yùn)動(dòng)則同t0→t1過程相反，整個(gè)過程以t0位置處劃分周期。

2.步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)需注意的技術(shù)問題

2.1裙板撥料塊設(shè)計(jì)問題

2.1.1問題表現(xiàn)

冷床投產(chǎn)后，有時(shí)會(huì)遇到鋼料不進(jìn)入冷床齒條的問題，這主要由于冷床設(shè)計(jì)中沒有注意提升裙板撥料塊問題，從而造成時(shí)間掌握不準(zhǔn)。其具體表現(xiàn)如下：提升裙板撥料塊時(shí)，如果時(shí)間偏早則很容易導(dǎo)致追尾現(xiàn)象，致使前方鋼料尚未靜止而后方已經(jīng)追上，或是導(dǎo)致頭尾部移動(dòng)不協(xié)調(diào)。如果提升時(shí)間過晚，則很容導(dǎo)致鋼料竄出成為廢料。由此可以看出，上述問題不僅影響冷床作業(yè)率，也在一定程度上給鋼材外觀質(zhì)量造成影響，因此在設(shè)計(jì)過程中一定注意考慮這一問題。

2.1.2原因分析與技術(shù)改進(jìn)

當(dāng)步進(jìn)式冷床出現(xiàn)上述問題時(shí)，為盡快生產(chǎn)，技術(shù)人員應(yīng)重新分析冷床上料部分的結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行重新驗(yàn)算。假設(shè)冷床上料結(jié)構(gòu)問題在于鋼料無法分向活動(dòng)，則可能是出現(xiàn)了輥道丟轉(zhuǎn)或部分輥道不轉(zhuǎn)的問題，在這種情況下，應(yīng)情在場(chǎng)設(shè)計(jì)師根據(jù)實(shí)際設(shè)備情況重新進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，以某企業(yè)現(xiàn)有步進(jìn)式冷床為例，該冷床便存在上述問題，后經(jīng)設(shè)計(jì)師重新優(yōu)化調(diào)整之后，鋼材與撥料塊問題得到了很好的解決，其設(shè)計(jì)變更前后示意圖如下：

2.2裙板與液壓?jiǎn)栴}

2.2.1問題表現(xiàn)

部分冷床在投入使用后，存在著裙板節(jié)奏不齊現(xiàn)象，尤其是在上鋼速度提高的情況下。這種情況下制動(dòng)板很容易出現(xiàn)波動(dòng)，甚至發(fā)生掛剛現(xiàn)象。裙板節(jié)奏不齊也易造成其液壓缸關(guān)節(jié)軸被破壞，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致支撐座斷裂。研究分析發(fā)現(xiàn)，造成上述現(xiàn)象的主要原因是高度軋鋼時(shí)，系統(tǒng)供壓不足，或是面對(duì)裙板動(dòng)作加快時(shí)液壓缸不同步。最終使得冷床整體運(yùn)作的動(dòng)作不協(xié)調(diào)一致。為避免上述問題在進(jìn)行冷床設(shè)計(jì)時(shí)需謹(jǐn)慎考慮各種設(shè)計(jì)因素可能給冷床運(yùn)行帶來的不利影響，同時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)問題所在，一定要進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計(jì)，處理好技術(shù)問題。

2.2.2改進(jìn)設(shè)計(jì)

在冷床中，液壓系統(tǒng)主要用于切換裙板，使其能夠快速換位。該系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要是雙向液壓缸，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)多個(gè)雙向液壓缸同步行動(dòng)。在裙板結(jié)構(gòu)中，鑒于其連桿較長，故雙向液壓缸同步行動(dòng)協(xié)調(diào)性越高，液壓系統(tǒng)對(duì)裙板的的切換性越好。

