滾盤(pán)式冷床本體的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

熊金猛， 徐景秀

（1.中冶南方工程技術(shù)有限公司，武漢430223；2.鄂東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡438000）

1 引 言

目前我國(guó)建成投產(chǎn)和在建的中厚板生產(chǎn)線上，配備了不同型式和不同面積的冷床。冷床主要作用有兩方面：一是冷卻軋后鋼板，二是在軋制線和剪切線之間形成一個(gè)緩沖區(qū)域，匹配前后生產(chǎn)區(qū)域的能力。冷床的確定過(guò)程是對(duì)其寬度、面積、設(shè)置數(shù)量和布置型式等的選擇過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，首先應(yīng)根據(jù)總圖條件、物流安排、廠房設(shè)計(jì)和預(yù)留發(fā)展等要求提出初步方案，在此基礎(chǔ)上，再綜合軋機(jī)產(chǎn)量和軋制鋼板的規(guī)格及比例等因素進(jìn)一步調(diào)整、完善和優(yōu)化，并最終確定其參數(shù)和布置［1，2］。

中厚板生產(chǎn)采用冷床型式主要有步進(jìn)（運(yùn)載格板）式、滾盤(pán)式、鏈子格板式、滾動(dòng)爪子式及載鏈?zhǔn)降? 種。目前國(guó)內(nèi)外用得最多的是步進(jìn)式和盤(pán)輥式冷床。

步進(jìn)式冷床由具有良好平面性的多組固定托架和多組移動(dòng)托架組成。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、便于操作的優(yōu)點(diǎn)，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一次性投資大、使用維護(hù)要求較高、故障多的缺點(diǎn)。一般中大型冷床使用步進(jìn)式較多。

滾盤(pán)式冷床：它由若干根電機(jī)單傳的軸組成，軸上安裝一定數(shù)量的滾盤(pán)，并通過(guò)滾盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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(nèi)應(yīng)力小、鋼板不平度小、便于操作的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比步進(jìn)式冷床簡(jiǎn)單，一次性投資比步進(jìn)式冷床小。一般中小型冷床使用滾盤(pán)式較多［1，2］。本文就滾盤(pán)式冷床本體設(shè)計(jì)流程與一些改進(jìn)辦法做簡(jiǎn)要介紹。

2 關(guān)鍵參數(shù)的確定

圖1 滾盤(pán)式冷床本體結(jié)構(gòu)

以筆者設(shè)計(jì)過(guò)的一套中小型冷床為例，來(lái)料鋼板厚度規(guī)格12～32mm，寬度規(guī)格800～1600mm，年產(chǎn)量20 萬(wàn)t。鋼板長(zhǎng)度：3～13mm，鋼板溫度：200℃～700℃，鋼板最大重量：6.5t。冷床結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

受工廠布置的限制。冷床寬度取13m，根據(jù)冷床冷卻能力的參考文獻(xiàn)［3-5］，以及與別的寬厚板廠生產(chǎn)能力及冷床面積的比對(duì)，冷床的長(zhǎng)度取55m。在冷床的位置和形式確定后，即可進(jìn)行冷床的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.1 滾盤(pán)軸間距

滾盤(pán)軸間距必須小于鋼板最小寬度的1/2。本例中必須小于400mm，考慮到該廠鋼板規(guī)格較薄且材料密度分布均勻，可選擇滾盤(pán)軸間距為390mm。滾盤(pán)軸間距越大，對(duì)鋼板下表面散熱越有利。

2.2 滾盤(pán)外徑

滾盤(pán)主要承受高溫鋼板的壓力以及與鋼板之間的摩擦力，故要求滾盤(pán)耐高溫、耐磨。滾盤(pán)外徑大小的選取主要考慮如下方面：（1）滾盤(pán)的半徑不得大于滾盤(pán)軸間距與滾盤(pán)軸隔熱套筒半徑之差。（2）滾盤(pán)外徑越大，鋼板離滾盤(pán)軸越遠(yuǎn)，對(duì)鋼板的散熱越有利，對(duì)滾盤(pán)軸的受熱變形有利。（3）托輪裝置潤(rùn)滑點(diǎn)非常多，離高溫鋼板距離越遠(yuǎn)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)越有利。（4）滾盤(pán)是冷床的主要易損件，滾盤(pán)越大，備件成本越高。

因此在經(jīng)濟(jì)允許的情況下選擇大直徑滾盤(pán)。本項(xiàng)目中滾盤(pán)外徑取為500mm。

2.3 滾盤(pán)軸直徑

滾盤(pán)軸主要承受滾盤(pán)傳遞過(guò)來(lái)的壓力和電動(dòng)機(jī)傳來(lái)的扭矩。故要求滾盤(pán)軸要有足夠的強(qiáng)度和剛度。滾盤(pán)軸的強(qiáng)度和剛度復(fù)核需考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)，一般情況下。強(qiáng)度都可以滿足要求，而剛度需要復(fù)核。

