【文章內容簡介】 ，使鋼坯前步進一次；活動梁下降，將鋼坯放在固定梁上；活動梁后退到原始位置完成一個工作循環(huán)。 步進加熱克服了直推式加熱時鋼坯下表面與支撐梁（固定梁）移動摩擦所產生的表面磨損；同時，克服了直推式的鋼坯間相互靠攏的情況，可以使鋼坯散開通過爐底，有利于鋼坯的加熱。由于步進加熱獨特的優(yōu)越 性，使其在現代冶金工廠得到了廣泛的應用。步進式鋼坯加熱爐產品質量好，熱效率高，操作靈活，適用于多種型材坯料的連續(xù)式加熱。 緒論 錯誤 !未找到引用源。 5 步進式連續(xù)加熱爐靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進、下降、后退的動作把料坯一步一步地移送前進的連續(xù)加熱爐。爐子有固定爐底和步進爐底，或者有固定梁和步進梁。前者叫做步進底式爐，后者叫做步進梁式爐。 加熱爐爐床由固定梁和步進梁組成。步進梁由雙重輪對的多軸框架支撐，外側走輪由升降缸驅動，從而使步進梁作上升或者下降運動。上層托輪直接托住步進梁，而步進梁直接由另一液壓缸帶動，可在托輪上作前進和 后退運動，從而使步進梁作前進和后退運動。 通過缸的操作，使步進梁做矩形跡運動，各段運動的形式可以調節(jié)，操作方式可以連續(xù)或者手動操作。同一液壓油源提供步進梁傳動，可以同時或交替動作；并可以逆向運動，用作為倒空爐內鋼坯之用。 液壓傳動有著其不可替代的優(yōu)越性，主要表現在： A、可以獲得很大的輸出力或力矩，而結構并不復雜； B、可以實現較大范圍的無級調速，且可在運行中直接調節(jié)； C、易于實現過載保護； D、動作靈敏，啟動，停止和換向響應快，沖擊??； E、自潤滑性能好； F、易于實現通用化，系列化和標準化，設計組裝周 期短； G、易于實現自動化與智能化與數控技術相結合。 本課題的設計內容是設計一個步進式加熱爐同步頂升的液壓系統(tǒng)。 設計目的 由于步進爐的特點是步進周期短，運動速度較高，慣性負載大，連續(xù)工作，可靠性要求高等，所以根據這些特點系統(tǒng)采用液壓控制比較適宜。 當今，隨著液壓機械自動化程度的飛速發(fā)展，液壓元件應用數量急劇增加，元件小型化，系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢。特別是近十年來，液壓技術與傳感技術，微電子技術緊密結合，出現了許多諸如電液比例控制閥，數字閥，電認伺服液壓缸等機（液）電一體化元器件，使液壓技術 在高壓，告訴，大功率，節(jié)能高效，低噪聲，使用壽命長，高度集成化方面取得了重大進展。 所以，隨著冶金軋鋼工藝自動化程度的不斷提高，步進式加熱爐以其靈活的加熱方式，加熱質量好，爐長不受限制，操作方便，易于實現自動控制等優(yōu)點，被愈緒論 錯誤 !未找到引用源。 6 來愈多新建的軋鋼加熱爐采用。液壓傳動傳動因其體積小，負荷大，易于實現機電一體化控制等優(yōu)勢，在步進式加熱爐中有廣泛的應用。 步進式加熱爐有著其他加熱爐無法比擬的優(yōu)點，諸如，不拱鋼，不粘鋼，氧化燒損少，脫碳少，加熱時間短，加熱操作靈活，易于和軋制節(jié)奏相匹配，加熱過程中不劃傷，爐子長度不受限制 （從理論上講）自動化程度高，易于采用計算機控制等優(yōu)點。 因此盡管步進爐第一次投資費用較高，但是 1967 年 4 月由美國德蘭公司設計的二面供熱的步進梁式爐首先在美國格蘭那特城鋼鐵公司問世以來，接著同年 5 月由日本中外爐公司為名古屋鋼鐵廠設計的世界上第二座步進梁式爐又相繼投產，以后步進式加熱爐在世界上獲得了長足的發(fā)展。 和推鋼式連續(xù)加熱爐相比，步進式爐具有以下優(yōu)點： （ 1）加熱靈活。在爐長一定的情況下，爐內坯料數目是可變的。而在連續(xù)加熱爐中則是不可變的，那樣加熱時間就受到限制。例如爐子產量降低一半時，則 爐內 坯料加熱時間就會延長一倍，對有些鋼種來說這是不利的，而步進爐在爐子小時產量變化的情況下可以通過改變坯料間距離來達到改變或保持加熱時間不變的目的。 （ 2）加熱質量好。因為在步進爐內可以使坯料間保留一定的間隙，這樣擴大了坯料受熱面，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。 （ 3）爐長不受限制。對連續(xù)加熱爐來說爐長受到推鋼長度的限制，而步進爐則不受限制。而且對于不利于推鋼的細長坯料、圓棒、彎曲坯料等均可在步進爐內加熱。 （ 4）操作方便。