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　　本设计题目为一种步进式加热炉炉底机械,应用在某特殊钢铁有限公司城市钢厂环保搬迁工程中.加热炉为双面加热步进式炉,有快速加热迅速腾空,热效率高等特点,炉子的核心部分:步进机构,采用了常见的斜面导轨式传动机构,升降框架和平移框架动作均使用液压传动来完成。

　　它的工艺要求是将被加热的坯料从加热炉的装料端一步一步连续不断的移送到出料端,并且使坯料在加热炉内达到所规定的温度,这就需要步进梁相对于固定梁作上升、前进、下降、后退四个动作，由这四个动作组成步进梁的一个周期，每完成这样一个周期坯料就从装料端向出料端前进一个行程。步进梁驱动靠液压缸完成，动作速度及行程靠外置传感器精确控制，液压缸的选择取决于步进梁的最大负荷。

　　主要参数：步进梁上最大钢坯负荷~346t/炉，步进梁最小步进周期为50s，可根据轧制周期调整，步进梁最大水平行程为400mm，行程范围0~400mm，并连续可调，采用前极限低位定位，步进梁的升降行程为200mm，以固定梁滑轨表面为基准，上升120mm，下降80mm。

　　本文包含了绪论、设计计算、结论三部分。绪论部分简述了步进炉底机械的各个主要部分的特性、技术要求和步进炉底机械和注意问题及改进措施。设计计算部分主要对设计参数及强度的校核。结论部分主要是对整个设计过程进行的总结。

　　步进梁式加热炉主要用来加热特殊钢。因为加热特殊钢时，品种规格多而批量小，对氧化、脱碳、划伤等表面质量要求高，因此，采用能快速加热，必要时能将炉内坯料迅速出空的步进式炉是极为有利的。此外江南体育，由于热效率高，中小型轧钢车间的普通钢加热炉也可采用此种炉型。步进梁式加热炉主要用于小时产量高的钢坯和板坯的加热。而本方论述的重点是步进梁式加热炉的核心部分：炉底机械。

　　炉底机械是步进梁的主要组成部分，步进梁主要承担坯料在炉内的运送任务，而步进梁的动作要靠炉底机械的承载及驱动来完成，步进梁将被加热的坯料从加热炉的装料端,一步一步连续不断的移送到出料端,并且使坯料在加热炉内达到所规定的温度,这就需要步进梁相对于固定梁作上升、前进、下降、后退四个动作，由这四个动作组成步进梁的一个周期，每完成这样一个周期坯料就从装料端向出料端前进一个行程。步进梁就是按照这样的运动规律在加热炉内运送钢材坯料的，而步进梁完成这一动作的动力来源就是炉底机械。

　　步进梁式加热炉底机械不同于一般的设备，生产工艺中炉底机械的主要要求是，运行迅速平稳，停位准确，便于维护等，所以对炉底机械的技术要求如下：

　　1）步进梁式加热炉底机械在动作精度控制方面，要求控制全炉前后的跑偏量：钢坯横向跑偏量≤1mm/m炉长，钢坯纵向跑偏量≤1mm/m炉长。以炉长40米为例，要求横向跑偏量≤40mm,纵向跑偏量≤40mm。

　　2）在稳定性方面要求步进梁在抬起和放下钢坯时，减少冲击和震动，意思即：轻拿轻放，运行要平稳。此时要求炉底机械驱动升降和水平移动的液压缸要有位移传感器配合液压系统来进行实时的速度控制,步进梁运行速度图见图1-1. 在步进梁接近固定梁面时，放慢步进梁的上升速度，以使步进梁轻接触固定梁上的钢坯，同样下降时也是如此。

　　4） 结合工艺要求合理布置升降及水平移动液压缸位置，使其能够最大限度发挥功能，且便于系统保护和系统维护及满足其它工艺和生产要求。如升降液压缸为两个平行布置，则需要最大精度的考虑液压缸的同步性，保证升降框架梁受力均匀，避免产生液压缸不同步造成的框架变形损坏等情况，需要联锁及警报功能。

