機械畢業(yè)設(shè)計（論文）步進式加熱爐爐底升降機構(gòu)設(shè)計【全套圖紙】

1、目 錄前 言1第一章 緒 論21.1 步進式加熱爐的特點及發(fā)展方向21.1.1步進式加熱爐特點21.1.2現(xiàn)代化步進式加熱爐發(fā)展方向31.2 技術(shù)參數(shù)5第二章 步進式加熱爐機械62.1.1 步進式加熱爐的運動軌跡62.1.2 步進式加熱爐的運動周期72.1.3 步進梁移動機構(gòu)的組成和傳動方式82.1.4 對傳動機構(gòu)的要求92.2 步進梁傳動機構(gòu)122.2.1 步進梁的機械傳動裝置122.2.2 步進梁的油壓傳動裝置122.2.3 步進梁的結(jié)構(gòu)122.3 步進式加熱爐組成及各部分的功能132.4 設(shè)計特點及存在的問題16第三章 升降機構(gòu)的設(shè)計173.1 動力傳輸分配系統(tǒng)的設(shè)計及動力傳輸路徑173

2、.2 主動曲拐的設(shè)計173.2.1主動曲拐的運動分析173.2.2主動曲拐的結(jié)構(gòu)設(shè)計183.3 主動曲拐橫向軸的設(shè)計193.4 主動曲拐鍵的設(shè)計及校核213.5 確定油缸的工作壓力和油缸的結(jié)構(gòu)尺寸223.5.1油缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸233.5.2缸筒的選用253.5.3活塞293.5.4活塞桿30第四章 步進式加熱爐的使用及維護34結(jié) 束 語36參 考 文 獻37摘 要：步進式加熱爐投入生產(chǎn)使用以來，以其加熱溫度均勻，鋼坯之間無粘結(jié)，自動控制能力強等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中支。由于步進式加熱爐具有高效率、高爐齡、低消耗、低燒損等特點，所以，有必要進行設(shè)計. 近年來，步進式加熱爐越來

3、越向大型化、多功能化、高度自動化、方向發(fā)展。在步進爐機械中，主要的任務(wù)是完成步進式加熱爐爐底升降機構(gòu)的設(shè)計，對升降機構(gòu)的主動部分作了詳細的設(shè)計并對加熱爐的性能參數(shù)進行選擇,對這套升降機構(gòu)的主動曲拐及相關(guān)零件進行設(shè)計，及對所用到的液壓缸進行選擇。關(guān)鍵詞：步進式爐，升降設(shè)備，曲拐abstract: since the step-type heating furnace has put into the production use, by it heating temperature even, between the billet does not have cakes, the automat

4、ic control ability is strong and so on the merit is widely applied to the steel and iron production enterprise in. because the step-type heating furnace has high characteristic and so on efficiency, high furnace lining duration, low consumption, low loss by burning, therefore, it is necessary to car

5、ry on the design in recent years, the step-type heating furnace more and more to the large scale, multi-purpose, the high automation, the direction developed. in step-by-steps in the stove machinery, the main duty is completes the step-type heating furnace furnace bottom elevating mechanism the desi

6、gn, initiative has partially made the detailed design to the elevating mechanism and carries on the choice to the heating furnace performance parameter,carry on the design to this set of elevating mechanism driving crank and the correlation components, and to uses the hydraulic cylinder carries on t

7、he choice to. key word: walling beam furnace, the crane，crank前 言經(jīng)過了畢業(yè)實習(xí)之后，我們就要進入大學(xué)生活中的最后階段畢業(yè)設(shè)計了，這次畢業(yè)設(shè)計為期三個月，在這三個月中，我們要根據(jù)老師所給出的畢業(yè)設(shè)計題目進行充分的設(shè)計。在此次畢業(yè)設(shè)計中，我的畢業(yè)設(shè)計題目為步進式加熱爐爐底升降機構(gòu)，這套步進式加熱爐是包鋼無縫鋼管廠在無縫鋼管完成了一次穿孔和二次穿孔后，再一次進行加熱，從而為后序工序作準(zhǔn)備。步進式加熱爐是依靠步進梁的有順序的運動使加熱的坯料在爐內(nèi)逐步地從爐尾移動到出料端，使坯料達到規(guī)定的溫度后出爐。在步進式加熱爐內(nèi)坯料和連續(xù)式加熱爐內(nèi)料坯

8、運動方式不同，它們是按照矩形軌跡運動的，一個運動周期由4個動作組成。即：1）活動爐底上升，將料坯托起；2）活動爐底與料坯一起往前水平移動一個距離；3）活動爐底水平下降將料坯放在固定爐底上；4）活動爐底水平移動退回到起始位置。因此，對活動梁的運行有嚴(yán)格的速度要求，以盡可能減少運動過程中各動作間切換以及活動梁接觸鋼坯時的沖擊和震動，保障步進爐長期正常運行。由于步進式加熱爐具有高效率、高爐齡、低消耗、低燒損等特點，所以，進行設(shè)計是有必要的。在這套步進爐機械中，我主要的任務(wù)是完成步進式加熱爐爐底升降機構(gòu)的設(shè)計，對升降機構(gòu)的主動部分作了詳細的設(shè)計并對加熱爐的性能參數(shù)進行選擇。根據(jù)要求，我將對這套升降機構(gòu)

