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，原有設(shè)備已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)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(xiàn)同樣長度板材的冷卻功能，嚴(yán)重制約生產(chǎn)節(jié)奏。同時冷床下鋼擋板為鋼板打正裝置。經(jīng)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(shè)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(dǎo)致下鋼擋板頻繁開焊，輥道基礎(chǔ)頻繁損壞，并砸壞輥道電機。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

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

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

2 總體思路

（1）通過solidworks模擬分析軟件繪制主要設(shè)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(shè)備進行運動模擬，判斷故障原因并進行升級改造：①調(diào)整期。模擬分析后進一步驗證模型各項調(diào)整參數(shù)含義，并結(jié)合現(xiàn)場不同設(shè)備狀況進行試驗。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)，逐步進行設(shè)備升級改造，并通過改造結(jié)果在軟件中進行分析驗證。

（3）模擬分析方法調(diào)整與固化。設(shè)備通過功能升級后，后續(xù)運行狀態(tài)較之前發(fā)生了變化，在調(diào)試功能的同時，對全流程設(shè)備運行進行新的固化。

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，建立簡化的構(gòu)件模型，在原始零件的基礎(chǔ)上，簡化結(jié)構(gòu)并模擬完美條件下零部件形態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)，對部件公差參數(shù)進行修正，獲得實際應(yīng)用的簡化模型。根據(jù)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(chǎn)中設(shè)備上的狀態(tài)（圖2）。

（2）對構(gòu)件進行基礎(chǔ)裝配。根據(jù)設(shè)備裝配圖對零部件進行裝配。利用“配合關(guān)系”功能約束零部件之間的關(guān)系，保證零部件裝配無干涉現(xiàn)象，同時，調(diào)整零部件間尺寸公差及間隙，已達到與現(xiàn)場實際情況相符的狀態(tài)。冷床減速機及滾盤位置共設(shè)定54項配合關(guān)系，充分保證裝配體運動軌跡嚴(yán)謹(jǐn)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(shè)計2#滾盤式冷床長度為38 m，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，板材長度擴展到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

通過三維設(shè)計，拆除原設(shè)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(shè)計導(dǎo)向板，使板材順利通過托輥（圖5）。如圖5所示，新設(shè)計主要結(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(jīng)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(shè)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(dǎo)致下鋼擋板頻繁開焊，輥道基礎(chǔ)頻繁損壞，并砸壞輥道電機。同時造成鋼板橫移過程中發(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

圖6 鋼板與減速機上蓋高度差

通過SolidWorks三維軟件設(shè)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(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 實施效果

滾盤式冷床加裝滾輪后，完全實現(xiàn)了長度43 m鋼板的通過，極大地拓展了2#冷床的上鋼規(guī)格，實現(xiàn)了中厚板1#和2#冷床規(guī)格的統(tǒng)一。在使用過程中，隔熱槽充分發(fā)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(chǔ)損壞和砸壞減速機的問題，實現(xiàn)了設(shè)備功能優(yōu)化升級。

5 結(jié)論

通過設(shè)備仿真模擬對設(shè)備進行升級改造，提升了設(shè)備運轉(zhuǎn)效率，保障了設(shè)備運行精度，實現(xiàn)了設(shè)備功能優(yōu)化升級。同時目前已經(jīng)形成了一套基于三維設(shè)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(yīng)用，并取得了成功。接下來將積極推廣到整個行業(yè)當(dāng)中。為唐鋼帶來可觀的經(jīng)濟效益及社會效益，是推動科技成果轉(zhuǎn)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(yīng)力及位移變化量優(yōu)化零件參數(shù)，對設(shè)備進行升級改造。通過SolidWorks繪制設(shè)備主要構(gòu)件，并進行裝配。在裝配體運轉(zhuǎn)過程中對隱蔽部位進行剖視，直觀的觀察各部干涉及運轉(zhuǎn)狀態(tài)，為故障判斷及設(shè)備升級提供依據(jù)。