步进式加热炉的平移轨道装配和提升导向支座毕业设计说明书.doc
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1、大学大学 毕 业 设 计(论 文) 题目题目 步进式加热炉的平移轨道装配和提升导向步进式加热炉的平移轨道装配和提升导向 支座支座 学生姓名:学生姓名: 学生学号:学生学号: 指导教师:指导教师: 机械工程机械工程 学院学院 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 专业专业 班班 2011 年 6 月 15 日 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 0? 姓名 ? 下发日期 2011-3-6 题题 目目 专专 题题 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 请各位老师、同学请注意:今年任务书的下发日期、教学院长签字日期、教研室请各位老师、同
2、学请注意:今年任务书的下发日期、教学院长签字日期、教研室 主任签字日期、指导教师签字日期统一签主任签字日期、指导教师签字日期统一签 2011 年年 3 月月 6 日。日。 主主 要技术要技术 参数参数 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 教学院长签 字 日 期 教研室主任 签字 日 期 指导教师签 字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给 定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 (40%) 总 评 答辩委员会主 席 签字 评 定 成 绩 本科毕业设计(论文
3、)说明书 I 摘要摘要 由于步进加热炉独特的优越性,使其在现代冶金工厂得到了广泛应用。它与传统的 推钢式加热炉和辊底式加热炉相比具有如下优点:钢坯黑印减少、消除了滑轨划伤,产品 质量高;炉内钢坯不会发生粘钢和拱钢事故;炉子设计可以大型化,提高炉子的加热能力 等等。步进梁式加热炉采用液压传动,传动结构简单,且传动平稳,容易实现自动控制。本 文以某钢厂步进炉机械结构系统为研究对象,进行了以下研究工作:首先对步进加热炉的 工作原理、动作过程、机械结构、机械传动及液压站进行了分析,详细研究了平移轨道 装配,提升导向支座和提升导向装配的设计原理, 详细研究了液压系统的设计与计算, 并且液压系统采用容积和
4、节流两种调速方式,这样可以提高效率,本设备采用变量泵, 在较大范围内用容积调速,且选择了液压伐如:平衡伐、调速伐等,并且用 CAD 绘制 了图。步进梁以矩形轨迹运动,即分别进行升、进、降、退的连贯动作,并且在水平 运动和升降运动过程中,运行速度是变化的。目的在于保证水平运动和升降运动的缓 起缓停以及在升降过程中,步进梁从固定梁上托起或者向固定梁上放下钢坯时能够轻 托轻放,防止步进机械产生冲击和震动。 关键词:关键词:步进加热炉;机械传动;容积节流调速;调速伐;平衡阀;液压系统;恒 压变量泵;CAD。 本科毕业设计(论文)说明书 II Abstract Due to the unique adv
5、antages of step-heating furnace, it has been widely applied in the modern metallurgical plant. It has the following advantages compared to the traditional Pusher-type furnace and the roller hearth furnace: fewer billet black mark, eliminating the slide scratch, higher products quality. Because stick
6、y steel and steel arch does not outcry, so large-scale furnace can be designed and heating capacity of furnace can be improved. Because walking-beam adopt hydraulic transmission mode, the transmission structure is simpler, the transmission is smoother and it is easier to implement automatic control.
7、 Series of research works has been carried out in this paper based on the mechanical system of furnace in one factory. The first step to the action of the heating furnace process, mechanical structure and hydraulic station for analysis, A detailed study of the rail assembly, the translation of the a
8、scension oriented bearings and improve the design principle and guide assembly, A detailed study of the hydraulic system, the design and calculation of And the hydraulic system adopt volume and throttling two speed means, so that may raise the efficiency, this equipment use of variable pump, the In
9、a wide range with volume, and choose the speed hydraulic cut such as: balance cut, cut speed .And with CAD drawing the figure. Walking beam with rectangular, namely trajectory respectively, into, fall, and rise of motion and coherent back in horizontal movement and lifting movement process, operatio