9、的主動曲拐及相關(guān)零件進行設(shè)計，及對所用到的液壓缸進行選擇。第一章 緒 論1.1 步進式加熱爐的特點及發(fā)展方向步進式爐（walling beam furnace）通過專用的步進機構(gòu)使坯料由爐子一端按一定軌跡循序運動至另一端的機械化工業(yè)爐。分步進梁式和步進底式二種。運動過程是：坯料置于固定梁或爐底上，步進梁上升將坯料托起，向前移動一定距離下降，坯料重新落在固定梁或爐底上，步進梁向后移動回至起點。1.1.1步進式加熱爐特點1) 在步進式加熱爐內(nèi)，鋼坯的運行是靠步進梁底托起前進放下來完成的，所以不產(chǎn)生劃痕。步進式爐底無水冷滑軌，“黑印”現(xiàn)象較輕或不產(chǎn)生“黑印”，每組鋼坯間都留有較大的間隙，避免了“粘鋼

10、”現(xiàn)象，可實現(xiàn)三、四面加熱，加熱速度快，溫度均勻。2) 步進式加熱爐可隨意延長爐子長度，可充分利用煙氣的余熱預(yù)熱鋼坯。3) 步進式加熱爐清爐方便，步進操作靈活，加熱各種鋼種，適應(yīng)性強。4) 步進式加熱爐加熱速度快、溫度均勻，操作靈活，因此減少了鋼坯的燒損。5) 步進式加熱爐最早的熱耗比推鋼式加熱爐的大15%20%，水耗比推鋼式加熱爐的大60%左右。近幾年，經(jīng)改進這些指標(biāo)已接近推鋼式加熱爐。步進式加熱爐的使用效果比較好，因此爐子生產(chǎn)率可以很高，大的步進式加熱爐生產(chǎn)效率甚至可達到400550t/h，有效爐長可達50米左右，而小的步進式加熱爐有效爐長也可以只有23米。和一般推鋼式連續(xù)加熱爐相比，步進

11、式爐的主要優(yōu)點是：1、鋼料靠步進梁的運動在爐內(nèi)通過，因此鋼料之間可以留出間隙，不會產(chǎn)生粘結(jié)；鋼料之間空出一定間隙，還能縮短加熱時間，對氧化、脫碳要求嚴(yán)格的鋼料，還因縮短在爐時間而能減少氧化和脫碳。2、鋼料和步進梁之間沒有摩擦，避免鋼料表面在加熱過程中產(chǎn)生劃傷。3、爐子長度不受推鋼長度的限制。4、外形不太規(guī)整和厚薄不同的鋼料在裝爐時不受限制。5、爐內(nèi)鋼料在必要時可以利用步進機構(gòu)全部出空或退空，修爐時可以縮短停爐時間，減輕出空爐子的勞動強度；待軋時可將鋼料倒退一段距離，這樣避免了出料端鋼料的冷卻和氧化、脫碳。6、通過改變鋼料之間的間隙、步進梁的水平行程和步進周期時間，使加熱操作比較靈活。例如當(dāng)爐子

12、產(chǎn)量降低時可將鋼料間距加大，減少爐內(nèi)裝料量，但鋼料在爐內(nèi)加熱的時間不變。由于上述優(yōu)點，雖然步進機構(gòu)比推鋼機的制作和維護要復(fù)雜些，近年來，步時式爐在國內(nèi)外軋鋼用爐的設(shè)計和使用方面，推廣很快。1.1.2現(xiàn)代化步進式加熱爐發(fā)展方向1）大型化、多功能的爐型大型化 近年來，步進式加熱爐越來越向大型化方向發(fā)展。意大利it公司為加拿大菲斯克公司設(shè)計的兩座步進式加熱爐，加熱冷坯產(chǎn)量為400噸/小時，加熱熱裝坯時產(chǎn)量為550噸/小時。該加熱爐爐內(nèi)長47.396米，爐內(nèi)寬12米，裝有快速裝出料機，能使每座爐子產(chǎn)量達1000噸/小時，步進周期僅為30秒。多功能化 現(xiàn)代化的步進式加熱爐除了高產(chǎn)，低耗以外，還要求步進爐

13、的適應(yīng)性強、功能多，這是目前步進式加熱爐發(fā)盡其所有的又一大特點。它還就具有連續(xù)出鋼和間斷出鋼的能力，具有和連鑄機匹配的能力，除此之外，還能滿足一些特殊鋼種對加熱的要求，如對脫碳、溫差、氧化燒損的要求等。2）低溫差、高質(zhì)量的加熱效果為了減少鋼坯與水管的接觸處所產(chǎn)生的水管“黑印”，減少坯料的溫差，提高坯料的加熱質(zhì)量，現(xiàn)代化步進式加熱爐采用了如下技術(shù)措施。錯位梁 采用加熱段與均熱段步進梁縱向水管滑道位置錯開的位置，可大大減少坯料在加熱爐、加熱段帶來的“黑印”。“旋轉(zhuǎn)式”步進梁 其步進底是陶瓷作成的，而陶瓷爐底是一個特殊的裝置。該裝置可使坯料在爐底運行過程中轉(zhuǎn)動，通過使用這種轉(zhuǎn)動式爐底，爐子產(chǎn)量可以大

