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1、目 录前 言1第一章 绪 论21.1 步进式加热炉的特点及发展方向21.1.1步进式加热炉特点21.1.2现代化步进式加热炉发展方向31.2 技术参数5第二章 步进式加热炉机械62.1.1 步进式加热炉的运动轨迹62.1.2 步进式加热炉的运动周期72.1.3 步进梁移动机构的组成和传动方式82.1.4 对传动机构的要求92.2 步进梁传动机构122.2.1 步进梁的机械传动装置122.2.2 步进梁的油压传动装置122.2.3 步进梁的结构122.3 步进式加热炉组成及各部分的功能132.4 设计特点及存在的问题16第三章 升降机构的设计173.1 动力传输分配系统的设计及动力传输路径173
2、.2 主动曲拐的设计173.2.1主动曲拐的运动分析173.2.2主动曲拐的结构设计183.3 主动曲拐横向轴的设计193.4 主动曲拐键的设计及校核213.5 确定油缸的工作压力和油缸的结构尺寸223.5.1油缸的主要性能参数和主要尺寸233.5.2缸筒的选用253.5.3活塞293.5.4活塞杆30第四章 步进式加热炉的使用及维护34结 束 语36参 考 文 献37摘 要：步进式加热炉投入生产使用以来，以其加热温度均匀，钢坯之间无粘结，自动控制能力强等优点被广泛应用到钢铁生产企业中支。由于步进式加热炉具有高效率、高炉龄、低消耗、低烧损等特点，所以，有必要进行设计. 近年来，步进式加热炉越来
3、越向大型化、多功能化、高度自动化、方向发展。在步进炉机械中，主要的任务是完成步进式加热炉炉底升降机构的设计，对升降机构的主动部分作了详细的设计并对加热炉的性能参数进行选择,对这套升降机构的主动曲拐及相关零件进行设计，及对所用到的液压缸进行选择。关键词：步进式炉，升降设备，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 言经过了毕业实习之后，我们就要进入大学生活中的最后阶段毕业设计了，这次毕业设计为期三个月，在这三个月中，我们要根据老师所给出的毕业设计题目进行充分的设计。在此次毕业设计中，我的毕业设计题目为步进式加热炉炉底升降机构，这套步进式加热炉是包钢无缝钢管厂在无缝钢管完成了一次穿孔和二次穿孔后，再一次进行加热，从而为后序工序作准备。步进式加热炉是依靠步进梁的有顺序的运动使加热的坯料在炉内逐步地从炉尾移动到出料端，使坯料达到规定的温度后出炉。在步进式加热炉内坯料和连续式加热炉内料坯
8、运动方式不同，它们是按照矩形轨迹运动的，一个运动周期由4个动作组成。即：1）活动炉底上升，将料坯托起；2）活动炉底与料坯一起往前水平移动一个距离；3）活动炉底水平下降将料坯放在固定炉底上；4）活动炉底水平移动退回到起始位置。因此，对活动梁的运行有严格的速度要求，以尽可能减少运动过程中各动作间切换以及活动梁接触钢坯时的冲击和震动，保障步进炉长期正常运行。由于步进式加热炉具有高效率、高炉龄、低消耗、低烧损等特点，所以，进行设计是有必要的。在这套步进炉机械中，我主要的任务是完成步进式加热炉炉底升降机构的设计，对升降机构的主动部分作了详细的设计并对加热炉的性能参数进行选择。根据要求，我将对这套升降机构
9、的主动曲拐及相关零件进行设计，及对所用到的液压缸进行选择。第一章 绪 论1.1 步进式加热炉的特点及发展方向步进式炉（walling beam furnace）通过专用的步进机构使坯料由炉子一端按一定轨迹循序运动至另一端的机械化工业炉。分步进梁式和步进底式二种。运动过程是：坯料置于固定梁或炉底上，步进梁上升将坯料托起，向前移动一定距离下降，坯料重新落在固定梁或炉底上，步进梁向后移动回至起点。1.1.1步进式加热炉特点1) 在步进式加热炉内，钢坯的运行是靠步进梁底托起前进放下来完成的，所以不产生划痕。步进式炉底无水冷滑轨，“黑印”现象较轻或不产生“黑印”，每组钢坯间都留有较大的间隙，避免了“粘钢
