冷床传动系统中传动轴的优化设计

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摘要：在热轧钢管生产过程中，步进式冷床作为必不可少的设备之一，具有极其重要的作用。而传动系统中的传动轴作为步进式冷床的重要组成部分，是钢管完成步进动作的关键影响部件。本文以步进式冷床的结构及其工作原理为着手点，对步进式冷床传动系统合成运动进行了深入分析，并在此基础上提出了传动轴的优化设计建议，以期为步进式冷床传动系统的优化提供理论支持。

关键词：步进式冷床；传动系统；传动轴

冷床作为热轧钢管生产过程中的重要设备，步进式冷床因其运行平稳、钢管表面保存完好等特点，近年来在生产实践中逐步得到了推广使用，但作为新兴的冷床设备仍存在很大的改进空间。因此，本文笔者将结合自己的工作实践就步进式冷床传动系统中传动轴的优化设计问题进行探究，以供商榷。

1步进式冷床的结构及其工作原理

1.1步进式冷床的结构

动齿条、静齿条、偏心轮、传动轴、长轴、电机以及拖钢架、拨钢器是构成步进式冷床的主要组成部分（如图1所示）。其中，动齿条负责以步进式将钢管从静齿条上往后移，固定在支座上的静齿条承接轧件任务，偏心轮依靠电机并利用长轴带动传动轴实现转动，一般步进式冷床会将平衡摆配置到偏心轮传动轴上，以维持动齿条的平衡[1]。

1.2步进式冷床的工作原理

步进式冷床的工作原理为：在起始位置时，偏心轮处于低位，静齿条高于动齿条；当钢管滚入静齿条，动齿条向高位步进，偏心轮由电机带动同时向高位移动至最高点，之后往下运行至起始点平衡位置，完成一个周期，如此循环往复。

2步进式冷床传动系统合成运动分析

2.1步进式冷床传动系统中主轴偏心轮的合成运动分析

步进式冷床传动系统中主轴偏心轮在运作过程中，呈现出360°径向圆周轨迹，床面主传动偏心轮围绕固定点以一个偏心距为半径，呈现出顺时针圆周轨迹[2]。由步进式冷床传动系统中主轴偏心轮的合成运动分析可以看出，动齿条步进大致可以划分成两大阶段，首先在90°至270°这一过程中，动齿条全程参与托钢动作，并发挥主要的作用；其次在270°至90°这一过程中，动齿条完全不参与托钢动作，而是脱离轧件，为进行下一次托钢动作做准备，是两个步进循环周期间所应有的辅助运动过程。

2.2步进式冷床传动系统中动齿条框架的合成运动分析

步进式冷床传动系统中动齿条框架是最为核心的部件之一，在位于它下底面的动齿横梁上装有单托辊及双托辊机构，通过主传动轴偏心轮的轮缘和它的踏面形成面面接触状态，并形成有效地滚动摩擦，并通过动齿纵、横梁高程设计使得托辊踏面的偏心量能够有效传递到床面动齿条支架上，进而促使动齿条同时完成步进循环运动，推动轧件的横向移动。动齿条框架的合成运动以邻近床面静齿的2齿根连线的中间部位作为圆心，以偏心距作为半径，做顺时针圆周运动。由步进式冷床传动系统中动齿条框架的合成运动分析可以看出，在实际的操作过程中，应当使尽量保持静齿条组和床面矫直板的标高处于相同的高程上，从而使轧件在由床面矫直板到床面静齿的步进过程中能够实现平稳过渡，有效减少摩擦、剐蹭等不良情形的出现。然而，从实际工作情形来看，动齿框架应当得到相对严格的控制，累积误差最好不要超过或小于10mm，尽可能地为动齿框架做步进举升动作创造有利条件。此外，在进行动齿齿形的设计过程中，应当使床面动齿条、床面静齿条以及矫直板的齿形保持一致，特别是在进行齿顶线标高设计时应当进行充分的运动分析，有效避免可能给步进举升运动造成不良影响的因素出现，从而使步进式冷床在生产活动中发挥最大功用。

3传动轴的优化设计建议

3.1采用悬挂式模块设计方案优化齐头辊道

步进式冷床传动系统中的床面齐头辊道主要功能则是将冷却后的钢管进行纵向并进，以便后期推动工作的顺利开展。但在具体的施工过程中，不断促进当前布置与装配更加科学化，其中需要消耗大部分的时间。因此，为了更好地推动当前工程项目的提升状况，不断要求相关工作人员进行统一安装，并在支架设计上进行合理化的设计。

3.2优化锯齿状床面短静齿条为平面结构

床面长静齿条和床面短静齿条是步进式冷床床面静齿条的两种主要结构，其主要作用则是通过对承载轧件以及对轧件进行冷却、矫正，在这个过程中，通过不断提升动静辅助轴，对其中各种收缩状况进行规划设计。根据传统的设计不走，无论是当前的固定方式，还是主体结构，推动整个设计的全面化。尽管这样对轧件的冷却、矫直有积极的影响，但在实际操作过程中需要安装精度颇高的床面静齿条，而如此频繁地接触过多的齿槽，一旦有床面装配精度不高或床面静齿变形等不良情形，就会导致轧件形成通条弯曲的情形，既对产品的外观质量产生极其严重的影响，又加大了对床面进行矫正的难度。因此，经反复试验论证后得出：优化锯齿状床面短静齿条为平面结构能够有效减少刚性支撑点，有效减轻因床面装配精度不高或床面静齿变形等因素对轧件平直度所形成的不利影响，促使轧件的冷却成型。

3.3优化锯齿状床面长静齿条为立体结构

为了进一步优化当前传轴效益，不仅需要对其接触到齿槽特征进行构建，还需要不断增强当前的发展进程。在这个操作过程中，还需要不断提升各种精确设计。在配置过程中，通过不断增强各种动态结构，最终影响到各种问题的解决，在这个过程中，不仅对整个产品的外观产生影响，还不能及时构建立体结构。因此，经反复试验论证后得出：优化锯齿状床面短静齿条为平面结构能够有效减少刚性支撑点，有效减轻因床面装配精度不高或床面静齿变形等因素对轧件平直度所形成的不利影响，促使轧件的冷却成型。

4结语

步进式冷床作为新一代冷床设备在生产活动中发挥着重要的作用，这就要求相关工作人员在工作实践中应当充分认识步进式冷床的结构及其工作原理，并分析掌握步进式冷床传动系统合成运动，从而从优化齐头辊道以及短静齿条等方面着手，对步进式冷床传动系统中传动轴进行更为科学合理的优化设计，使装备的整体质量得以全面提升，达到更好服务于生产活动的目的。

作者:胡翠平 单位:中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司

参考文献:

[1]李永峰.棒线步进式冷床的运动分析及局部优化设计[J].山东冶金,2016,38(03):47-49.

[2]陈碧楠,宋鵾,刘荣.步进式冷床优化设计[J].重庆工学院学报(自然科学版),2008,22(07):30-33+72.