14、大提高，而燃耗量并不增加，并且使坯料的上下溫差大大降低。3）高熱效率、高回收率裝料前室及延長熱回收段，法國“斯太因”公司最新設(shè)計的步進式加熱爐在裝料輥道與爐尾裝料爐門之間設(shè)有一個具有耐火材料纖維內(nèi)襯的裝料前室。在爐子熱裝時，裝料前室具有暫時存貯熱坯的保溫作用，減少裝料爐門熱損失。汽化冷卻 近年來，步進梁式加熱爐采用汽化冷卻技術(shù)有了很大的發(fā)展，國外相關(guān)資料紛紛報道大型步進式加熱爐采用汽化冷卻所帶來的經(jīng)濟效益。如加拿大道菲斯公司步進梁式加熱爐產(chǎn)量為400噸/小時，熱滑道冷卻卻采用汽化冷卻，當(dāng)熱滑道包扎完好率100%時，產(chǎn)汽量為24噸/小時。若絕熱層包扎完好率為90%時，可產(chǎn)42噸/時的蒸汽。對該加

15、熱爐的成本分析表明，從汽化冷卻滑道系統(tǒng)回收蒸汽降低了坯料加熱成本，加熱每噸鋼坯成本從原來的4.55美元降低到了3.49美元，也就是說，以年產(chǎn)300萬噸鋼坯計，僅此一項，每年可節(jié)約320萬美元，效益非常可觀。4）高度自動化現(xiàn)代化步進式加熱爐自動化控制系統(tǒng)也已從過去的一級控制，發(fā)展到目前的二級控制。所謂二級控制是指用計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制爐內(nèi)鋼坯數(shù)量和狀態(tài)，通過加熱數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)爐子的最佳燃燒控制等。5）靈活快速的機械裝置除了鋼坯的自動對中，步進機構(gòu)防止跑偏、步進梁對鋼坯實現(xiàn)輕拿、輕放，減少沖擊和震動等技術(shù)已日趨成熟。隨著金屬加工技術(shù)向著連續(xù)化，大型化、自動化、多品種、高精度方向發(fā)展，步進式加熱爐為適應(yīng)

16、工藝的要求，也朝著大型化，多功能、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、無公害和操作自動化方向邁進。上下供熱的步進梁式加熱爐，是美國“表面燃燒”公司首創(chuàng)設(shè)計，自從1967年4月在美國格蘭那特城公司問世以來，至今已在世界上獲得了長足的發(fā)展。1.2 技術(shù)參數(shù)爐子最大產(chǎn)量 140t/h步進周期 25s步進梁升降行程 345mm 降120mm 升225mm步進梁平移行程 510mm步進梁計算總荷重 320000kg升降油缸型號 cd250b/220/160缸徑 220 行 程 1400mm（工作行程1169）工作壓力 20 mp最大鋼坯荷重 130t第二章 步進式加熱爐機械2.1.1 步進式加熱爐的運動軌跡步進式爐是依靠

17、專用的步進機構(gòu)使鋼料在爐內(nèi)有順序的移動，使加熱的坯料達到規(guī)定的溫度后出爐的一種機械化爐子。步進梁通常按矩形軌跡運動。步進式加熱爐內(nèi)坯料和連續(xù)式加熱爐內(nèi)坯料運動方式不同，它們是按照矩形軌跡運動的，一個運動周期由四個動作組成。一個正循環(huán)的運動過程由上升、前進、下降、后退四個動作組成；開始時，步進梁處在坯料下面的最低的位置，如下圖中的a點，這時坯料放在固定梁上。然后步進梁垂直上升，超過固定梁時將鋼料托起，到達b點的位置。接著步進梁帶著鋼料向前水平移動一段距離，到達圖中c點的位置。然后步進梁垂直下降，在通過固定梁時，把鋼料放在固定梁上后，到達d點位置。最后步進梁在最低位置水平向后移動一段距離，回到a點

18、位置。這樣完成一個步時動作。按照這樣的動作，使鋼料一步步前進，從裝料端移送到出料端。一個逆循環(huán)的運動過程由下降、前進、上升、后退四個動作組成；踏步則由上升、下降兩個動作完成。2.1.2 步進式加熱爐的運動周期步進式加熱爐的運動周期是由軋制節(jié)奏決定的。而且操作人員可以根據(jù)坯料的情況（鋼種、尺寸、坯料溫度）以及煤氣質(zhì)量等參數(shù)很方便地調(diào)整。每個周期能使鋼材前進或后退一個行程。有些步進式加熱爐底運動軌跡不是矩形，而是棱形、橢圓形。它們都不如矩形軌跡好，因為這些軌跡會造成料坯在步進運動中與爐底發(fā)生水平摩擦，這是不希望的。在步進式加熱爐內(nèi)由于有上述運動的特點，加熱快而且內(nèi)外溫度均勻，提高了加熱質(zhì)量，實現(xiàn)三