10、”现象，可实现三、四面加热，加热速度快，温度均匀。2) 步进式加热炉可随意延长炉子长度，可充分利用烟气的余热预热钢坯。3) 步进式加热炉清炉方便，步进操作灵活，加热各种钢种，适应性强。4) 步进式加热炉加热速度快、温度均匀，操作灵活，因此减少了钢坯的烧损。5) 步进式加热炉最早的热耗比推钢式加热炉的大15%20%，水耗比推钢式加热炉的大60%左右。近几年，经改进这些指标已接近推钢式加热炉。步进式加热炉的使用效果比较好，因此炉子生产率可以很高，大的步进式加热炉生产效率甚至可达到400550t/h，有效炉长可达50米左右，而小的步进式加热炉有效炉长也可以只有23米。和一般推钢式连续加热炉相比，步进
11、式炉的主要优点是：1、钢料靠步进梁的运动在炉内通过，因此钢料之间可以留出间隙，不会产生粘结；钢料之间空出一定间隙，还能缩短加热时间，对氧化、脱碳要求严格的钢料，还因缩短在炉时间而能减少氧化和脱碳。2、钢料和步进梁之间没有摩擦，避免钢料表面在加热过程中产生划伤。3、炉子长度不受推钢长度的限制。4、外形不太规整和厚薄不同的钢料在装炉时不受限制。5、炉内钢料在必要时可以利用步进机构全部出空或退空，修炉时可以缩短停炉时间，减轻出空炉子的劳动强度；待轧时可将钢料倒退一段距离，这样避免了出料端钢料的冷却和氧化、脱碳。6、通过改变钢料之间的间隙、步进梁的水平行程和步进周期时间，使加热操作比较灵活。例如当炉子
12、产量降低时可将钢料间距加大，减少炉内装料量，但钢料在炉内加热的时间不变。由于上述优点，虽然步进机构比推钢机的制作和维护要复杂些，近年来，步时式炉在国内外轧钢用炉的设计和使用方面，推广很快。1.1.2现代化步进式加热炉发展方向1）大型化、多功能的炉型大型化 近年来，步进式加热炉越来越向大型化方向发展。意大利IT公司为加拿大菲斯克公司设计的两座步进式加热炉，加热冷坯产量为400吨/小时，加热热装坯时产量为550吨/小时。该加热炉炉内长47.396米，炉内宽12米，装有快速装出料机，能使每座炉子产量达1000吨/小时，步进周期仅为30秒。多功能化 现代化的步进式加热炉除了高产，低耗以外，还要求步进炉
13、的适应性强、功能多，这是目前步进式加热炉发尽其所有的又一大特点。它还就具有连续出钢和间断出钢的能力，具有和连铸机匹配的能力，除此之外，还能满足一些特殊钢种对加热的要求，如对脱碳、温差、氧化烧损的要求等。2）低温差、高质量的加热效果为了减少钢坯与水管的接触处所产生的水管“黑印”，减少坯料的温差，提高坯料的加热质量，现代化步进式加热炉采用了如下技术措施。错位梁 采用加热段与均热段步进梁纵向水管滑道位置错开的位置，可大大减少坯料在加热炉、加热段带来的“黑印”。“旋转式”步进梁 其步进底是陶瓷作成的，而陶瓷炉底是一个特殊的装置。该装置可使坯料在炉底运行过程中转动，通过使用这种转动式炉底，炉子产量可以大
14、大提高，而燃耗量并不增加，并且使坯料的上下温差大大降低。3）高热效率、高回收率装料前室及延长热回收段，法国“斯太因”公司最新设计的步进式加热炉在装料辊道与炉尾装料炉门之间设有一个具有耐火材料纤维内衬的装料前室。在炉子热装时，装料前室具有暂时存贮热坯的保温作用，减少装料炉门热损失。汽化冷却 近年来，步进梁式加热炉采用汽化冷却技术有了很大的发展，国外相关资料纷纷报道大型步进式加热炉采用汽化冷却所带来的经济效益。如加拿大道菲斯公司步进梁式加热炉产量为400吨/小时，热滑道冷却却采用汽化冷却，当热滑道包扎完好率100%时，产汽量为24吨/小时。若绝热层包扎完好率为90%时，可产42吨/时的蒸汽。对该加
