【正文】 式要根據(jù)出料的頻率和爐子的生產(chǎn)能力決定，它要考慮被加工工件的尺寸參數(shù)和工地方面的尺寸大小。加熱爐爐床由固定梁和步進(jìn)梁兩部分組成，步進(jìn)梁由雙重輪對(duì)的多軸框架支撐，其外側(cè)走輪由液壓缸驅(qū)動(dòng)，可以在傾斜軌道上滾動(dòng)，使步進(jìn)梁作上升或者下降運(yùn)動(dòng)。然而，現(xiàn)在的社會(huì)發(fā)展到人均鋼鐵擁有量為418kg。這樣就促使了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的迅速壯大。1967 年第1 座步進(jìn)梁式加熱爐投產(chǎn)。北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院近20 年設(shè)計(jì)投產(chǎn)的40 余座步進(jìn)爐，已遍及熱連軋、型鋼、棒線材、帶鋼、無縫管、開坯、鍛壓等鋼廠以及鋼帶廠，1994年相繼投產(chǎn)的太鋼、梅山熱連軋廠的步進(jìn)梁式爐，額定產(chǎn)量分別為180 t/ h 和280 t/ h ，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院為攀鋼1450 熱連軋廠設(shè)計(jì)的步進(jìn)梁式爐，額定產(chǎn)量為150 t/ h ，也在1992 年投產(chǎn)。步進(jìn)式加熱爐加熱溫度均勻，加熱時(shí)間快，產(chǎn)量高，生產(chǎn)靈活性大，必要時(shí)可以將爐內(nèi)坯料排空。 從上世紀(jì)50年代起由于步進(jìn)式加熱爐移動(dòng)裝置的出現(xiàn)并且日漸成熟，在許多鋼板和小型型鋼生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。這種爐子基本上沒有水冷構(gòu)件，所以熱耗較低。固定梁和移動(dòng)梁都是用水冷立管支承的。上加熱可以用軸向端燒嘴，也可以用側(cè)燒嘴或爐頂燒嘴供熱。目前廣泛采用液壓傳動(dòng)的方式。我國(guó)應(yīng)用較普遍為圖212c所示的斜塊滑輪式。然后上升液壓缸使下步進(jìn)梁固定不動(dòng)，水平液壓缸牽動(dòng)上步進(jìn)梁沿水平方向前進(jìn)，前進(jìn)行程完結(jié)時(shí)，以同樣方式完成下降和后退的動(dòng)作，結(jié)束一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。由于步進(jìn)式爐很長(zhǎng)，上下兩面溫度差過大，線膨脹的不同會(huì)造成大梁的彎曲和隆起。動(dòng)床端頭水封槽的寬度要保證大于動(dòng)床水平行程的長(zhǎng)度，水槽下部開有集渣斗，由爐底縫隙中掉落的氧化鐵皮隨水流定期放出。在步進(jìn)式加熱爐移動(dòng)裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓傳動(dòng)作為提供動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源起著至關(guān)重要的作用。在側(cè)出料的加熱爐中，推鋼機(jī)將鋼坯推出至出料位置，再由出鋼機(jī)將鋼錠推出去；現(xiàn)在大多數(shù)采用的是步進(jìn)式移動(dòng)裝置。所以目前步進(jìn)式爐在熱軋板帶車間以及中小型軋鋼車間都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的軋鋼廠應(yīng)該配置大型化的、高度自動(dòng)化的步進(jìn)梁式加熱爐，其生產(chǎn)應(yīng)符合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動(dòng)化的工藝要求，以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 選題背景軋鋼廠在熱軋鋼材時(shí)，需要對(duì)鋼坯進(jìn)行加熱。由于步進(jìn)加熱獨(dú)特的優(yōu)越性，使其在現(xiàn)代冶金工廠得到了廣泛的應(yīng)用。前者叫做步進(jìn)底式爐，后者叫做步進(jìn)梁式爐。通過缸的操作，使步進(jìn)梁做矩形跡運(yùn)動(dòng)，各段運(yùn)動(dòng)的形式可以調(diào)節(jié)，操作方式可以連續(xù)或者手動(dòng)操作。 設(shè)計(jì)目的由于步進(jìn)爐的特點(diǎn)是步進(jìn)周期短，運(yùn)動(dòng)速度較高，慣性負(fù)載大，連續(xù)工作，可靠性要求高等，所以根據(jù)這些特點(diǎn)系統(tǒng)采用液壓控制比較適宜。液壓傳動(dòng)傳動(dòng)因其體積小，負(fù)荷大，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制等優(yōu)勢(shì)，在步進(jìn)式加熱爐中有廣泛的應(yīng)用。在爐長(zhǎng)一定的情況下，爐內(nèi)坯料數(shù)目是可變的。因?yàn)樵诓竭M(jìn)爐內(nèi)可以使坯料間保留一定的間隙，這樣擴(kuò)大了坯料受熱面，加熱溫度比較均勻，鋼坯表面一般沒有劃傷的情況，兩面加熱時(shí)坯料下表面水管黑印的影響比—般推鋼式連續(xù)加熱爐的要小些。 （4）操作方便?？梢灶A(yù)見，隨著液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步，更加高自動(dòng)化的加熱爐會(huì)被人們所應(yīng)用。上層為水平移動(dòng)框架。如圖：上一層為行進(jìn)框架，下一層為升降框架。