改善了勞動條件，在必要時可以將爐內坯料全部或部分退出爐外，開爐時間可縮短；由于不容易粘鋼，因此可減輕繁重的體力勞動；和軋機配合比較方便、靈活。 （ 5）可以準確地控制爐內坯料的位置，便于實現自動化操作。 尤其是近 10 多年來，隨著軋鋼技術向著連續(xù)化，大型化，自動化，多品種，高精度的發(fā)展，步進式加熱爐為適應工藝的要求，也朝著大型化，多功能，高產，低消耗和操作集成自動化的方向邁進。 可以預見，隨著液壓技術的不斷進步，更加高自動化的加熱爐會被人們所應用。 緒論 錯誤 !未找到引用源。 7 設計方案 步進爐的機械結構采用的 是斜坡滾輪式液壓傳動。水平移動和升降都由液壓缸驅動 ,步進框架下面的滾輪沿斜臺面升降。 這種結構有兩層框架 ,下層是提升框架。上層為水平移動框架。在提升框架的上面和下面均安有滾輪 ,每個下滾輪放在一個斜臺面上 ,上滾輪供平移框架移動用，移動缸通過曲柄連桿和旋轉接頭與上框架連接 ,提升缸用旋轉接頭直接與下框架連接。下框架用斜面輥導向 ,上框架用水平輥導向。 加熱爐的步進機構和液壓系統(tǒng)主要由雙層步進框架，液壓缸，液壓泵以及各種閥件組成。如圖：上一層為行進框架，下一層為升降框架。行進框架是通過支撐輥和輥道落在升降框 架上，升降框架也通過支撐輥和輥道落在基礎上。當升降框架在在升降液壓缸驅動下沿斜軌道左升降運動時，步進梁和行進框架也一起作垂直方向的升降運動，在平移液壓缸的驅動下，在水平方向作進退運動，從而完成整個周期循環(huán)動作。 對液壓系統(tǒng)的改進 對原有系統(tǒng)中舉升液壓缸水平拉動動梁上升的部分，可以改為將此液壓缸放置在爐底，同時讓液壓缸與上升滾輪的斜面保持同樣的斜度。這樣就有效的解決了拉力大，液壓缸有桿腔推動無桿腔做大功率運動的情況，同時也減小了液壓缸的尺寸，便于設計和安裝。 步進梁動作如圖 1 所示： 圖 1 步進梁動作示意圖 步進梁的升降和平移均采用電液比例閥來控制，其優(yōu)點是控制調整靈活方便，工作平穩(wěn)。在設計過程中，應該考慮到步進梁平移時可能會產生很大的慣性沖擊，緒論 錯誤 !未找到引用源。 8 實現加速、減速、勻速，從而實現動梁對熱坯的輕托、輕放，以及通過加、減速有效降低動梁因運動慣性引起的機械沖擊，下降的時候依靠自身自重下降。 通過 PLC 編程設置加減速曲線，既避免了沖擊對設備造成的傷害，又提高了系統(tǒng)的定位精度，通過 PLC 控制達到同步頂升精度要求。 步進梁動作軌跡如圖 2 所示： 圖 2 步進梁動作軌跡圖 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 9 2 液壓系統(tǒng)分析與設計 運動與 負載分析 步進式加熱爐原始數據 步進梁和爐底總質量 G=300 103kg，其中； 行進框架及其以上部分質量 G1=200 103kg 行進框架以下部分質量 G2=100 103kg 爐子總長 ，其中； 爐底長 步進梁長 L= 爐子寬 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= 最大步進鋼坯根數 4 根 升降液壓缸 2 個；平移液壓缸 2 個 步進周期 21s 其中：上升 4s，前進 ，下降 4s，后退 支承輥有 2 排，每排 4 組，每組上下各有兩個輥，一共 16 個棍 步進式加熱爐工況速度曲線設計 步進式加熱爐的工作循環(huán)為：步進梁依次為上升，水平前進，下降，水平后退運動。步進爐運動時，上升為兩個液壓缸頂升，前進后退為兩個液壓缸，下降靠自重下降。 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 10 現在對爐底步進梁的動作如圖 3 所示： 圖 3（陰影部分為步進梁）為步進梁從起始位置（后下位） 上升（上升過程中接料） 上升到位（后上位） 前進 前進（前上位） 下降（下降過程中交料） 下降到位（ 前下位） 后退 后退到位（即起始位置） 圖 3 步進式加熱爐爐底機械步進梁的運動過程 為了實現對鋼坯的輕拿輕放，設計了活動梁托鋼坯放鋼坯的加減速曲線，這樣大大降低了在對鋼坯步進的過程中，對坯料所造成的直接沖擊。 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 11 首先，活動梁上升，在 內達到 ，然后直接減速，在 的時間內減小到速度為 0m/s，這樣，活動梁達到固定梁面鋼坯下，實現無沖擊托起鋼坯。托起鋼坯后，繼續(xù)加速。