15、热炉的成本分析表明，从汽化冷却滑道系统回收蒸汽降低了坯料加热成本，加热每吨钢坯成本从原来的4.55美元降低到了3.49美元，也就是说，以年产300万吨钢坯计，仅此一项，每年可节约320万美元，效益非常可观。4）高度自动化现代化步进式加热炉自动化控制系统也已从过去的一级控制，发展到目前的二级控制。所谓二级控制是指用计算机监控系统控制炉内钢坯数量和状态，通过加热数学模型实现炉子的最佳燃烧控制等。5）灵活快速的机械装置除了钢坯的自动对中，步进机构防止跑偏、步进梁对钢坯实现轻拿、轻放，减少冲击和震动等技术已日趋成熟。随着金属加工技术向着连续化，大型化、自动化、多品种、高精度方向发展，步进式加热炉为适应
16、工艺的要求，也朝着大型化，多功能、优质、高产、低耗、无公害和操作自动化方向迈进。上下供热的步进梁式加热炉，是美国“表面燃烧”公司首创设计，自从1967年4月在美国格兰那特城公司问世以来，至今已在世界上获得了长足的发展。1.2 技术参数炉子最大产量 140t/h步进周期 25s步进梁升降行程 345mm 降120mm 升225mm步进梁平移行程 510mm步进梁计算总荷重 320000kg升降油缸型号 CD250B/220/160缸径 220 行 程 1400mm（工作行程1169）工作压力 20 MP最大钢坯荷重 130t第二章 步进式加热炉机械2.1.1 步进式加热炉的运动轨迹步进式炉是依靠
17、专用的步进机构使钢料在炉内有顺序的移动，使加热的坯料达到规定的温度后出炉的一种机械化炉子。步进梁通常按矩形轨迹运动。步进式加热炉内坯料和连续式加热炉内坯料运动方式不同，它们是按照矩形轨迹运动的，一个运动周期由四个动作组成。一个正循环的运动过程由上升、前进、下降、后退四个动作组成；开始时，步进梁处在坯料下面的最低的位置，如下图中的A点，这时坯料放在固定梁上。然后步进梁垂直上升，超过固定梁时将钢料托起，到达B点的位置。接着步进梁带着钢料向前水平移动一段距离，到达图中C点的位置。然后步进梁垂直下降，在通过固定梁时，把钢料放在固定梁上后，到达D点位置。最后步进梁在最低位置水平向后移动一段距离，回到A点
18、位置。这样完成一个步时动作。按照这样的动作，使钢料一步步前进，从装料端移送到出料端。一个逆循环的运动过程由下降、前进、上升、后退四个动作组成；踏步则由上升、下降两个动作完成。2.1.2 步进式加热炉的运动周期步进式加热炉的运动周期是由轧制节奏决定的。而且操作人员可以根据坯料的情况（钢种、尺寸、坯料温度）以及煤气质量等参数很方便地调整。每个周期能使钢材前进或后退一个行程。有些步进式加热炉底运动轨迹不是矩形，而是棱形、椭圆形。它们都不如矩形轨迹好，因为这些轨迹会造成料坯在步进运动中与炉底发生水平摩擦，这是不希望的。在步进式加热炉内由于有上述运动的特点，加热快而且内外温度均匀，提高了加热质量，实现三
19、面或四面加热。通过改变料坯之间的距离可以使加热时间和炉子产量发生变化，因此，步进式加热炉可以通过改变料坯之间的间距和水平行程的长短以及步进周期的时间来实现料坯灵活加热。步进梁的运动轨迹（a）圆形 (b)椭圆形 (c)矩形2.1.3 步进梁移动机构的组成和传动方式步进梁的传动机构，分为升降机构和水平移动机构两部分。传动方式可分为机械传动和油压传动两种，其优缺点的比较见下表。早期步进炉用机械传动方式较多，随着液压技术的发展，目前广泛采用油压传动方式。性 能油 压 传 动 方 式机 械 传 动 方 式1、便于调整速度；2、步进梁升降过程中间可以加减速以减少冲击3、驱动力可以调节，易于实现自动化1、交