這樣就有效的解決了拉力大，液壓缸有桿腔推動(dòng)無桿腔做大功率運(yùn)動(dòng)的情況，同時(shí)也減小了液壓缸的尺寸，便于設(shè)計(jì)和安裝。步進(jìn)梁動(dòng)作軌跡如圖2所示：圖2 步進(jìn)梁動(dòng)作軌跡圖27液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 2 液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)與負(fù)載分析 步進(jìn)式加熱爐原始數(shù)據(jù)步進(jìn)梁和爐底總質(zhì)量G=300103kg，其中；行進(jìn)框架及其以上部分質(zhì)量G1=200103kg行進(jìn)框架以下部分質(zhì)量G2=100103kg，其中；步進(jìn)梁長(zhǎng)L=坯料規(guī)格bbl=最大升降高度H=H1+H2=+=最大水平移距S=輥輪D=；d=最大步進(jìn)鋼坯根數(shù)4根升降液壓缸2個(gè)；平移液壓缸2個(gè)步進(jìn)周期21s其中：上升4s，下降4s，支承輥有2排，每排4組，每組上下各有兩個(gè)輥，一共16個(gè)棍 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線設(shè)計(jì)步進(jìn)式加熱爐的工作循環(huán)為：步進(jìn)梁依次為上升，水平前進(jìn)，下降，水平后退運(yùn)動(dòng)。托起鋼坯后，繼續(xù)加速。平移結(jié)束。步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線如圖4：圖4 步進(jìn)式加熱爐工況速度曲線 計(jì)算穩(wěn)態(tài)工作負(fù)載 N=L/b+a=128根；L步進(jìn)梁長(zhǎng)（）b斷面邊長(zhǎng)（）a鋼坯間隔（）單根q=rbbl==103kgr鋼比重（）b斷面邊長(zhǎng)（）l鋼坯長(zhǎng)度（）總質(zhì)量Q=nq=128103=134103kg⑴上升工況：H1段未抬起鋼坯W=G=300103kg H2段抬起了鋼坯W=G+Q=300103+134103=434103kg⑵前進(jìn)工況：W=G1+Q=200103+134103=334103kg⑶下降工況：同上升工況⑷后退工況：W=G1=200103kg 擬定液壓原理圖步進(jìn)梁的升降和平移速度均采用電液比例閥來控制，為了使步進(jìn)梁能在X,Y方向的任意位置上較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可靠地自鎖。圖5 步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)原理圖 液壓缸參數(shù)及其型號(hào) 平移液壓缸受力分析步進(jìn)式加熱爐在平移運(yùn)動(dòng)時(shí)候，作用力如圖6。 升降液壓缸受力分析步進(jìn)式加熱爐在升降運(yùn)動(dòng)時(shí)候，作用力如圖7。+=⑶摩擦阻力FRFR=FR1cosα+FR2；FR1上輥輪與行進(jìn)框架相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力；103；W=(G1+Q)g+ FA1=334+=最大滾動(dòng)摩阻力偶矩：Max1=δW=103103=?m滾動(dòng)軸承摩擦阻力矩：Max2=цWd/2=103?mFR1=(Max1+Max2)/D/2=(+)/FR2下輥輪與斜面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力；103；W=[(G+Q)g+FA1]cosα=(434+)cos12176。D2=FMAX/η；P=20Mpa，d/D=解得：D=；d=依據(jù)上表3，表4圓整后取值：D=180mm；d=125mm液壓缸工作行程的確定176。 液壓泵參數(shù)及其型號(hào) 平移液壓泵工作壓力的確定確定液壓泵的最大工作壓力PP=P1+Σ△p P1液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力；Σ△p從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。==所以液壓泵的最大流量QP=K（ΣQmax）=2= 平移液壓泵的選取選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的PP和QP值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。所以液壓泵的最大工作壓力為PP=P1+Σ△p=20+= 升降液壓泵流量的確定確定液壓泵的最大流量QP≥K（ΣQmax）K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=～；ΣQmax——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量液壓缸的最大流量 Qmax=AVMax=π/4經(jīng)上面計(jì)算：平移液壓系統(tǒng)最大工作壓力為： 最大流量：所以選擇閥件型號(hào)：比例換向閥 型號(hào) 34BY10G 額定流量：85L/min 最高使用壓力8Mpa液控單向閥 型號(hào) CPT04 額定流量：75L/min 最高使用壓力10Mpa溢流閥 型號(hào) YD10B 推薦流量：63L/min 調(diào)壓范圍：壓力表 型號(hào) YXC150 測(cè)壓范圍：010Mpa過濾器 型號(hào) WU63180 過濾精度180um 流量63L/min 升降液壓系統(tǒng)閥件參數(shù)及其型號(hào)經(jīng)上面計(jì)算：升降液壓系統(tǒng)最大工作壓力為： 最大流量：所以選擇閥件型號(hào)：比例換向閥 型號(hào)34BY25G 最大流量：250L/min 液控單向閥 型號(hào) CPG10 額定流量：300L/min 最高使用壓力25Mpa溢流閥 型號(hào) YFL()32H4 推薦流量：200L/min 調(diào)壓范圍：壓力表 型號(hào) YXC150 測(cè)壓范圍：025Mpa過濾器 型號(hào)WU250180 過濾精度180um 流量250L/min 液壓油管道的選擇 油管的選用液壓系統(tǒng)中，常用的油管有鋼管，銅管，耐油橡膠管和塑料管。