輥盤(pán)式冷床功能升級(jí)改造

冬衛(wèi)平

（唐鋼中厚板材有限公司軋鋼部，河北唐山 063000）

0 引言

目前，唐鋼中厚板3500 mm軋線產(chǎn)量逐步提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，原有設(shè)備已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要，亟待升級(jí)改造。滾盤(pán)式冷床位于冷床輸入輥道與冷床輸出輥道之間。將鋼板從冷床輸入輥道輸送到冷床輸出輥道，在緩慢的輸送過(guò)程中使鋼板的溫度由高溫降到200℃ 以下。2#冷床較1#冷床，長(zhǎng)度方向短10 m，受長(zhǎng)度限制無(wú)法與1#冷床實(shí)現(xiàn)同樣長(zhǎng)度板材的冷卻功能，嚴(yán)重制約生產(chǎn)節(jié)奏。同時(shí)冷床下鋼擋板為鋼板打正裝置。經(jīng)過(guò)冷床滾盤(pán)運(yùn)送的鋼板在運(yùn)輸過(guò)程中存在一定的歪斜，需要用下鋼擋板進(jìn)行打正。原設(shè)計(jì)擋板是用40 mm的鋼板焊接在輥道軸承座上的。由于鋼板與打正擋塊是鋼性接觸，導(dǎo)致下鋼擋板頻繁開(kāi)焊，輥道基礎(chǔ)頻繁損壞，并砸壞輥道電機(jī)。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

美國(guó)SolidWorks公司是一家專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，主導(dǎo)產(chǎn)品是SolidWorks軟件。該軟件在用戶(hù)先設(shè)計(jì)好產(chǎn)品的各個(gè)零部件后，運(yùn)用裝配關(guān)系把各個(gè)零部件組合成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力，在裝配關(guān)系定制好之后，不僅做到尺寸參數(shù)全相關(guān)，而且實(shí)現(xiàn)幾何形狀、零部件之間全自動(dòng)完全相關(guān)，并且為設(shè)計(jì)者提供完全一致的界面和命令進(jìn)行全自動(dòng)的相關(guān)設(shè)計(jì)環(huán)境。用戶(hù)可以在產(chǎn)品的裝配圖做好后，可以設(shè)計(jì)其他零部件、添加裝配關(guān)系，并保證零部件之間全自動(dòng)完全相關(guān)，一旦修改其中一部分，其他與之相關(guān)的模型、尺寸等自動(dòng)更新，不需要人工參與。

目前，該軟件為國(guó)內(nèi)外普遍用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的主流軟件之一，但應(yīng)用在設(shè)備維護(hù)及故障判斷方面，尚屬業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。

2 總體思路

（1）通過(guò)solidworks模擬分析軟件繪制主要設(shè)備零部件三維建模，并進(jìn)行裝配。

（2）通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真分析對(duì)主體設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，判斷故障原因并進(jìn)行升級(jí)改造：①調(diào)整期。模擬分析后進(jìn)一步驗(yàn)證模型各項(xiàng)調(diào)整參數(shù)含義，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備狀況進(jìn)行試驗(yàn)。②優(yōu)化期。不斷優(yōu)化模型參數(shù)，使設(shè)備功能發(fā)揮到最大。③穩(wěn)定期。以模擬結(jié)果為依據(jù)，逐步進(jìn)行設(shè)備升級(jí)改造，并通過(guò)改造結(jié)果在軟件中進(jìn)行分析驗(yàn)證。

（3）模擬分析方法調(diào)整與固化。設(shè)備通過(guò)功能升級(jí)后，后續(xù)運(yùn)行狀態(tài)較之前發(fā)生了變化，在調(diào)試功能的同時(shí)，對(duì)全流程設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行新的固化。

3 技術(shù)方案

3.1 初始模型的建立與設(shè)定

（1）設(shè)備基本構(gòu)件的繪制?；谠O(shè)備原始尺寸，建立簡(jiǎn)化的構(gòu)件模型，在原始零件的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并模擬完美條件下零部件形態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)部件公差參數(shù)進(jìn)行修正，獲得實(shí)際應(yīng)用的簡(jiǎn)化模型。根據(jù)零部件三視圖繪制三維圖形（圖1），并對(duì)零部件的材料進(jìn)行編輯，保證該零部件最大程度還原實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備上的狀態(tài)（圖2）。