　　5） 为了保证框架整体安装及运输方便，要将框架整体设计成可方便拆装分部连接式，连接横梁处要避开炉底支撑立柱，尽量考虑检修空间和减小安装误差等。

　　进梁缓慢托起或放置坯料，使坯料与炉底不发生摩擦，或者使炉底摩擦减小到最小，中小型轧钢车间的步进式炉通常采用矩形运动轨迹，如图1-1所示。

　　为实现步进梁的矩形运动轨迹，步进梁的传动机构通常由升降装置和水平移送装置两部分组成。其结构形式主要有三种，如图1-3所示：

　　导向装置见图2-1/2中，分为水平导向及升降导向两种，作用是分别控制水平框架和升降框架在移动中的对中，保证框架平稳运行，主要由导向横梁、导向滚轮及导向板组成。

　　水平液压缸见图2-1中所示，作用是拉动水平框架前后移动， 选型计算时除参考负荷推力外，还要考虑液压缸在动作时的刚度即稳定性要求，两个条件必须同时满足。升降液压缸见图2-2中所，为两组并行，要求两组升降液压缸必须能严格保证同步运行。液压系统除考虑上述要求之外，还要求保证液压缸在动作时能够减小冲击，使步进梁动作平稳有序，图2-3为步进梁的液压控制系统图。

　　滚轮组件见图2-2中所示，是炉底机械中的重要部件，上层滚轮承载水平框架及步进梁上所有负荷，下层滚轮除承受上述负荷之外，还要承受升降框架自身的重量，负荷条件较差，故在设计时要充分考虑滚轮的承重能力即滚轮踏面疲劳强度。在下面的文章中要详细计算。

　　1）水平框架在长期高温等恶劣条件下使用，易造成框架变形。原设计的水平框架纵梁为C形，未形成封闭框架刚度较差，在本次设计中修改原结构，使框架封闭且在长度方向均匀增加横梁，进一步提高水平框架的刚度，见图2-1中所示。升降框架在长时间使用后也易产生扭曲变形，产生变形的主要原因是两组升降液压缸的不同步，故在提高框架刚度的基础上，首先必须严格保证液压缸的同步性，采用如图2-3所示的精确位置测量反馈和闭环控制，在电控中增加液压缸故障报警反馈等措施，可有效解决液压缸不同步影响框架变形的问题。其次在升降框架本体刚度方面，增加交叉梁也是一种增强框架刚度的有效方法，见图2-2中所示。交叉梁在设计中参考了外方设计，连接处由原先的连接板形式改为法兰连接形式，这种方法便于制造及有利于安装。

　　2）此前基于经验设计的炉底机械在设备重量上远高于相同工况及负荷条件下的国外同类型设备，在保证用户安全可靠使用的前提下依靠计算机三维软件的有限元分析功能，计算主要构件强度及刚度，在计算的基础上使结构进一步优化，合理减轻设备重量，在设备投标供货中更具优势。本例中水平框架经过分析在保证框架强度及刚度要求后，将原设计的纵梁及横梁高度分别进行降低，H型刚腹板及翼缘板厚度合理减小，有效降低了设备重量。

　　依据本设计的结构特性和以往设计经验选择承载能力强且具备在一定范围内调心功能的调心滚子轴承，按照额定动载荷计算轴承。按照已经计算的滚轮直径和轴径，暂定轴承型号23134C/W33,在本例工况下验证轴承寿命。

　　综合框架受力分析，水平框架总负荷虽较升降框架小，但是由于其各点受力位置的影响，水平框架的受力环境要比框架恶劣，所以我们主要计算分析水平框架在负荷下的变形及应力分布。

　　由于水平框架各负荷点的同类性，我们可以将模型简化后（截取其中受力条件较差的一部分）再进行分析计算，这样可大大减少计算机的计算量，能够快速的完成计算，得到我们想要的结果。简化后的模型如图3-2所示：

　　为模型添加材质后，在相应位置上施加载荷、添加约束后进行网格化分并分析后得出如下分析报告：

　　为了验证框架刚度，我们采用一种极端加载的方式，见图3-7.在框架一侧加载一个单作用力F＝10t(经验值)，框架另一侧约束固定，分析在这种受力状态下框架的变形情况，这种受力状态存在于两侧油缸短时不同步或因框架负荷偏载时产生。

　　针对上述分析结果，我们采取将框架中间增加交叉梁的方法来增强框架的刚度，如下图3-9所示：

　　综上分析所得,对载荷条件较复杂和在工况恶劣环境下工作的结构设备,对其主要结构进行强度和刚度的有限元分析是可行和非常必要的,分析结果可以有非常有效的指导我们设计的可靠性和最大限度的优化,为设计提供有力的理论性技术支持。

　　本文采用了对比分析法与类比法及CAD几何法相结合的设计思路对本文所论述的设备进行了深入细致的计算与分析，建立了实体模型；并通过CAE仿真分析对炉底机械的重要结构进行动态及静态分析，在此基础上给出了一个可行的优化方案，为该设备在性能、可靠性、适用性、经济性等方面提供了充分理论依据。用一个生动的实例证明了CAE仿真分析（有限元分析）在机械设计中的重要性。第五章参考文献

　　6.《SoildWorks2009机械设计行业应用实践》 零点工作室 机械工业出版社