步进式冷床设计需注意的问题

【摘 要】良好的设计是步进式冷床顺利建成的前提和基础，也是其投入使用后运行安全的重要保证，故本文主要从设计角度为出发点对步进式冷床生产、制造中的相关问题进行研究。

【关键词】步进式冷床；设计；注意事项

0.前言

在长材生产线中，步进式冷床作主要用于生产棒材、型钢，无缝型钢管生产，在其中主要起到输送与旋转冷却作用。步进式冷床同其它类似设备相比其优点在于能实现均匀降温，减少钢管坏损和矫直。除了用于步进式移送，冷床通过设计优化还能实现旋转踏步，以便捷后续工作。为实现冷床的上述作用，步进式冷床设计除了需要符合使用标准之外，还需要满足实际生产所需，避免设计工作中容易出现的问题，为步进式冷床使用价值的实现奠定基础。

1.结构设计及工作原理概述

1.1结构设计组成

图1为步进式冷床主要结构组成，除图中标注结构之外，冷床组成中还有输入装置、拨钢器、减速机转动轴等。其中负责输送棒材的是冷床中的输入装置，当装置将其拖至钢架后，在拨钢器作用下，棒材进入静齿条。在这一过程中，静齿条主要负责承载轧件。偏心轮转动时，动齿轮会在带动力作用下逐渐步进，从而使静齿条上的轧件后移。步进式冷床中有时配有平衡摆，将其置于偏心轮转动轴位置处，能达到平衡动齿条的目的。

1.2结构设计原理

托钢架15°情况下，凭借自身重力，棒材能直接滚至固定齿轮上，如果棒材弯曲，则需要借助拨钢器辅助完成移动。如图2所示：静止状态下除偏心轮位置较低之外，同静齿条相比，动齿条也交低。在t0t1过程中，动齿条在上移过程中托起棒材，然后以后托的方式使其从静齿条上方越过。在t1t2过程中，动齿条的运动则同t0t1过程相反，整个过程以t0位置处划分周期。

2.步进式冷床设计需注意的技术问题

2.1裙板拨料块设计问题

2.1.1问题表现

冷床投产后，有时会遇到钢料不进入冷床齿条的问题，这主要由于冷床设计中没有注意提升裙板拨料块问题，从而造成时间掌握不准。其具体表现如下：提升裙板拨料块时，如果时间偏早则很容易导致追尾现象，致使前方钢料尚未静止而后方已经追上，或是导致头尾部移动不协调。如果提升时间过晚，则很容导致钢料窜出成为废料。由此可以看出，上述问题不仅影响冷床作业率，也在一定程度上给钢材外观质量造成影响，因此在设计过程中一定注意考虑这一问题。

2.1.2原因分析与技术改进

当步进式冷床出现上述问题时，为尽快生产，技术人员应重新分析冷床上料部分的结构，并以此为基础进行重新验算。假设冷床上料结构问题在于钢料无法分向活动，则可能是出现了辊道丢转或部分辊道不转的问题，在这种情况下，应情在场设计师根据实际设备情况重新进行设计调整，以某企业现有步进式冷床为例，该冷床便存在上述问题，后经设计师重新优化调整之后，钢材与拨料块问题得到了很好的解决，其设计变更前后示意图如下：

2.2裙板与液压问题

2.2.1问题表现

部分冷床在投入使用后，存在着裙板节奏不齐现象，尤其是在上钢速度提高的情况下。这种情况下制动板很容易出现波动，甚至发生挂刚现象。裙板节奏不齐也易造成其液压缸关节轴被破坏，严重时可能导致支撑座断裂。研究分析发现，造成上述现象的主要原因是高度轧钢时，系统供压不足，或是面对裙板动作加快时液压缸不同步。最终使得冷床整体运作的动作不协调一致。为避免上述问题在进行冷床设计时需谨慎考虑各种设计因素可能给冷床运行带来的不利影响，同时一旦发现问题所在，一定要进行优化、改进设计，处理好技术问题。

2.2.2改进设计

在冷床中，液压系统主要用于切换裙板，使其能够快速换位。该系统的执行元件主要是双向液压缸，系统运行时多个双向液压缸同步行动。在裙板结构中，鉴于其连杆较长，故双向液压缸同步行动协调性越高，液压系统对裙板的的切换性越好。

在系统运作频率较高状态写，通常情况下液压系统很难在短时间内向系统提供足够的油量，因此在系统设计中，可以加设蓄能器装置，注意该装置容积需比设备运行所需油液总体积要大。其主要作用如下：首先，提高供油量，从而保证系统在运作期间又足够的油量支持；其次，吸收冲击，从而降低运作过程中系统的震动情况及频率。此外，优化设计也可以从液压缸管道位置处着手，通过在每个缸的管道里安装溢流阀也能够提高裙板可靠性，卸载系统运作过程中产生的负载能。

3.步进式冷床设计需注意的材料问题

3.1问题表现

步进式冷床设计中需注意的材料问题主要体现在底盘铸造方面。底盘作为冷床重要组成部分，其质量对设备整体运行情况而言至关重要。目前，在底盘铸造过程中，主要存在以下问题在冷床整体设计中需引起注意：

第一，底盘浇筑时间不宜过长，从而避免热冲击作用下出现夹砂、砂眼问题；第二，注意确保性差性能，如果其透气性不足，则很容易出现气孔问题；第三，在不当操作下，砂箱易出现涨箱问题，或砂箱自身结构不足给铸件壁厚带来不利影响；第四，浇筑薄壁平板件时，要注意浇口位置分布及浇筑的时间与纹图，以防止其冷隔或变形；第五，化学成分不稳定也会给底盘铸造带来负面影响，如导致其力学性能低等。

3.2设计优化及技术处理

首先，在材料选择方面要坚持合理原则，科学掌握设备化学成分以保证其抗拉强度达标。以碳、硅、锰、硫四元素为例，其合理成分应分别占材料总量的3.05%、2.1%、1.0%、0.075%左右为宜，而磷元素则应控制在0.1%以内。而在微量元素方面，由于锡锑铋等元素只需要少量即会对铁液性能产生明显影响，故材料设计中一定要酌情考虑。

其次，计划设计改进铸造工艺。炉料方面：应改变其促成，在原有材料基础之上可以考虑加入废钢，从而提高材料力学性能。但是注意废钢加入量需适宜，避免加入过多使铁液碳量降低。经多次实践验证，想要保证铸件各部位抗拉强度平衡，且高于265MPa，则新生铁、废钢、回炉料、硅铁及锰的比例组成应0.52：0.2：0.25：0.01：0.01。铁液处理方面：采用过热方式对其进行处理时，能够很好的作用于铁液成分及纯净度，提高其流动性，为合格部件的铸构奠定基础。一定范围下，通过细化石墨的方式可以很好的密致基体，从而实现抗拉强度的增强。但是应主语，过热处理的温度应控制在1490℃左右为宜，从而避免温度过高既浪费能源又影响铸材性能。

4.结束语

步进式冷床在无缝钢管制造领域中作用重大，因此在实际设计工作中要将容易出现问题的细节处理好。文章主要从技术角度和材料角度出发对于步进式冷床设计中需注意的问题进行研究和探讨，但是实际上由于该项设计较为复杂，需注意的细节问题也较多，设计计算中、安装设计中也都有我们不容忽视的质量因素。鉴于此，希望今后步进式冷床优化设计中，设计师们能将更多的先进技艺与材料投入其中，为其更好的生产运行奠定基础。 [科]

【参考文献】

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