20、流电机传动，速度微调困难2、步进梁升降过程中加减速度调节，需大量的控制设备，运行周期时间短，调整较困难构造1、标准油压元件组成油压站和传动机构，结构紧凑简单；2、油压站集中放在炉子，下部专用位置炉底空间相对较大1、传动机构较大，非标准件多，较复杂2、电动机，减速机等传动机构必须放在步进梁附近，占炉底面积较多可靠性与油压元件的制造质量和配管技术的水平有关使用时间较长，可靠性好维修1、油压元件已标准化，便于维修、更换；2、事故处理和安全措施比较容易；3、步进梁和提升梁用一个油压站，便于管理和维修；4、炉底下部较宽敞，维修方便1、机构较大，维修较困难；2、设备事故用小量的维修不能排除（如减速机事故等
21、）；3、 炉子下部相对场地较窄，设备多，维修场地较小2.1.4 对传动机构的要求1) 调整步进周期的时间根据不同的钢种和断面尺寸确定钢材在加热炉内的时间，有时需要调整步进周期的时间，以满足钢材在炉内的加热时间。机械传动装置用直流电机时可以调整运行速度，用交流电机时调整运行速度较困难。油压传动装置在压力一定时，靠供油量的变化来改变油缸的速度。改变油量可以用变量油泵，也可以改变同时运转油泵的台数或采用流量调节阀控制。另外，可用只有升降动作而没有前进动作来延长钢材的加热时间。2) 减少起动、停止时间和升降中间的冲击在大型步进式加热炉上，为了避免步进梁托起或放置钢材时产生冲击，就要使步进梁在托起或放置
22、钢材时降低速度，一般为最高速度的二分之一。为了防止起动和停止时步进梁的冲击，在油缸的两端设缓部结构，避免剧烈的起动和停止，特别是在周期小于10秒时，更要考虑防止冲击和震动。当行程变化时，则要在油压系统中考虑缓冲措施。采取减速和缓冲措施的步进梁速度变化情况见下图，具体措施有以下几种：步进梁运行速度图（a）步进梁运动速度图（b）步进梁升降中间减速图油压传动步进梁，用变量油泵改变供油流量来调整步进梁的运行速度。下图（a）表示控制速度的油压系统，把步进梁的起动、中间减速、停止的速度信号装在速度给定器1内；当速度要发生变化时，由速度给定器发也相应的信号给电压给定器2，再通过随动放大器3，随动阀4和随泵5
23、，控制油缸的驱动速度。图（b）表示步进梁上升行程的速度变化情况开始从A到a慢慢加速，a到m为最高速度，步进梁上升到m点时，碰限位开关（限位开关可安装在油缸6的活塞杆上，也可以装到其他合适的地方），发出信号到速度给定器，油缸减速。当按照预定时间减到M点时，步进梁从固定梁上托起钢坯后，又重新加速到点。接着以原来的速度上升到点，触动限位开关，又进行减速，直至B点，碰限位开关，上升停止。下降行程的速度控制和上升行程相同。利用步进梁升降的斜轨道形状控制速度用直流电动机驱动时，调整电动机的转速来改变步进梁升降速度用定量泵时，在传动系统内采用换向阀和速度调节阀来控制流量用多台定量泵时，用改变供油泵的台数，控
24、制油缸的速度用电动液压随动阀控制系统，实现速度控制3）调整步进梁行程根据钢坯的不同断面，有时要求调整步进梁的行程。步进梁的升降行程在炉子设计中确定，使用中不调整，一般取120200毫米。步进梁的前进和后退油缸行程一般在600毫米左右。机械传动位置（除凸轮机械外）和油压传动装置的行程调整，一般用型凸轮调整式主令控制器，安装在传动装置处；或者采用型行程开关，装在运动机构行程的一定地点上，依靠运动机构挡块作用，使限位开关动作以控制运动机构的行程和变换其运动的方向或速度。在采用油缸传动时，一般就把带有挡块的连杆装在油缸体和活塞杆的侧面，位置可调的行程开关用螺杆调节行程，行程开关的位置是固定的，行程距离
25、可用标尺观察。调节前进和后退行程要费相当多的时间，因此一般在换班或轧机更换产品时进行。在设计中要尽可能采用能适合几种坯料尺寸的行程，减少调整工作。4）同步要求由于钢坯长短尺寸不同，步进梁可以是单排，双排或多排。当用双排梁或多排梁加热长料时，要求步进梁同步动作。多排梁不要求单独动作时，可以装在一个共同的框架上，用移动框架的方法来使步进梁同步。需要单独传动的多排梁，要有专门的同步装置来保证同步。机械传动的步进梁，可用各排梁上的齿条或销齿条与同一传动轴上的齿轮啮合保证各排梁同步运行。油压传动的步进梁同步传动机构，一般有下列几种形式：同步分流阀系统：在任何瞬时，供给几个油缸的油时相等。并联油泵：用一个