19、面或四面加熱。通過改變料坯之間的距離可以使加熱時間和爐子產(chǎn)量發(fā)生變化，因此，步進式加熱爐可以通過改變料坯之間的間距和水平行程的長短以及步進周期的時間來實現(xiàn)料坯靈活加熱。步進梁的運動軌跡（a）圓形 (b)橢圓形 (c)矩形2.1.3 步進梁移動機構(gòu)的組成和傳動方式步進梁的傳動機構(gòu)，分為升降機構(gòu)和水平移動機構(gòu)兩部分。傳動方式可分為機械傳動和油壓傳動兩種，其優(yōu)缺點的比較見下表。早期步進爐用機械傳動方式較多，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，目前廣泛采用油壓傳動方式。性 能油 壓 傳 動 方 式機 械 傳 動 方 式1、便于調(diào)整速度；2、步進梁升降過程中間可以加減速以減少沖擊3、驅(qū)動力可以調(diào)節(jié)，易于實現(xiàn)自動化1、交

20、流電機傳動，速度微調(diào)困難2、步進梁升降過程中加減速度調(diào)節(jié)，需大量的控制設(shè)備，運行周期時間短，調(diào)整較困難構(gòu)造1、標(biāo)準(zhǔn)油壓元件組成油壓站和傳動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊簡單；2、油壓站集中放在爐子，下部專用位置爐底空間相對較大1、傳動機構(gòu)較大，非標(biāo)準(zhǔn)件多，較復(fù)雜2、電動機，減速機等傳動機構(gòu)必須放在步進梁附近，占爐底面積較多可靠性與油壓元件的制造質(zhì)量和配管技術(shù)的水平有關(guān)使用時間較長，可靠性好維修1、油壓元件已標(biāo)準(zhǔn)化，便于維修、更換；2、事故處理和安全措施比較容易；3、步進梁和提升梁用一個油壓站，便于管理和維修；4、爐底下部較寬敞，維修方便1、機構(gòu)較大，維修較困難；2、設(shè)備事故用小量的維修不能排除（如減速機事故等

21、）；3、 爐子下部相對場地較窄，設(shè)備多，維修場地較小2.1.4 對傳動機構(gòu)的要求1) 調(diào)整步進周期的時間根據(jù)不同的鋼種和斷面尺寸確定鋼材在加熱爐內(nèi)的時間，有時需要調(diào)整步進周期的時間，以滿足鋼材在爐內(nèi)的加熱時間。機械傳動裝置用直流電機時可以調(diào)整運行速度，用交流電機時調(diào)整運行速度較困難。油壓傳動裝置在壓力一定時，靠供油量的變化來改變油缸的速度。改變油量可以用變量油泵，也可以改變同時運轉(zhuǎn)油泵的臺數(shù)或采用流量調(diào)節(jié)閥控制。另外，可用只有升降動作而沒有前進動作來延長鋼材的加熱時間。2) 減少起動、停止時間和升降中間的沖擊在大型步進式加熱爐上，為了避免步進梁托起或放置鋼材時產(chǎn)生沖擊，就要使步進梁在托起或放置

22、鋼材時降低速度，一般為最高速度的二分之一。為了防止起動和停止時步進梁的沖擊，在油缸的兩端設(shè)緩部結(jié)構(gòu)，避免劇烈的起動和停止，特別是在周期小于10秒時，更要考慮防止沖擊和震動。當(dāng)行程變化時，則要在油壓系統(tǒng)中考慮緩沖措施。采取減速和緩沖措施的步進梁速度變化情況見下圖，具體措施有以下幾種：步進梁運行速度圖（a）步進梁運動速度圖（b）步進梁升降中間減速圖油壓傳動步進梁，用變量油泵改變供油流量來調(diào)整步進梁的運行速度。下圖（a）表示控制速度的油壓系統(tǒng)，把步進梁的起動、中間減速、停止的速度信號裝在速度給定器1內(nèi)；當(dāng)速度要發(fā)生變化時，由速度給定器發(fā)也相應(yīng)的信號給電壓給定器2，再通過隨動放大器3，隨動閥4和隨泵5

23、，控制油缸的驅(qū)動速度。圖（b）表示步進梁上升行程的速度變化情況開始從a到a慢慢加速，a到m為最高速度，步進梁上升到m點時，碰限位開關(guān)（限位開關(guān)可安裝在油缸6的活塞桿上，也可以裝到其他合適的地方），發(fā)出信號到速度給定器，油缸減速。當(dāng)按照預(yù)定時間減到m點時，步進梁從固定梁上托起鋼坯后，又重新加速到點。接著以原來的速度上升到點，觸動限位開關(guān)，又進行減速，直至b點，碰限位開關(guān)，上升停止。下降行程的速度控制和上升行程相同。利用步進梁升降的斜軌道形狀控制速度用直流電動機驅(qū)動時，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速來改變步進梁升降速度用定量泵時，在傳動系統(tǒng)內(nèi)采用換向閥和速度調(diào)節(jié)閥來控制流量用多臺定量泵時，用改變供油泵的臺數(shù)，控

