鏈式冷床計算機仿真研究

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1前言

鏈式冷床是鋼管生產中比較重要的鋼管冷卻運輸設備，常見的有單向鏈式冷床和雙向鏈式冷床。冷床在高溫環境下斷續工作，熱鋼管在橫向滾動運輸過程中可以實現均勻的冷卻和較好的直度。

2鏈式冷床的結構及工作原理

2．1單鏈式冷床結構及工作原理

單鏈式冷床由正向運輸鏈和固定導軌構成，二者平行布置。正向運輸鏈為帶撥爪的槽形鏈，撥爪由滾輪構成，導軌傾斜一個角度，略高于正向鏈，鋼管重量由導軌支撐。運輸鏈工作時依靠撥爪的推力和固定導軌的摩擦力使鋼管旋轉前進，同時依靠鋼管的自重保證鋼管和撥爪始終接觸。但單鏈式冷床在上料間隙內，正向鏈停轉，鋼管此時處于靜止狀態，容易出現局部冷卻不均。

2．2雙鏈式冷床結構和工作原理

雙鏈式冷床由正向運輸鏈和反向鏈構成，正向運輸鏈為帶撥爪的槽形鏈，撥爪也由滾輪構成，反向鏈為平板鏈。冷床反向鏈鏈板高于正向鏈鏈板，鋼管重量由反向鏈支撐，向前運動的動力由正向鏈提供。雙鏈式冷床可以提供兩種工作狀態，一種為正向鏈正向運動，反向鏈反向旋轉，鋼管在撥爪的推動下滾動前進，另一種為正向鏈停轉，反向鏈連續運轉，鋼管在撥爪間原地旋轉。雙鏈式冷床能夠實現鋼管的持續旋轉，使鋼管在冷卻過程中獲得較好的冷卻效果和直度。

3仿真應用

3．1問題提出

某廠460無縫鋼管生產線使用雙鏈式冷床冷卻鋼管，如圖1所示，但鋼管在運輸過程中循環出現偏心滾動脫離鏈爪的現象，由于鏈速較慢，脫離后的一段時間鋼管將不再旋轉，從而導致鋼管冷卻不均，直度也受到影響。經現場實測分析發現此現象是由于鋼管自身壁厚不均及直度不勻導致鋼管偏心引起的。針對這種情況，在這里綜合兩種鏈式冷床的特點提出一種新的冷床布置形式，通過傾斜布置雙鏈式冷床來保證鋼管始終靠在撥爪上，以保證鋼管在間歇橫移運動中始終能夠旋轉。但是針對不同的管徑和偏心程度，冷床的合理傾斜角度較難確定。隨著計算機仿真技術的發展，可以利用計算機建模模擬鋼管在冷床上的運動過程，通過調整設計參數確定合理的傾斜角度，為設備設計提供參考。

3．2計算機建模及參數設定

為了對鋼管運動狀態進行分析，通過三維軟件建立鋼管、正向鏈和反向鏈的簡化模型。鋼管規格457×65mm，密度7850kg/m3。撥爪及支撐面與鋼管的靜摩擦因數μ=0．3，鋼管與支撐軌道之間的滾動摩擦因數μ=0．5mm，鋼管與支撐面的滑動摩擦因數μ=0．2［1］。正反鏈速均為0．03m/s。由于壁厚偏心及直度引起的綜合偏心量為3mm。

3．3模擬結果

通過給正、反鏈設定不同的傾斜角度，依靠鋼管對撥爪的受力變化，判斷鋼管是否始終壓靠在撥爪上并隨其共同運動。

3．4結論

兩個鏈節距前后撥爪上所受受力－時間曲線。由圖可見此時鋼管會出現脫離后鏈爪，并最終沖撞前鏈爪的情況。其中，兩曲線受力共同為0的時間段即為鋼管與反向鏈相對靜止的狀態，此時鋼管容易出現局部冷卻不均。正、反鏈整體向上傾斜1．5°后后鏈爪上的受力－時間曲線，由圖可見，壓力呈周期性變化，但始終大于0，說明鋼管始終壓靠在后撥爪上，根據鋼管在冷床上的工作原理［2］，鋼管是可以在整個橫移過程中實現持續旋轉的，從而保證了鋼管的均勻冷卻和較好的直度。

4結束語

通過計算機建模，仿真了鏈式冷床的運動。針對鋼管由于自身直度及壁厚不均引起的綜合偏心對運動造成的影響進行的分析。結合兩種鏈式冷床的特點提出了傾斜布置雙鏈式冷床的方式，并通過更改模型參數，找出了合理的冷床傾斜角。