26、电动机带几台等油量油泵，使各油缸同步。油马达同步系统：将几个油马达的轴用机械刚性连接，组成油量分配器，以保证各油缸同步。同步因素取决于各油马达之间的每转排油量和容积效率的差别，所以选用容积效率差小的柱塞没马达可达到很高的精度。5）其他要求为了克服步进梁的横向作用力，有的炉子装有侧向导辊来控制步进梁的横向移动，避免横向力传到油缸或导轨上。步进炉的传动设备一般是在高温、多灰、振动和潮湿的环境中工作，设计时要充分考虑到这些不利的因素。为了避免油温差太大，设计时要适当考虑加热和冷却系统。2.2 步进梁传动机构2.2.1 步进梁的机械传动装置步进梁机械传动时，梁的升降和水平运动可用一套或分别两套装置传动
27、，把回转运动通过变换机构变为直线运动。变换机构有凸轮杠杆传动、齿轮齿条机传动和螺旋推杆传动，这些装置都比较简单，制作维修方便，受负荷变化和影响小，但在移动步距大和速度快时，梁会产生振动。2.2.2 步进梁的油压传动装置步进梁采用油压传动时，升降和水平往复运动分别由单独油缸传动。升降动作时，靠水平油缸固定其水平位置，水平往复运动时，靠升降油缸固定其升降位置。2.2.3 步进梁的结构步进梁是用来承载和运输炉内被加热钢材的机构，处于一定温度条件下工作。步进梁有两种结构形式：一种是在炉内承载钢材的梁，在水冷钢管上焊有耐热合金钢的导轨或用耐热钢铸造而成的导轨，通过立柱支到炉外底部下的钢架上；另一种是梁的
28、上部砌有耐火材料和保温砖，有的顶部还装有耐热钢或耐火混凝土制造的导轨。为了保证步进梁和固定炉底之间的缝隙的不漏气，要有合适的密封装置。对于上部彻有耐火材料的步进梁的结构有两种焊接的形式：一种是单层主梁，梁的下部焊有支在支承辊上的轨道；另一种结构是桁架式，上部的主梁通过槽钢和角钢与下部结构连成钢架，通过钢架支到支承辊上。主梁是由两根水梁组成。由于梁承受负荷并有温度影响，所以要求步进梁有足够的强度和刚度，不能在使用中发生扭曲或拱起等变形。并且要保证梁的垂直度和弯曲度及平直度，严格控制制造误差和安装误差。对于较长的梁，为防止在受热后纵向变形，将梁在长度方向分成几段，使变形减到最小，其长度视步进梁宽度
29、而定，每段梁至少要支在两个以上的支承辊上。相邻梁用可滑动的接头连接起来，保证水平移动的刚度和允许在垂直平面内自由运动。通水冷却的主梁，要有很好的密封性，焊接后作5公斤力/厘米2水压试验。步进梁上安装导轨、底板、砖座及水封板时，要考虑到受热后变形的情况。步进梁的强度计算，应根据负荷的分布、尺寸、重量和平整程度，以及梁的温度条件和支撑机构距离等情况来分析。一般按照连续梁计算。2.3 步进式加热炉组成及各部分的功能步进机械由步进梁及立柱、平移机构、升降机构、水封槽及密封装置、行程控制器等主要部分组成，如图示，各部分功能及结构简述如下:1、步进梁及立柱步进梁用来移送被加热的钢坯、与固定梁交替支承钢坯，
30、必须具有足够的刚度和强度，故就采用抗弯模量较大的矩型管，由立柱钢管支承。为了减少钢坯“黑印”，在梁的上表面间隔布置耐热滑块。立柱为双层套管结构，便于通水冷却，立柱穿过炉底和水封槽，安装在平移框架上，梁和立柱的外表面均包扎耐火纤维和浇注料。2、平移机构平移机构包括平移油缸和平移框架，是步进梁水平运动的主要构件。平移框架由型钢、钢板焊接而成，为了解决加工和运输的困难，从长度方向分为多段，每段的长度不要过长。设计平移框架要注意分段处接头的加工，分段处主梁应先按整体焊接，并在分段线的上下和两侧配制夹板并铰孔，然后切开加工。3、升降机构升降机构包括升降油缸、主动曲拐、从动曲拐、连杆及其轴承座等。升降机构