在系統(tǒng)運(yùn)作頻率較高狀態(tài)寫，通常情況下液壓系統(tǒng)很難在短時(shí)間內(nèi)向系統(tǒng)提供足夠的油量，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以加設(shè)蓄能器裝置，注意該裝置容積需比設(shè)備運(yùn)行所需油液總體積要大。其主要作用如下：首先，提高供油量，從而保證系統(tǒng)在運(yùn)作期間又足夠的油量支持；其次，吸收沖擊，從而降低運(yùn)作過程中系統(tǒng)的震動(dòng)情況及頻率。此外，優(yōu)化設(shè)計(jì)也可以從液壓缸管道位置處著手，通過在每個(gè)缸的管道里安裝溢流閥也能夠提高裙板可靠性，卸載系統(tǒng)運(yùn)作過程中產(chǎn)生的負(fù)載能。

3.步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)需注意的材料問題

3.1問題表現(xiàn)

步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)中需注意的材料問題主要體現(xiàn)在底盤鑄造方面。底盤作為冷床重要組成部分，其質(zhì)量對(duì)設(shè)備整體運(yùn)行情況而言至關(guān)重要。目前，在底盤鑄造過程中，主要存在以下問題在冷床整體設(shè)計(jì)中需引起注意：

第一，底盤澆筑時(shí)間不宜過長，從而避免熱沖擊作用下出現(xiàn)夾砂、砂眼問題；第二，注意確保性差性能，如果其透氣性不足，則很容易出現(xiàn)氣孔問題；第三，在不當(dāng)操作下，砂箱易出現(xiàn)漲箱問題，或砂箱自身結(jié)構(gòu)不足給鑄件壁厚帶來不利影響；第四，澆筑薄壁平板件時(shí)，要注意澆口位置分布及澆筑的時(shí)間與紋圖，以防止其冷隔或變形；第五，化學(xué)成分不穩(wěn)定也會(huì)給底盤鑄造帶來負(fù)面影響，如導(dǎo)致其力學(xué)性能低等。

3.2設(shè)計(jì)優(yōu)化及技術(shù)處理

首先，在材料選擇方面要堅(jiān)持合理原則，科學(xué)掌握設(shè)備化學(xué)成分以保證其抗拉強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。以碳、硅、錳、硫四元素為例，其合理成分應(yīng)分別占材料總量的3.05%、2.1%、1.0%、0.075%左右為宜，而磷元素則應(yīng)控制在0.1%以內(nèi)。而在微量元素方面，由于錫銻鉍等元素只需要少量即會(huì)對(duì)鐵液性能產(chǎn)生明顯影響，故材料設(shè)計(jì)中一定要酌情考慮。

其次，計(jì)劃設(shè)計(jì)改進(jìn)鑄造工藝。爐料方面：應(yīng)改變其促成，在原有材料基礎(chǔ)之上可以考慮加入廢鋼，從而提高材料力學(xué)性能。但是注意廢鋼加入量需適宜，避免加入過多使鐵液碳量降低。經(jīng)多次實(shí)踐驗(yàn)證，想要保證鑄件各部位抗拉強(qiáng)度平衡，且高于265MPa，則新生鐵、廢鋼、回爐料、硅鐵及錳的比例組成應(yīng)0.52：0.2：0.25：0.01：0.01。鐵液處理方面：采用過熱方式對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，能夠很好的作用于鐵液成分及純凈度，提高其流動(dòng)性，為合格部件的鑄構(gòu)奠定基礎(chǔ)。一定范圍下，通過細(xì)化石墨的方式可以很好的密致基體，從而實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)。但是應(yīng)主語，過熱處理的溫度應(yīng)控制在1490℃左右為宜，從而避免溫度過高既浪費(fèi)能源又影響鑄材性能。

4.結(jié)束語

步進(jìn)式冷床在無縫鋼管制造領(lǐng)域中作用重大，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中要將容易出現(xiàn)問題的細(xì)節(jié)處理好。文章主要從技術(shù)角度和材料角度出發(fā)對(duì)于步進(jìn)式冷床設(shè)計(jì)中需注意的問題進(jìn)行研究和探討，但是實(shí)際上由于該項(xiàng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需注意的細(xì)節(jié)問題也較多，設(shè)計(jì)計(jì)算中、安裝設(shè)計(jì)中也都有我們不容忽視的質(zhì)量因素。鑒于此，希望今后步進(jìn)式冷床優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們能將更多的先進(jìn)技藝與材料投入其中，為其更好的生產(chǎn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。 [科]

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