24、制油缸的速度用電動液壓隨動閥控制系統(tǒng)，實現(xiàn)速度控制3）調(diào)整步進梁行程根據(jù)鋼坯的不同斷面，有時要求調(diào)整步進梁的行程。步進梁的升降行程在爐子設(shè)計中確定，使用中不調(diào)整，一般取120200毫米。步進梁的前進和后退油缸行程一般在600毫米左右。機械傳動位置（除凸輪機械外）和油壓傳動裝置的行程調(diào)整，一般用型凸輪調(diào)整式主令控制器，安裝在傳動裝置處；或者采用型行程開關(guān)，裝在運動機構(gòu)行程的一定地點上，依靠運動機構(gòu)擋塊作用，使限位開關(guān)動作以控制運動機構(gòu)的行程和變換其運動的方向或速度。在采用油缸傳動時，一般就把帶有擋塊的連桿裝在油缸體和活塞桿的側(cè)面，位置可調(diào)的行程開關(guān)用螺桿調(diào)節(jié)行程，行程開關(guān)的位置是固定的，行程距離

25、可用標(biāo)尺觀察。調(diào)節(jié)前進和后退行程要費相當(dāng)多的時間，因此一般在換班或軋機更換產(chǎn)品時進行。在設(shè)計中要盡可能采用能適合幾種坯料尺寸的行程，減少調(diào)整工作。4）同步要求由于鋼坯長短尺寸不同，步進梁可以是單排，雙排或多排。當(dāng)用雙排梁或多排梁加熱長料時，要求步進梁同步動作。多排梁不要求單獨動作時，可以裝在一個共同的框架上，用移動框架的方法來使步進梁同步。需要單獨傳動的多排梁，要有專門的同步裝置來保證同步。機械傳動的步進梁，可用各排梁上的齒條或銷齒條與同一傳動軸上的齒輪嚙合保證各排梁同步運行。油壓傳動的步進梁同步傳動機構(gòu)，一般有下列幾種形式：同步分流閥系統(tǒng)：在任何瞬時，供給幾個油缸的油時相等。并聯(lián)油泵：用一個

26、電動機帶幾臺等油量油泵，使各油缸同步。油馬達同步系統(tǒng)：將幾個油馬達的軸用機械剛性連接，組成油量分配器，以保證各油缸同步。同步因素取決于各油馬達之間的每轉(zhuǎn)排油量和容積效率的差別，所以選用容積效率差小的柱塞沒馬達可達到很高的精度。5）其他要求為了克服步進梁的橫向作用力，有的爐子裝有側(cè)向?qū)л亖砜刂撇竭M梁的橫向移動，避免橫向力傳到油缸或?qū)к壣稀２竭M爐的傳動設(shè)備一般是在高溫、多灰、振動和潮濕的環(huán)境中工作，設(shè)計時要充分考慮到這些不利的因素。為了避免油溫差太大，設(shè)計時要適當(dāng)考慮加熱和冷卻系統(tǒng)。2.2 步進梁傳動機構(gòu)2.2.1 步進梁的機械傳動裝置步進梁機械傳動時，梁的升降和水平運動可用一套或分別兩套裝置傳動

27、，把回轉(zhuǎn)運動通過變換機構(gòu)變?yōu)橹本€運動。變換機構(gòu)有凸輪杠桿傳動、齒輪齒條機傳動和螺旋推桿傳動，這些裝置都比較簡單，制作維修方便，受負荷變化和影響小，但在移動步距大和速度快時，梁會產(chǎn)生振動。2.2.2 步進梁的油壓傳動裝置步進梁采用油壓傳動時，升降和水平往復(fù)運動分別由單獨油缸傳動。升降動作時，靠水平油缸固定其水平位置，水平往復(fù)運動時，靠升降油缸固定其升降位置。2.2.3 步進梁的結(jié)構(gòu)步進梁是用來承載和運輸爐內(nèi)被加熱鋼材的機構(gòu)，處于一定溫度條件下工作。步進梁有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是在爐內(nèi)承載鋼材的梁，在水冷鋼管上焊有耐熱合金鋼的導(dǎo)軌或用耐熱鋼鑄造而成的導(dǎo)軌，通過立柱支到爐外底部下的鋼架上；另一種是梁的

28、上部砌有耐火材料和保溫磚，有的頂部還裝有耐熱鋼或耐火混凝土制造的導(dǎo)軌。為了保證步進梁和固定爐底之間的縫隙的不漏氣，要有合適的密封裝置。對于上部徹有耐火材料的步進梁的結(jié)構(gòu)有兩種焊接的形式：一種是單層主梁，梁的下部焊有支在支承輥上的軌道；另一種結(jié)構(gòu)是桁架式，上部的主梁通過槽鋼和角鋼與下部結(jié)構(gòu)連成鋼架，通過鋼架支到支承輥上。主梁是由兩根水梁組成。由于梁承受負荷并有溫度影響，所以要求步進梁有足夠的強度和剛度，不能在使用中發(fā)生扭曲或拱起等變形。并且要保證梁的垂直度和彎曲度及平直度，嚴(yán)格控制制造誤差和安裝誤差。對于較長的梁，為防止在受熱后縱向變形，將梁在長度方向分成幾段，使變形減到最小，其長度視步進梁寬度