31、是步进梁完成垂直运动的主要构件，16个曲拐安装有16个托辊，升降没缸与主动曲拐铰接，每列的主、从动曲拐用连杆连接，两个主动曲拐用同步轴机械同步。连杆的两端为正反扣的梯形螺纹旋转连杆，改变螺纹的旋入长度，可以调节托辊上母线的标高。4、水封槽及密封装置为了防止外界空气通过炉底开孔处进入炉内，保持炉内的正常温度和压力，沿炉宽方向设置了排水封槽。水槽由钢板焊接而成，槽底中部呈现屋脊形，使落入槽内的氧化皮易于落到两侧被固定的炉底的刮渣板带走。水槽安装在平移框架上，步进梁垂直和水平运动时，水槽随之运动，氧化铁皮被自动刮进入料端的渣槽内，由高压水冲入铁皮沟。水槽内的水面高度由水电磁阀和差压变送器自动控制。5
32、、导向装置平移机构的框架在升降机构的托辊上运行，框架与托辊接触的导板一侧为平板，另一侧为槽形，槽形导板在托辊上运行时，利用两侧凸缘限制平移框架横向位移。6、行程控制器步进梁的运动速度是变化的，其速度的改变是液压系统中比例阀的流量变化来实现的，比例阀流量改变的信号来自于行程控制器，行程控制器安装在升降油缸和平移油缸上，控制器的导杆与油缸活塞杆同步运行，导杆上的触头与安装在导杆两侧的接近开关相遇，就可以发出改变速度的信号。7、步进梁的运动步进梁的运动轨迹为矩形，由升降机构的垂直运动和平移机构的水平运动组合而成，步进梁相对于固定梁作上升、前进、下降、后退四个运动。这四个动作组成步进梁的一个运动周期，
33、每完成这样一个周期，钢坯就从装料端向出料端前进一个行程。8、水平运动步进梁的平移运动是由平移机构来完成的，水平运动时升降机构不动作。油缸活塞伸出，步进梁前进，油缸活塞都经过加速、匀速、减速三个阶段。每个阶段的时间和速度都是精确分配的。9、垂直运动步进梁的垂直运动是由升降机构来完成的。垂直运动时，平移机构不动作。油缸活塞杆缩回，步进梁上升，油缸活塞杆伸出，步进梁下降。垂直运动的速度曲线比水平运动的速度曲线复杂，多了一次中间减速运动，其目的是当步进梁接近固定梁进降低速度，使步进梁在取放钢坯时平稳运行。10、步进梁运动方式步进梁以水平运动和垂直运动为基础，根据不同的工作制度可以实现正循环，逆循环，踏
34、步循环三种运动方式。正常生产时，加热炉处于正常工作状态，用正循环运动把钢坯从装料端一步一步地连续不断地移送到出料端。当生产停止时，为了把钢坯退出加热炉，采用逆循环。当设备出现故障要处理时，暂时不能出钢，为了防止钢坯出现“黑印”，步进梁做踏步循环。2.4 设计特点及存在的问题1、采用同步轴使机械同步升降机构中的两个油缸是否同步，直接影响到钢坯在炉内的跑偏量，若用液压同步回路，精度达不到要求。因此设计了同步轴，在单侧油缸瞬时驱动时，通过同步轴使两列托辊同时运动，由于两个油缸并联连接，不同步时，液压油自动流向压力低的油缸，单侧油缸驱动状态稍现即逝，这对机械设备和液压系统均无影响。2、采用了中间减速的
35、速度控制制度这种速度控制方式使步进梁的运动趋于平稳，至少为步进炉的使用带来两方面的好处。其一，有利于钢坯在炉内的位置控制，减小跑偏量；其二，减少设备的冲击和振动，防止耐火纤维和浇注料的脱落，延长设备的使用寿命。3、连杆的设计采用等强度理论主动曲拐和从动曲拐之间用连杆连接，根据升降机机构的受力分析，各连杆的受力大小从主动曲拐起等量递减，故将连杆直径设计为依次减小，既满足了强度要求，又节省了材料。4、存在的问题钢坯在炉内有跑偏的可能，产生这种现象一般是因为主动曲拐与同步轴的联接键松动，曲拐和同步轴之间有微小相对运动，导致两列轧辊升降不同步，根据有关资料，在这次设计中，采用将同步轴与主动曲拐焊接，消