由耐油橡膠夾以1~3層鋼絲編織網(wǎng)或鋼絲纏繞而成，層數(shù)越多，耐壓越高。根據(jù)以上綜合考慮，選取油管為無縫鋼管和塑料管。QV0油箱容量，單位為L(zhǎng)Q液壓泵總額定流量，單位為l/minα經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其數(shù)值取值如下：低壓系統(tǒng)α=24；中高壓系統(tǒng)α=510考慮到加熱爐附近的高溫環(huán)境和液壓油箱的散熱狀況，選擇α=4所以，平移液壓系統(tǒng)油箱有效容積V0=α根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。 升降液壓系統(tǒng)壓力損失升降液壓系統(tǒng)管道為d=32mm，長(zhǎng)度定為1m，油液的運(yùn)動(dòng)粘度r=65 mm/=103kg/m3 先判斷流動(dòng)狀態(tài),由雷諾數(shù):V=4Q/πd2=4103/π60=Re=Vd/r=105 =1870此雷諾數(shù)為最大雷諾數(shù)。為了保證液壓系統(tǒng)有良好的工作性能，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算，并采取措施，使油液溫宿保持在正常范圍內(nèi)。步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)軌跡為矩形，由升降機(jī)構(gòu)的垂直運(yùn)動(dòng)和平移機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)組合而成，步進(jìn)梁相對(duì)于固定梁作上升，前進(jìn)，下降，后退4個(gè)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)是基于比例換向閥的液壓缸活塞桿位置控制系統(tǒng)，即利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液比例閥來控制液壓缸的準(zhǔn)確定位。NNNNNNNNNNNN字。圖15 符號(hào)表 梯形圖編程回路輸入量的轉(zhuǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化每個(gè)PID控制回路有兩個(gè)輸入量：給定值和過程變量。通常單極性取值32000，雙極性取值64000。積分時(shí)間偏差值恒定時(shí)，積分時(shí)間決定了控制器輸出的變化速率。微分時(shí)間偏差值發(fā)生改變時(shí)，微分作用將增加一個(gè)尖峰到輸出中，隨著時(shí)間流逝減小。如果將微分時(shí)間設(shè)置為0就不起作用，控制器將作為PI調(diào)節(jié)器工作。經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)。溫度調(diào)節(jié)有較大的滯后性,所以要使用微分調(diào)節(jié)以使被調(diào)整量更快到達(dá)設(shè)定值,其他具有大滯后的物理量調(diào)也需加入微分調(diào)節(jié),如PH等。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，需要不斷的進(jìn)行精心的計(jì)算，不斷的去研究各方面的文獻(xiàn)，認(rèn)真總結(jié)。隨后就是前期的開題報(bào)告準(zhǔn)備。開題報(bào)告終于在第四周的時(shí)候完成。如何能在紛繁復(fù)雜的資料中找到自己需要的數(shù)據(jù)就是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵了。在通過一周左右的熟悉后我們就能夠很熟練的對(duì)各種命令進(jìn)行運(yùn)用了。畢業(yè)設(shè)計(jì)是每個(gè)大學(xué)生必須經(jīng)歷的一段過程，也是我們畢業(yè)前的一段寶貴回憶。這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，相信對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在本題目設(shè)計(jì)過程中，我的指導(dǎo)老師王子文老師又傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍一遍的指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，同時(shí)也感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及我的同學(xué)和朋友。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)和思想上受益匪淺，這除了自身努力以外，與給位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分