29、而定，每段梁至少要支在兩個以上的支承輥上。相鄰梁用可滑動的接頭連接起來，保證水平移動的剛度和允許在垂直平面內(nèi)自由運動。通水冷卻的主梁，要有很好的密封性，焊接后作5公斤力/厘米2水壓試驗。步進梁上安裝導(dǎo)軌、底板、磚座及水封板時，要考慮到受熱后變形的情況。步進梁的強度計算，應(yīng)根據(jù)負荷的分布、尺寸、重量和平整程度，以及梁的溫度條件和支撐機構(gòu)距離等情況來分析。一般按照連續(xù)梁計算。2.3 步進式加熱爐組成及各部分的功能步進機械由步進梁及立柱、平移機構(gòu)、升降機構(gòu)、水封槽及密封裝置、行程控制器等主要部分組成，如圖示，各部分功能及結(jié)構(gòu)簡述如下:1、步進梁及立柱步進梁用來移送被加熱的鋼坯、與固定梁交替支承鋼坯，

30、必須具有足夠的剛度和強度，故就采用抗彎模量較大的矩型管，由立柱鋼管支承。為了減少鋼坯“黑印”，在梁的上表面間隔布置耐熱滑塊。立柱為雙層套管結(jié)構(gòu)，便于通水冷卻，立柱穿過爐底和水封槽，安裝在平移框架上，梁和立柱的外表面均包扎耐火纖維和澆注料。2、平移機構(gòu)平移機構(gòu)包括平移油缸和平移框架，是步進梁水平運動的主要構(gòu)件。平移框架由型鋼、鋼板焊接而成，為了解決加工和運輸?shù)睦щy，從長度方向分為多段，每段的長度不要過長。設(shè)計平移框架要注意分段處接頭的加工，分段處主梁應(yīng)先按整體焊接，并在分段線的上下和兩側(cè)配制夾板并鉸孔，然后切開加工。3、升降機構(gòu)升降機構(gòu)包括升降油缸、主動曲拐、從動曲拐、連桿及其軸承座等。升降機構(gòu)

31、是步進梁完成垂直運動的主要構(gòu)件，16個曲拐安裝有16個托輥，升降沒缸與主動曲拐鉸接，每列的主、從動曲拐用連桿連接，兩個主動曲拐用同步軸機械同步。連桿的兩端為正反扣的梯形螺紋旋轉(zhuǎn)連桿，改變螺紋的旋入長度，可以調(diào)節(jié)托輥上母線的標(biāo)高。4、水封槽及密封裝置為了防止外界空氣通過爐底開孔處進入爐內(nèi)，保持爐內(nèi)的正常溫度和壓力，沿爐寬方向設(shè)置了排水封槽。水槽由鋼板焊接而成，槽底中部呈現(xiàn)屋脊形，使落入槽內(nèi)的氧化皮易于落到兩側(cè)被固定的爐底的刮渣板帶走。水槽安裝在平移框架上，步進梁垂直和水平運動時，水槽隨之運動，氧化鐵皮被自動刮進入料端的渣槽內(nèi)，由高壓水沖入鐵皮溝。水槽內(nèi)的水面高度由水電磁閥和差壓變送器自動控制。5

32、、導(dǎo)向裝置平移機構(gòu)的框架在升降機構(gòu)的托輥上運行，框架與托輥接觸的導(dǎo)板一側(cè)為平板，另一側(cè)為槽形，槽形導(dǎo)板在托輥上運行時，利用兩側(cè)凸緣限制平移框架橫向位移。6、行程控制器步進梁的運動速度是變化的，其速度的改變是液壓系統(tǒng)中比例閥的流量變化來實現(xiàn)的，比例閥流量改變的信號來自于行程控制器，行程控制器安裝在升降油缸和平移油缸上，控制器的導(dǎo)桿與油缸活塞桿同步運行，導(dǎo)桿上的觸頭與安裝在導(dǎo)桿兩側(cè)的接近開關(guān)相遇，就可以發(fā)出改變速度的信號。7、步進梁的運動步進梁的運動軌跡為矩形，由升降機構(gòu)的垂直運動和平移機構(gòu)的水平運動組合而成，步進梁相對于固定梁作上升、前進、下降、后退四個運動。這四個動作組成步進梁的一個運動周期，

33、每完成這樣一個周期，鋼坯就從裝料端向出料端前進一個行程。8、水平運動步進梁的平移運動是由平移機構(gòu)來完成的，水平運動時升降機構(gòu)不動作。油缸活塞伸出，步進梁前進，油缸活塞都經(jīng)過加速、勻速、減速三個階段。每個階段的時間和速度都是精確分配的。9、垂直運動步進梁的垂直運動是由升降機構(gòu)來完成的。垂直運動時，平移機構(gòu)不動作。油缸活塞桿縮回，步進梁上升，油缸活塞桿伸出，步進梁下降。垂直運動的速度曲線比水平運動的速度曲線復(fù)雜，多了一次中間減速運動，其目的是當(dāng)步進梁接近固定梁進降低速度，使步進梁在取放鋼坯時平穩(wěn)運行。10、步進梁運動方式步進梁以水平運動和垂直運動為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的工作制度可以實現(xiàn)正循環(huán)，逆循環(huán)，踏