36、除其相对活动，钢坯在炉内跑偏也随之解决。水封槽最好改用为不锈钢制作，这样就不需要维护，寿命长，但是运用不锈钢比变通Q235-A涂漆处理的制造费用要高的多。从长远的利益来看，还是用不锈钢比较合适，但有些地方经济条件不是十分允许，所以，应根据不同的经济条件，对两种方法进行选用。第三章 升降机构的设计3.1 动力传输分配系统的设计及动力传输路径由于承载的重量较大，故拟用多个支撑辊来托动整体框架的升降。考虑到动力源由液压缸来做，且加热炉的占地面积较大，故选用16个支撑辊来支撑整个炉子的运动。若个数太少，则相邻支撑辊的跨距过大，且单个支撑辊的受力过大，易发生强度过大或为了满足强度而使机构过于庞大，使炉下
37、的操作空间过于狭小，故应综合考虑各方面的因素，选用16个支撑辊，并布置为4排4列，由2个液压缸驱动，经过传动轴将动力传送到两个外侧的曲拐，使第1排作为动力的起始排，各列的动力再由各列的连杆分别送达各个从动曲拐，从而使4排4列的拖轮都具有动力输入。接下来就是设计各排、各列支撑辊之间的位置关系，除了保证各自之间的位置关系，还要保证排与排、列与列之间的位置关系，使各个支撑辊的受力均匀，不至于使某个支撑辊的受力偏大，从而影响机构的使用寿命。3.2 主动曲拐的设计3.2.1主动曲拐的运动分析由于主动曲拐是将液压缸的水平位移转换为支撑辊升降运动的关键部位，故对其强度（尤其是抗强度）具有较高的要求。首先进行
38、主动曲拐的运动分析。主动曲拐的坐标系如下：对各个从动曲拐受力分析由转动平衡有每个从动曲拐的拉力为，故对于主动曲拐拉力端的输出力为，即B点受到拉力为。在受力最大位置，弯矩最大位置进行曲拐的强度分析，进而可以根据等强度理论对曲拐进行结构分析设计。由对O点的力矩平衡有：所以 所以的最大值出现在液压缸的初始位置处且3.2.2主动曲拐的结构设计如果按等截面设计理论对主动曲拐的梁进行设计，应按弯矩的最大值来计算截面，而对于弯矩较小，应力较小的截面同样也得设计成与最大截面相同的截面。这样强度虽然足够，但是对于材料来说已经造成浪费，材料的利用率较低，同时零件的重也增加了。为了提高材料的利用率并尽可能减轻零部件
39、重量，在此次设计中采用不等截面设计，也不是按等强度理论进行设计，在不同的弯矩下，用不同截面，在弯矩较大处采用较大截面，而在弯矩较小处采用较小的截面，这种梁叫变截面梁，即：将曲拐分别分为AO、BO两端，进行分析，先取BO段考虑，其受力图、弯矩图如下： 由上图a图有： 所以有 所以有上图的b图但是由于主动曲拐所传递的力过大，而且要使结构尽量简化，以使炉底空间宽敞，便于以后的维护修理，所以决定对主动曲拐采用焊接件。3.3主动曲拐横向轴的设计由于整个炉子庞大，支撑重量巨大，故对传动路线的分配及传输动力也要求较高，尤其是它们之间的动力要靠轴及键来传递，故横向轴之间的动力传输是较为关键的。所以对此横向轴进
40、行设计。传动轴的材料选用45钢，采用调质热处理。由于此传动轴在工作中主要受弯矩作用，也承受少量的转矩对于实心圆轴根据式12-5 机械设计有 其中 称为计算弯矩或当量弯矩 轴的抗弯截面系数，代入上式可得所需要直径 由于转矩可以忽略不计,故可认为 由设计可知F279.3t故M279.3550153615 NM查表12-2 取55代入公式可求得最小直径d=359mm在设计时，所考虑的力都是当系统平稳运行时，当作匀速直线运动及不考虑机构加速时的情况所设计的，但是由于机构是运动的，为了节省时间，提高整个设备的出料效率、速度，达到更高的经济效益，在运动过程中会有加速阶段，故还需要考虑机构的加速度，将会有更大的作用力作用于各部件上，即所求出的直径还需要乘以一个安全系数，用以考虑突然加速时或重载时对设备的冲击要求。故选直径为460mm3.4主动曲拐键的设计及校核键的类型根据连接的结构特点、使用要求和工作条件来选定。键的尺寸按轴的直径由标准中选定；键的长度根据轮
