步進式冷床設計需注意的問題

江偉

【摘 要】良好的設計是步進式冷床順利建成的前提和基礎，也是其投入使用后運行安全的重要保證，故本文主要從設計角度為出發點對步進式冷床生產、制造中的相關問題進行研究。

【關鍵詞】步進式冷床；設計；注意事項

0.前言

在長材生產線中，步進式冷床作主要用于生產棒材、型鋼，無縫型鋼管生產，在其中主要起到輸送與旋轉冷卻作用。步進式冷床同其它類似設備相比其優點在于能實現均勻降溫，減少鋼管壞損和矯直。除了用于步進式移送，冷床通過設計優化還能實現旋轉踏步，以便捷后續工作。為實現冷床的上述作用，步進式冷床設計除了需要符合使用標準之外，還需要滿足實際生產所需，避免設計工作中容易出現的問題，為步進式冷床使用價值的實現奠定基礎。

1.結構設計及工作原理概述

1.1結構設計組成

圖1為步進式冷床主要結構組成，除圖中標注結構之外，冷床組成中還有輸入裝置、撥鋼器、減速機轉動軸等。其中負責輸送棒材的是冷床中的輸入裝置，當裝置將其拖至鋼架后，在撥鋼器作用下，棒材進入靜齒條。在這一過程中，靜齒條主要負責承載軋件。偏心輪轉動時，動齒輪會在帶動力作用下逐漸步進，從而使靜齒條上的軋件后移。步進式冷床中有時配有平衡擺，將其置于偏心輪轉動軸位置處，能達到平衡動齒條的目的。

1.2結構設計原理

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。如圖2所示：靜止狀態下除偏心輪位置較低之外，同靜齒條相比，動齒條也交低。在t0→t1過程中，動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，動齒條的運動則同t0→t1過程相反，整個過程以t0位置處劃分周期。

2.步進式冷床設計需注意的技術問題

2.1裙板撥料塊設計問題

2.1.1問題表現

冷床投產后，有時會遇到鋼料不進入冷床齒條的問題，這主要由于冷床設計中沒有注意提升裙板撥料塊問題，從而造成時間掌握不準。其具體表現如下：提升裙板撥料塊時，如果時間偏早則很容易導致追尾現象，致使前方鋼料尚未靜止而后方已經追上，或是導致頭尾部移動不協調。如果提升時間過晚，則很容導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率，也在一定程度上給鋼材外觀質量造成影響，因此在設計過程中一定注意考慮這一問題。

2.1.2原因分析與技術改進

當步進式冷床出現上述問題時，為盡快生產，技術人員應重新分析冷床上料部分的結構，并以此為基礎進行重新驗算。假設冷床上料結構問題在于鋼料無法分向活動，則可能是出現了輥道丟轉或部分輥道不轉的問題，在這種情況下，應情在場設計師根據實際設備情況重新進行設計調整，以某企業現有步進式冷床為例，該冷床便存在上述問題，后經設計師重新優化調整之后，鋼材與撥料塊問題得到了很好的解決，其設計變更前后示意圖如下：

2.2裙板與液壓問題

2.2.1問題表現

部分冷床在投入使用后，存在著裙板節奏不齊現象，尤其是在上鋼速度提高的情況下。這種情況下制動板很容易出現波動，甚至發生掛剛現象。裙板節奏不齊也易造成其液壓缸關節軸被破壞，嚴重時可能導致支撐座斷裂。研究分析發現，造成上述現象的主要原因是高度軋鋼時，系統供壓不足，或是面對裙板動作加快時液壓缸不同步。最終使得冷床整體運作的動作不協調一致。為避免上述問題在進行冷床設計時需謹慎考慮各種設計因素可能給冷床運行帶來的不利影響，同時一旦發現問題所在，一定要進行優化、改進設計，處理好技術問題。

2.2.2改進設計

在冷床中，液壓系統主要用于切換裙板，使其能夠快速換位。該系統的執行元件主要是雙向液壓缸，系統運行時多個雙向液壓缸同步行動。在裙板結構中，鑒于其連桿較長，故雙向液壓缸同步行動協調性越高，液壓系統對裙板的的切換性越好。

在系統運作頻率較高狀態寫，通常情況下液壓系統很難在短時間內向系統提供足夠的油量，因此在系統設計中，可以加設蓄能器裝置，注意該裝置容積需比設備運行所需油液總體積要大。其主要作用如下：首先，提高供油量，從而保證系統在運作期間又足夠的油量支持；其次，吸收沖擊，從而降低運作過程中系統的震動情況及頻率。此外，優化設計也可以從液壓缸管道位置處著手，通過在每個缸的管道里安裝溢流閥也能夠提高裙板可靠性，卸載系統運作過程中產生的負載能。

3.步進式冷床設計需注意的材料問題

3.1問題表現

步進式冷床設計中需注意的材料問題主要體現在底盤鑄造方面。底盤作為冷床重要組成部分，其質量對設備整體運行情況而言至關重要。目前，在底盤鑄造過程中，主要存在以下問題在冷床整體設計中需引起注意：

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

3.2設計優化及技術處理

首先，在材料選擇方面要堅持合理原則，科學掌握設備化學成分以保證其抗拉強度達標。以碳、硅、錳、硫四元素為例，其合理成分應分別占材料總量的3.05%、2.1%、1.0%、0.075%左右為宜，而磷元素則應控制在0.1%以內。而在微量元素方面，由于錫銻鉍等元素只需要少量即會對鐵液性能產生明顯影響，故材料設計中一定要酌情考慮。

其次，計劃設計改進鑄造工藝。爐料方面：應改變其促成，在原有材料基礎之上可以考慮加入廢鋼，從而提高材料力學性能。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。經多次實踐驗證，想要保證鑄件各部位抗拉強度平衡，且高于265MPa，則新生鐵、廢鋼、回爐料、硅鐵及錳的比例組成應0.52：0.2：0.25：0.01：0.01。鐵液處理方面：采用過熱方式對其進行處理時，能夠很好的作用于鐵液成分及純凈度，提高其流動性，為合格部件的鑄構奠定基礎。一定范圍下，通過細化石墨的方式可以很好的密致基體，從而實現抗拉強度的增強。但是應主語，過熱處理的溫度應控制在1490℃左右為宜，從而避免溫度過高既浪費能源又影響鑄材性能。

4.結束語

步進式冷床在無縫鋼管制造領域中作用重大，因此在實際設計工作中要將容易出現問題的細節處理好。文章主要從技術角度和材料角度出發對于步進式冷床設計中需注意的問題進行研究和探討，但是實際上由于該項設計較為復雜，需注意的細節問題也較多，設計計算中、安裝設計中也都有我們不容忽視的質量因素。鑒于此，希望今后步進式冷床優化設計中，設計師們能將更多的先進技藝與材料投入其中，為其更好的生產運行奠定基礎。 [科]

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