34、步循環(huán)三種運動方式。正常生產(chǎn)時，加熱爐處于正常工作狀態(tài)，用正循環(huán)運動把鋼坯從裝料端一步一步地連續(xù)不斷地移送到出料端。當(dāng)生產(chǎn)停止時，為了把鋼坯退出加熱爐，采用逆循環(huán)。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障要處理時，暫時不能出鋼，為了防止鋼坯出現(xiàn)“黑印”，步進梁做踏步循環(huán)。2.4 設(shè)計特點及存在的問題1、采用同步軸使機械同步升降機構(gòu)中的兩個油缸是否同步，直接影響到鋼坯在爐內(nèi)的跑偏量，若用液壓同步回路，精度達不到要求。因此設(shè)計了同步軸，在單側(cè)油缸瞬時驅(qū)動時，通過同步軸使兩列托輥同時運動，由于兩個油缸并聯(lián)連接，不同步時，液壓油自動流向壓力低的油缸，單側(cè)油缸驅(qū)動狀態(tài)稍現(xiàn)即逝，這對機械設(shè)備和液壓系統(tǒng)均無影響。2、采用了中間減速的

35、速度控制制度這種速度控制方式使步進梁的運動趨于平穩(wěn)，至少為步進爐的使用帶來兩方面的好處。其一，有利于鋼坯在爐內(nèi)的位置控制，減小跑偏量；其二，減少設(shè)備的沖擊和振動，防止耐火纖維和澆注料的脫落，延長設(shè)備的使用壽命。3、連桿的設(shè)計采用等強度理論主動曲拐和從動曲拐之間用連桿連接，根據(jù)升降機機構(gòu)的受力分析，各連桿的受力大小從主動曲拐起等量遞減，故將連桿直徑設(shè)計為依次減小，既滿足了強度要求，又節(jié)省了材料。4、存在的問題鋼坯在爐內(nèi)有跑偏的可能，產(chǎn)生這種現(xiàn)象一般是因為主動曲拐與同步軸的聯(lián)接鍵松動，曲拐和同步軸之間有微小相對運動，導(dǎo)致兩列軋輥升降不同步，根據(jù)有關(guān)資料，在這次設(shè)計中，采用將同步軸與主動曲拐焊接，消

36、除其相對活動，鋼坯在爐內(nèi)跑偏也隨之解決。水封槽最好改用為不銹鋼制作，這樣就不需要維護，壽命長，但是運用不銹鋼比變通q235-a涂漆處理的制造費用要高的多。從長遠的利益來看，還是用不銹鋼比較合適，但有些地方經(jīng)濟條件不是十分允許，所以，應(yīng)根據(jù)不同的經(jīng)濟條件，對兩種方法進行選用。第三章 升降機構(gòu)的設(shè)計3.1 動力傳輸分配系統(tǒng)的設(shè)計及動力傳輸路徑由于承載的重量較大，故擬用多個支撐輥來托動整體框架的升降?？紤]到動力源由液壓缸來做，且加熱爐的占地面積較大，故選用16個支撐輥來支撐整個爐子的運動。若個數(shù)太少，則相鄰支撐輥的跨距過大，且單個支撐輥的受力過大，易發(fā)生強度過大或為了滿足強度而使機構(gòu)過于龐大，使?fàn)t下

37、的操作空間過于狹小，故應(yīng)綜合考慮各方面的因素，選用16個支撐輥，并布置為4排4列，由2個液壓缸驅(qū)動，經(jīng)過傳動軸將動力傳送到兩個外側(cè)的曲拐，使第1排作為動力的起始排，各列的動力再由各列的連桿分別送達各個從動曲拐，從而使4排4列的拖輪都具有動力輸入。接下來就是設(shè)計各排、各列支撐輥之間的位置關(guān)系，除了保證各自之間的位置關(guān)系，還要保證排與排、列與列之間的位置關(guān)系，使各個支撐輥的受力均勻，不至于使某個支撐輥的受力偏大，從而影響機構(gòu)的使用壽命。3.2 主動曲拐的設(shè)計3.2.1主動曲拐的運動分析由于主動曲拐是將液壓缸的水平位移轉(zhuǎn)換為支撐輥升降運動的關(guān)鍵部位，故對其強度（尤其是抗強度）具有較高的要求。首先進行

