链式冷床计算机仿真研究

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1前言

链式冷床是钢管生产中比较重要的钢管冷却运输设备，常见的有单向链式冷床和双向链式冷床。冷床在高温环境下断续工作，热钢管在横向滚动运输过程中可以实现均匀的冷却和较好的直度。

2链式冷床的结构及工作原理

2．1单链式冷床结构及工作原理

单链式冷床由正向运输链和固定导轨构成，二者平行布置。正向运输链为带拨爪的槽形链，拨爪由滚轮构成，导轨倾斜一个角度，略高于正向链，钢管重量由导轨支撑。运输链工作时依靠拨爪的推力和固定导轨的摩擦力使钢管旋转前进，同时依靠钢管的自重保证钢管和拨爪始终接触。但单链式冷床在上料间隙内，正向链停转，钢管此时处于静止状态，容易出现局部冷却不均。

2．2双链式冷床结构和工作原理

双链式冷床由正向运输链和反向链构成，正向运输链为带拨爪的槽形链，拨爪也由滚轮构成，反向链为平板链。冷床反向链链板高于正向链链板，钢管重量由反向链支撑，向前运动的动力由正向链提供。双链式冷床可以提供两种工作状态，一种为正向链正向运动，反向链反向旋转，钢管在拨爪的推动下滚动前进，另一种为正向链停转，反向链连续运转，钢管在拨爪间原地旋转。双链式冷床能够实现钢管的持续旋转，使钢管在冷却过程中获得较好的冷却效果和直度。

3仿真应用

3．1问题提出

某厂460无缝钢管生产线使用双链式冷床冷却钢管，如图1所示，但钢管在运输过程中循环出现偏心滚动脱离链爪的现象，由于链速较慢，脱离后的一段时间钢管将不再旋转，从而导致钢管冷却不均，直度也受到影响。经现场实测分析发现此现象是由于钢管自身壁厚不均及直度不匀导致钢管偏心引起的。针对这种情况，在这里综合两种链式冷床的特点提出一种新的冷床布置形式，通过倾斜布置双链式冷床来保证钢管始终靠在拨爪上，以保证钢管在间歇横移运动中始终能够旋转。但是针对不同的管径和偏心程度，冷床的合理倾斜角度较难确定。随着计算机仿真技术的发展，可以利用计算机建模模拟钢管在冷床上的运动过程，通过调整设计参数确定合理的倾斜角度，为设备设计提供参考。

3．2计算机建模及参数设定

为了对钢管运动状态进行分析，通过三维软件建立钢管、正向链和反向链的简化模型。钢管规格457×65mm，密度7850kg/m3。拨爪及支撑面与钢管的静摩擦因数μ=0．3，钢管与支撑轨道之间的滚动摩擦因数μ=0．5mm，钢管与支撑面的滑动摩擦因数μ=0．2［1］。正反链速均为0．03m/s。由于壁厚偏心及直度引起的综合偏心量为3mm。

3．3模拟结果

通过给正、反链设定不同的倾斜角度，依靠钢管对拨爪的受力变化，判断钢管是否始终压靠在拨爪上并随其共同运动。

3．4结论

两个链节距前后拨爪上所受受力－时间曲线。由图可见此时钢管会出现脱离后链爪，并最终冲撞前链爪的情况。其中，两曲线受力共同为0的时间段即为钢管与反向链相对静止的状态，此时钢管容易出现局部冷却不均。正、反链整体向上倾斜1．5°后后链爪上的受力－时间曲线，由图可见，压力呈周期性变化，但始终大于0，说明钢管始终压靠在后拨爪上，根据钢管在冷床上的工作原理［2］，钢管是可以在整个横移过程中实现持续旋转的，从而保证了钢管的均匀冷却和较好的直度。

4结束语

通过计算机建模，仿真了链式冷床的运动。针对钢管由于自身直度及壁厚不均引起的综合偏心对运动造成的影响进行的分析。结合两种链式冷床的特点提出了倾斜布置双链式冷床的方式，并通过更改模型参数，找出了合理的冷床倾斜角。