輥盤式冷床功能升級改造

冬衛平

（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軋線產量逐步提高，產品結構不斷升級，原有設備已經不能滿足生產需要，亟待升級改造。滾盤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，在緩慢的輸送過程中使鋼板的溫度由高溫降到200℃ 以下。2#冷床較1#冷床，長度方向短10 m，受長度限制無法與1#冷床實現同樣長度板材的冷卻功能，嚴重制約生產節奏。同時冷床下鋼擋板為鋼板打正裝置。經過冷床滾盤運送的鋼板在運輸過程中存在一定的歪斜，需要用下鋼擋板進行打正。原設計擋板是用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，導致下鋼擋板頻繁開焊，輥道基礎頻繁損壞，并砸壞輥道電機。

1 國內外現狀

美國SolidWorks公司是一家專門從事開發三維機械設計軟件的高科技公司，主導產品是SolidWorks軟件。該軟件在用戶先設計好產品的各個零部件后，運用裝配關系把各個零部件組合成產品的設計能力，在裝配關系定制好之后，不僅做到尺寸參數全相關，而且實現幾何形狀、零部件之間全自動完全相關，并且為設計者提供完全一致的界面和命令進行全自動的相關設計環境。用戶可以在產品的裝配圖做好后，可以設計其他零部件、添加裝配關系，并保證零部件之間全自動完全相關，一旦修改其中一部分，其他與之相關的模型、尺寸等自動更新，不需要人工參與。

目前，該軟件為國內外普遍用于產品設計與開發的主流軟件之一，但應用在設備維護及故障判斷方面，尚屬業內首創。

2 總體思路

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

（2）通過機械運動仿真分析對主體設備進行運動模擬，判斷故障原因并進行升級改造：①調整期。模擬分析后進一步驗證模型各項調整參數含義，并結合現場不同設備狀況進行試驗。②優化期。不斷優化模型參數，使設備功能發揮到最大。③穩定期。以模擬結果為依據，逐步進行設備升級改造，并通過改造結果在軟件中進行分析驗證。

（3）模擬分析方法調整與固化。設備通過功能升級后，后續運行狀態較之前發生了變化，在調試功能的同時，對全流程設備運行進行新的固化。

3 技術方案

3.1 初始模型的建立與設定

（1）設備基本構件的繪制。基于設備原始尺寸，建立簡化的構件模型，在原始零件的基礎上，簡化結構并模擬完美條件下零部件形態，根據現場實際數據，對部件公差參數進行修正，獲得實際應用的簡化模型。根據零部件三視圖繪制三維圖形（圖1），并對零部件的材料進行編輯，保證該零部件最大程度還原實際生產中設備上的狀態（圖2）。

（2）對構件進行基礎裝配。根據設備裝配圖對零部件進行裝配。利用“配合關系”功能約束零部件之間的關系，保證零部件裝配無干涉現象，同時，調整零部件間尺寸公差及間隙，已達到與現場實際情況相符的狀態。冷床減速機及滾盤位置共設定54項配合關系，充分保證裝配體運動軌跡嚴謹無誤（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 減速機配合

3.2 具體方案制定

中厚板軋鋼工序中原設計2#滾盤式冷床長度為38 m，隨著產品結構調整，板材長度擴展到43 m，原有冷床已經不能滿足生產需求（圖4）。

圖4 原有冷床邊部擋板

通過三維設計，拆除原設計擋板，在冷床滾盤減速機上方加裝滾輪，使得鋼板能夠在滾盤減速機上方通過。并且設計導向板，使板材順利通過托輥（圖5）。如圖5所示，新設計主要結構包括為導向板，滾輪，防撞擋板，隔熱槽以及加固橫梁幾部分。設置隔熱槽是為了充分保護減速電機不受高溫鋼板的烘烤。新滾輪安裝后，鋼板與減速機水平方向高度差為82 mm（圖6）。

冷床下鋼擋板為鋼板打正裝置。經過冷床滾盤運送的鋼板在運輸過程中存在一定的歪斜，需要用下鋼擋板進行打正。原設計擋板是用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，導致下鋼擋板頻繁開焊，輥道基礎頻繁損壞，并砸壞輥道電機。同時造成鋼板橫移過程中發生橫向劃傷，嚴重影響板材質量。

圖5 冷床托輥設計

圖6 鋼板與減速機上蓋高度差

通過SolidWorks三維軟件設計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。通過計算鋼板撞擊擋板的能量，選擇彈性系數相當的彈簧加裝在緩沖裝置中（圖7）。

圖7 冷床擋板裝置

4 實施效果

滾盤式冷床加裝滾輪后，完全實現了長度43 m鋼板的通過，極大地拓展了2#冷床的上鋼規格，實現了中厚板1#和2#冷床規格的統一。在使用過程中，隔熱槽充分發揮了隔熱效果，實測電機外殼溫度升溫＜5℃。

彈簧式撞鋼擋板有效避免了擋板開焊以及輥道基礎損壞和砸壞減速機的問題，實現了設備功能優化升級。

5 結論

通過設備仿真模擬對設備進行升級改造，提升了設備運轉效率，保障了設備運行精度，實現了設備功能優化升級。同時目前已經形成了一套基于三維設計軟件的功能升級改造的理論及方法。該方法在唐鋼中厚板公司得到了廣泛的應用，并取得了成功。接下來將積極推廣到整個行業當中。為唐鋼帶來可觀的經濟效益及社會效益，是推動科技成果轉化的典型示范。運用SolidWorks中的SimulationXpress功能，對單體零件進行有限元分析，通過應力及位移變化量優化零件參數，對設備進行升級改造。通過SolidWorks繪制設備主要構件，并進行裝配。在裝配體運轉過程中對隱蔽部位進行剖視，直觀的觀察各部干涉及運轉狀態，為故障判斷及設備升級提供依據。