（2）對(duì)構(gòu)件進(jìn)行基礎(chǔ)裝配。根據(jù)設(shè)備裝配圖對(duì)零部件進(jìn)行裝配。利用“配合關(guān)系”功能約束零部件之間的關(guān)系，保證零部件裝配無(wú)干涉現(xiàn)象，同時(shí)，調(diào)整零部件間尺寸公差及間隙，已達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符的狀態(tài)。冷床減速機(jī)及滾盤(pán)位置共設(shè)定54項(xiàng)配合關(guān)系，充分保證裝配體運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)謹(jǐn)無(wú)誤（圖3）。

圖1 solidworks中零部件繪制

圖2 solidworks中編輯零部件的材料

圖3 減速機(jī)配合

3.2 具體方案制定

中厚板軋鋼工序中原設(shè)計(jì)2#滾盤(pán)式冷床長(zhǎng)度為38 m，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，板材長(zhǎng)度擴(kuò)展到43 m，原有冷床已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求（圖4）。

圖4 原有冷床邊部擋板

通過(guò)三維設(shè)計(jì)，拆除原設(shè)計(jì)擋板，在冷床滾盤(pán)減速機(jī)上方加裝滾輪，使得鋼板能夠在滾盤(pán)減速機(jī)上方通過(guò)。并且設(shè)計(jì)導(dǎo)向板，使板材順利通過(guò)托輥（圖5）。如圖5所示，新設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)包括為導(dǎo)向板，滾輪，防撞擋板，隔熱槽以及加固橫梁幾部分。設(shè)置隔熱槽是為了充分保護(hù)減速電機(jī)不受高溫鋼板的烘烤。新滾輪安裝后，鋼板與減速機(jī)水平方向高度差為82 mm（圖6）。

冷床下鋼擋板為鋼板打正裝置。經(jīng)過(guò)冷床滾盤(pán)運(yùn)送的鋼板在運(yùn)輸過(guò)程中存在一定的歪斜，需要用下鋼擋板進(jìn)行打正。原設(shè)計(jì)擋板是用40 mm的鋼板焊接在輥道軸承座上的。由于鋼板與打正擋塊是鋼性接觸，導(dǎo)致下鋼擋板頻繁開(kāi)焊，輥道基礎(chǔ)頻繁損壞，并砸壞輥道電機(jī)。同時(shí)造成鋼板橫移過(guò)程中發(fā)生橫向劃傷，嚴(yán)重影響板材質(zhì)量。

圖5 冷床托輥設(shè)計(jì)

圖6 鋼板與減速機(jī)上蓋高度差

通過(guò)SolidWorks三維軟件設(shè)計(jì)了帶有緩沖裝置的撞鋼擋板。鋼板撞擊擋板的速度為0.24 m/s，鋼板的重量最大為20 t。通過(guò)計(jì)算鋼板撞擊擋板的能量，選擇彈性系數(shù)相當(dāng)?shù)膹椈杉友b在緩沖裝置中（圖7）。

圖7 冷床擋板裝置

4 實(shí)施效果

滾盤(pán)式冷床加裝滾輪后，完全實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度43 m鋼板的通過(guò)，極大地拓展了2#冷床的上鋼規(guī)格，實(shí)現(xiàn)了中厚板1#和2#冷床規(guī)格的統(tǒng)一。在使用過(guò)程中，隔熱槽充分發(fā)揮了隔熱效果，實(shí)測(cè)電機(jī)外殼溫度升溫＜5℃。

彈簧式撞鋼擋板有效避免了擋板開(kāi)焊以及輥道基礎(chǔ)損壞和砸壞減速機(jī)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功能優(yōu)化升級(jí)。

5 結(jié)論

通過(guò)設(shè)備仿真模擬對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，提升了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，保障了設(shè)備運(yùn)行精度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功能優(yōu)化升級(jí)。同時(shí)目前已經(jīng)形成了一套基于三維設(shè)計(jì)軟件的功能升級(jí)改造的理論及方法。該方法在唐鋼中厚板公司得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了成功。接下來(lái)將積極推廣到整個(gè)行業(yè)當(dāng)中。為唐鋼帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，是推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化的典型示范。運(yùn)用SolidWorks中的SimulationXpress功能，對(duì)單體零件進(jìn)行有限元分析，通過(guò)應(yīng)力及位移變化量?jī)?yōu)化零件參數(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。通過(guò)SolidWorks繪制設(shè)備主要構(gòu)件，并進(jìn)行裝配。在裝配體運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)隱蔽部位進(jìn)行剖視，直觀的觀察各部干涉及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，為故障判斷及設(shè)備升級(jí)提供依據(jù)。