第一是軸的扭轉(zhuǎn)，要求電機(jī)端與非電機(jī)端的扭轉(zhuǎn)角越小越好，以防止冷卻過(guò)程中，鋼板在滾盤(pán)上發(fā)生跑偏事故；第二是軸的彎曲，即撓度問(wèn)題，要求在冷床寬度方向上的撓度越小越好。最后，滾盤(pán)軸在長(zhǎng)期高溫受熱輻射情況下易發(fā)生變形：（1）容易造成滾盤(pán)間有速度差，從而易造成鋼板下表面劃傷；（2）影響滾盤(pán)頂面標(biāo)高，造成滾盤(pán)更易受鋼板撞擊、損壞。因此軸越粗越好，但是軸徑過(guò)大，會(huì)使設(shè)備投入增加，且會(huì)增加電機(jī)功率。本項(xiàng)目中滾盤(pán)軸為φ152mm 階梯軸，軸的最大撓度約為0.39mm，最大扭轉(zhuǎn)角度約為0.35°。

2.4 電機(jī)的選擇

滾盤(pán)軸電機(jī)可參照輥道電機(jī)的計(jì)算公式來(lái)選擇［6］。

則啟動(dòng)力矩為：M＝M1＋M2

本設(shè)計(jì)中滾盤(pán)軸電機(jī)啟動(dòng)力矩為M＝M1＋M2＝85.9＋1956.7=2042.6N·m，工藝要求鋼板運(yùn)動(dòng)速度為0.2m/s，最終選擇的電機(jī)為SEW R97DRE90M4，P=1.1kW；Na=8r/min；Ma=1310N·m；啟動(dòng)最大扭矩過(guò)載能力為3.6 倍。最大靜力矩、啟動(dòng)力矩均滿足要求。

3 冷床的改進(jìn)

3.1 滾盤(pán)軸間聯(lián)軸器的改進(jìn)

圖2 改進(jìn)型套筒聯(lián)軸器

以往冷床滾盤(pán)軸間的聯(lián)軸器有凸緣聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器等，現(xiàn)采用改進(jìn)型套筒聯(lián)軸器，如圖2 所示。采用該種聯(lián)軸器的好處是：（1）套筒聯(lián)軸器中間軸四個(gè)弧形面與套筒四個(gè)平面的接觸面積大，同時(shí)受力面積也大，所以承載能力比一般聯(lián)軸器大。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比其他聯(lián)軸器都低。（3）兩邊的套筒有一定的角度補(bǔ)償，對(duì)滾盤(pán)軸的安裝精度誤差有補(bǔ)償作用，抗沖擊性能好。（4）中間軸能串動(dòng)，因此對(duì)滾盤(pán)軸的安裝也是相當(dāng)有利的，且能補(bǔ)償滾盤(pán)軸的熱膨脹。（5）套筒分為兩部分，中間用鉸制孔螺栓聯(lián)接。使得滾盤(pán)軸的更換更便利。

3.2 滾盤(pán)軸的改進(jìn)

滾盤(pán)軸一般用調(diào)質(zhì)后的圓鋼加工而成，直徑越大則抗扭截面系數(shù)越大，但是也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備投資費(fèi)用增大，本項(xiàng)目中滾盤(pán)軸為φ152mm 階梯軸，經(jīng)過(guò)初略計(jì)算，滾盤(pán)軸電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，滾盤(pán)軸非電機(jī)側(cè)與電機(jī)側(cè)扭轉(zhuǎn)角度為0.35°，因滾盤(pán)外徑為500mm，鋼板運(yùn)動(dòng)時(shí)，非電機(jī)側(cè)比電機(jī)側(cè)滯后1.5mm。且每根滾盤(pán)軸裝配還有兩個(gè)套筒聯(lián)軸器，這樣鋼板運(yùn)動(dòng)時(shí)兩側(cè)滯后會(huì)更大?？紤]到冷床長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有可能造成鋼板運(yùn)動(dòng)時(shí)傾斜而造成事故。故將電機(jī)布置改為以下形式：即相鄰兩根滾盤(pán)軸裝配電機(jī)朝向不同，這樣鋼板兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)滯后就可以相互補(bǔ)償。

此外，此種設(shè)計(jì)還有一個(gè)好處，以前各種參考資料中滾盤(pán)軸A 和滾盤(pán)軸B 是不同的，改進(jìn)后，滾盤(pán)軸A 和滾盤(pán)軸B可以設(shè)計(jì)為相同，這對(duì)滾盤(pán)軸的制造安裝都是有利的。

圖3 滾盤(pán)軸電機(jī)布置的改進(jìn)示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)精密的計(jì)算與改進(jìn)后，不僅減小了加工難度，也使該滾盤(pán)式冷床設(shè)計(jì)得更加合理，制造，安裝費(fèi)用都有所降低，修改后的滾盤(pán)式冷床在實(shí)際使用中也取得了不錯(cuò)的效果，現(xiàn)場(chǎng)鋼板無(wú)跑偏，下表面無(wú)劃傷。

［1］ 張景進(jìn).寬厚板生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［2］ 馬少飛.寬厚板冷床的技術(shù)特點(diǎn)分析［J］.軋鋼，2009，26（6）：43－45.［3］ 陳瑛.中厚鋼板冷床的選擇［J］.寬厚板，2002，8（4）：27－30.

［4］ 李龍，胡小卓.寬厚板生產(chǎn)線上冷床長(zhǎng)度的優(yōu)化方案［J］.寬厚板，2010，16（2）：9-12.

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［7］ 李曉紅，郭靖.滾盤(pán)式冷床的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.山東冶金，2002，24（5）：20-22.