38、主動曲拐的運動分析。主動曲拐的坐標(biāo)系如下：對各個從動曲拐受力分析由轉(zhuǎn)動平衡有每個從動曲拐的拉力為，故對于主動曲拐拉力端的輸出力為，即b點受到拉力為。在受力最大位置，彎矩最大位置進行曲拐的強度分析，進而可以根據(jù)等強度理論對曲拐進行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計。由對o點的力矩平衡有：所以 所以的最大值出現(xiàn)在液壓缸的初始位置處且3.2.2主動曲拐的結(jié)構(gòu)設(shè)計如果按等截面設(shè)計理論對主動曲拐的梁進行設(shè)計，應(yīng)按彎矩的最大值來計算截面，而對于彎矩較小，應(yīng)力較小的截面同樣也得設(shè)計成與最大截面相同的截面。這樣強度雖然足夠，但是對于材料來說已經(jīng)造成浪費，材料的利用率較低，同時零件的重也增加了。為了提高材料的利用率并盡可能減輕零部件

39、重量，在此次設(shè)計中采用不等截面設(shè)計，也不是按等強度理論進行設(shè)計，在不同的彎矩下，用不同截面，在彎矩較大處采用較大截面，而在彎矩較小處采用較小的截面，這種梁叫變截面梁，即：將曲拐分別分為ao、bo兩端，進行分析，先取bo段考慮，其受力圖、彎矩圖如下： 由上圖a圖有： 所以有 所以有上圖的b圖但是由于主動曲拐所傳遞的力過大，而且要使結(jié)構(gòu)盡量簡化，以使?fàn)t底空間寬敞，便于以后的維護修理，所以決定對主動曲拐采用焊接件。3.3主動曲拐橫向軸的設(shè)計由于整個爐子龐大，支撐重量巨大，故對傳動路線的分配及傳輸動力也要求較高，尤其是它們之間的動力要靠軸及鍵來傳遞，故橫向軸之間的動力傳輸是較為關(guān)鍵的。所以對此橫向軸進

40、行設(shè)計。傳動軸的材料選用45鋼，采用調(diào)質(zhì)熱處理。由于此傳動軸在工作中主要受彎矩作用，也承受少量的轉(zhuǎn)矩對于實心圓軸根據(jù)式12-5 機械設(shè)計有 其中 稱為計算彎矩或當(dāng)量彎矩 軸的抗彎截面系數(shù)，代入上式可得所需要直徑 由于轉(zhuǎn)矩可以忽略不計,故可認為 由設(shè)計可知f279.3t故m279.3550153615 nm查表12-2 取55代入公式可求得最小直徑d=359mm在設(shè)計時，所考慮的力都是當(dāng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行時，當(dāng)作勻速直線運動及不考慮機構(gòu)加速時的情況所設(shè)計的，但是由于機構(gòu)是運動的，為了節(jié)省時間，提高整個設(shè)備的出料效率、速度，達到更高的經(jīng)濟效益，在運動過程中會有加速階段，故還需要考慮機構(gòu)的加速度，將會有更

41、大的作用力作用于各部件上，即所求出的直徑還需要乘以一個安全系數(shù)，用以考慮突然加速時或重載時對設(shè)備的沖擊要求。故選直徑為460mm3.4主動曲拐鍵的設(shè)計及校核鍵的類型根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選定。鍵的尺寸按軸的直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定；鍵的長度根據(jù)輪轂長度確定，鍵的長度等于或略小于輪轂長度。由于此鍵連接為靜連接，故選用圓頭平鍵。根據(jù)主動曲拐的軸，查參考文獻2表8-4選 , 輪轂長度為740，選鍵長為640對于此連接，鍵的作用只是進行力的傳輸，屬于靜連接，故失效形式為工作表面被壓潰，所以通常只進行鍵連接的擠壓強度計算由靜連接時 式 鍵連接工作表面的擠壓應(yīng)力， 轉(zhuǎn)矩， 軸的直徑， 鍵的接觸長

42、度 鍵與輪轂接觸高度， 查參考文獻3表10-1得 取200代入數(shù)據(jù)得 =121.09 mpa代入數(shù)值有：而為的1.5倍即30因此此項條件也滿足要求。即缸筒壁厚四方面驗算合格。（4）缸筒制造加工要求 缸筒內(nèi)徑d采用h7或h8級配合，表面粗糙度值一般為0.160.32，都需進行研磨。 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度hb0.160.32。 缸筒內(nèi)徑d的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半 在通往油口、排氣閥孔的內(nèi)孔口必須倒角，不允許有飛邊、毛剌，以免劃傷密封件。缸筒內(nèi)表面鍍鉻，再進行研磨或拋光，在缸筒外表面涂耐油油漆。3.5.3活塞由于活塞在液壓力的作用下，沿缸筒子反復(fù)滑動，因此它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大，配合過緊，不僅使最低壓力增大，降低機械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)泄漏，降低容積效率，使液壓缸達不到要求的設(shè)計性能。由于是差動缸驅(qū)動負載，所以對活塞的密封要求較高，故選用密封圈密封。它利用橡膠或塑料的彈性，使各種截面的環(huán)形圈帖緊在靜動配合面之間來防止泄漏。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，適用范圍廣泛，在缸筒和活塞之間，缸筒和活塞桿之間，活塞和活塞桿之間，缸筒和缸筒之間都能使用：采用o型密封圈密封。而且由于活塞桿的行程較長，