在 內達到 ，然后直接減速，在 的時間范圍內速度降為 0m/s，達到頂升高度。 然后， 高度不變，平移缸開始動作。在 的時間內，達到 ，使步進梁做平移運動。以 ，在 的時間內又降到 0m/s。平移結束。 下降和后退同頂升和前進工況速度相同。 步進梁的動作方式有周期方式和踏步方式，周期方式用于運送鋼管向前移動，而踏步方式用于等待出鋼。步進梁的周期方式：活動梁上升 100mm，前進 600mm，下降 100mm，后退 600mm，鋼管前進一個齒距。 步進式加熱爐工況速度曲線如圖 4： `固 定 梁 面1 . 5 s0 . 0 5 m / s0 . 5 s1 . 5 s3 . 5 s0 . 1 2 m / s鋼 坯上 升前 進下 降后 退 圖 4 步進 式加熱爐工況速度曲線 計算穩(wěn)態(tài)工作負載 N=L/b+a=128 根； L步進梁長（ ） b斷面邊長（ ） a鋼坯間隔（ ） 單根 q=rbbl= = 103kg r鋼比重（ ） b斷面邊長（ ） l鋼坯長度（ ） 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 12 總質量 Q=nq=128 103=134 103kg W ⑴上升工況： H1 段未抬起鋼坯 W=G=300 103kg H2 段抬起了鋼坯 W=G+Q=300 103+134 103=434 103kg ⑵前進工況： W=G1+Q=200 103+134 103=334 103kg ⑶下降工況：同上升工況 ⑷后退工況： W=G1=200 103kg 擬定液壓原理圖 步進梁的升降和平移速度均采用電液比例閥來控制，為了使步進梁能在 X,Y 方向的任意位置上較長時間內可靠地自鎖。在進入液壓缸的油路上采用了雙向液壓鎖進行長時間的自鎖。用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 根據以上要求，反復修改后擬定以下液壓系 統(tǒng)原理圖。 圖 5 步進式加熱爐液壓系統(tǒng)原理圖 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 13 液壓缸參數及其型號 平移液壓缸受力分析 步進式加熱爐在平移運動時候，作用力如圖 6。 圖 6 步進式加熱爐平移運動受力分析 由實際工作狀態(tài)可知，平移液壓缸前進工況為受力最大工況 因為平移液壓缸為 2 個，所以，計算平移缸最大負載 F 進 MAX F 進 MAX=(FR+FA) /2； FR摩擦阻力 FA慣性力 依據表 1，選取滾動摩阻系數δ取 103(m) 表 1 滾動摩阻系數δ 材料名稱 δ /（ mm） 軟鋼 鋼 鑄鐵 鑄鐵 輪胎 路面 210 鋼質車輪 鋼輥道 軟木 軟木 所以，最大滾動摩阻力偶矩： Max1=δ W g= 103 334 103 =?m 取滾動軸承摩擦系數ц取 所以，滾動軸承摩擦阻力矩： Max2=ц W g d/2= 334 103 ?m 所以，摩擦阻力為： FR=(Max1+Max2)/D/2=(+)/液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 14 慣性力： FA=m?v/?t=334103 所以，平移液壓缸最大負載為： F 進 MAX=(FR+FA)/2=（ +） /2= 初選平移液壓系統(tǒng)工作壓力 因為平移缸最大工作負載經過計算為 依據《液壓傳動》表 92， 93；初估液壓系統(tǒng)工作壓力為 4Mpa 取液壓缸的機械效率取 η = 平移液壓缸主要參數及其選取型號 液壓缸內徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 根據表 2，確定 D/d=2/1 表 2 液壓缸內徑與活塞桿直徑關系 按機床類型選取 d/D 按液壓缸工作壓力選取 d/D 機床類別 d/D 工作壓力 P(MPa) d/D 磨床、研床 ≤ 2 插床、拉床、刨床 ＞ 25 鉆、鏜、車、銑床 ＞ 57 ＞ 7 P?π /4? D2= F 進 MAX/η 式中： P=4Mpa， D/d=2/1 解得： D=； d= 依據表 3，表 4 圓整后取值： D=80mm； d=40mm 液壓系統(tǒng)分析與設計 錯誤 !未找到引用源。 15 表 3 液壓缸內徑尺寸系列 mm（ GB234880） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 1