10、n speed is changing. Purpose is to ensure that level of slow motion and lifting movement up suspension and in the process of lifting, walking beam from fixed beam to raise or fixed down on the beam slab to light when tore put, prevent light step mechanical impact and vibration。 Key words:Walking-bea
11、m furnace;Mechanical transmission; Volume throttling speed ;Speed cut; Balancing valve ;hydraulic system;Constant pressure variable pump;Computer Aided Design. 本科毕业设计(论文)说明书 III 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACT .II 目录目录III 第第 1 章步进炉发展简介章步进炉发展简介 1 第第 2 章步进式加热炉的方案确定章步进式加热炉的方案确定 5 第第 3 章步进式加热炉的工作原理和特点章步进式加热炉的工作原理和
12、特点 7 3.1 本设备的结构特点和工作原理.7 第四章第四章 步进式加热炉液压系统设计与计算步进式加热炉液压系统设计与计算 9 4.1 负载力的确定.9 4.2 油缸几何参数及液压系统的确定 .14 4.3 选择液压阀 .24 4.4 系统管路损失、效率、发热量的计算 .27 4.5 液压系统其他零部件的选择与计算 .37 第第 5 章章 机械部件结构介绍机械部件结构介绍 47 5.1 平移轨道装配.47 5.2 提升导向装配(一).48 5.3 提升导向支座(一).48 第第 6 章章 本设备液压系统的安装、调整、使用和维护本设备液压系统的安装、调整、使用和维护 50 6.1.安装 .50
13、 6.2.调整 .50 6.3.使用 .50 6.4.维护 .51 第七章第七章 结论结论 52 参考文献参考文献 53 本科毕业设计(论文)说明书 IV 致谢致谢 54 附件一附件一 外文文献翻译外文文献翻译 55 附件二附件二 外文文献原文外文文献原文 58 本科毕业设计(论文)说明书 1 第第 1 章步进炉发展简介章步进炉发展简介 加热炉是将物料或工件加热的设备。在冶金工业中加热炉习惯上是指把金属加热 到轧制成锻造温度的工业炉,包括有连续加热炉和室式加热炉等。连续加热炉广义来 说,包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉。 连续加热炉按炉温分布,炉膛沿长度方向分为预热段、加
14、热段和均热段;进料端 炉温较低为预热段,其作用在于利用炉气热量,以提高炉子的热效率。 加热段为主要供热段,炉气温度较高,以利于实现快速加热。 均热段位于出料端,炉气温度与金属料温度差别很小,保证出炉料坯的断面温度 均匀。由于本设计的内容是关于步进梁式加热炉,所以要对其做一些简单的介绍。 步进梁式炉比推钢炉具有许多优点,因而成为新建轧厂的首选炉型。热轧宽带钢 厂的规模正向大型化发展,步进梁式炉的特点之一是炉长不受推钢长度限制,因而能 适应轧机的小时产量增长的形势。加热炉是钢铁企业热轧生产过程的关键设备之一, 其性能直接影响到加热炉的能耗和最终钢材产品质量、钢坯成材率、轧机设备寿命以 及整个主轧线
15、的有效作业率。目前在板材、棒材或线材的热轧生产中,广泛采用步进 式加热炉对钢坯进行炉内步进式运送并加热与直推式加热炉相比,其显著特点是加 热速度快、温度均匀、操作灵活易于适应轧机的产量要求、不粘钢。 步进式连续加热炉,把原来的整体式炉底分成固定炉底和活动炉底。只有一个活 动炉底的叫单梁,有多个活动炉底叫多梁。是因加热钢坯的长多不同而别。一般单棵 用于小型。多棵用于大型钢坯。又因加热形式不同,分步进梁式和步进底式。步进梁 式的加热形式是上下加热,多用于大型钢材的加热。步进底式是上加热,多用于中小 型钢材的加热。本设计是双梁步进底式连续加热炉。 步进炉活动炉底的运动轨迹,对于钢坯的表面质量的影响很
16、大,比较理想的是矩 形运动轨迹。但是实现什么样的运动轨迹,与活动炉底的的驱动方式有关。以前,人 们采用占轮杠杆和齿轮齿条等机构来做驱动机构,但得到的运动轨迹是平行四边形, 或是带曲边的矩形。这将产生水平分力,影响被加热件的表面质量,并且驱动机构比 较粗笨,操作也不灵活。液压传动的出现,它的独特的工作能力,使这个问题得到了 解决。用液压驱动可以实现活动炉底的运动轨迹近似是一个矩形,且它同时解决了另 一个问题,就是运动平稳性的问题。它对于加热炉的大型化和高速化的发展具有重要 本科毕业设计(论文)说明书 2 的意义,在这里液压驱动的优点,是别的驱动机构所不能比拟的。 步进炉的炉底有固定炉底和活动炉底
17、两部分组成,如图 1.在加热过程中,钢坯有 固定炉底和活动炉底交替支撑,坯料是垂直于步进运动方向而放置的。步进炉的活动 炉底有四个基本运动组成的,即上升、下降、前进、后退。有它们组成了三种运动方 式,就是正循环运动、逆循环运动和踏步运动。 图 1.步进炉横断面结构示意图 本科毕业设计(论文)说明书 3 图 2 活动炉底动作示意图 正常工作时,是正循环运动,活动炉底的动作顺序是,上升-前进-下降-后退。这 样使钢坯一步步的向前运动,最后被送进炉膛,完成加热任务。 非正常工作时,也就是设备出现故障,需要把炉内钢坯退出时事逆循环运动,活 动炉底的动作顺序不是前进-上升-后退-下降,即可完成要求的任务
18、。 还有一种工作状态,就是踏步运动,当加热系统出现某些故障不能使钢坯在正常 本科毕业设计(论文)说明书 4 工作时达到要求的温度时,活动炉底的动作顺序是上升-下降,这样增加了钢坯在炉内 的加热时间,使钢坯能够达到所要求的温度。 实习期间我们看到了步进炉在现场的实际工作情况,以及现场工人和技术工作人 员对此类设备的看法,都还是令人满意的,同时看了一些技术资料得知,国外同类企 业用步进炉者不乏其数。种种说明,由于步进炉有着高质、高产、低能耗等优点,且 已经发展的比较成熟,广泛用步进炉已经势在必行。虽然步进炉运动机构长期处于大 负载下工作,工作环境和工作条件较差,但用了液压技术,使操作系统简单完善、
19、合 理、安全保护措施可靠,所以步进炉在冶金设备中是占有重要地位的。 本科毕业设计(论文)说明书 5 第第 2 章步进式加热炉的方案确定章步进式加热炉的方案确定 步进式加热炉是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。该炉内 机械传动有多种方式,如:齿条式、链条牵引式因为炉子下方粉尘较大,影响传 动因数,不宜使用。 摩擦推杆式摩擦系数较大,使用寿命相比之下较低。机械杠 杆托升机构受力较大,所需要支撑力也较大,比较琐烦。四杆机构升降式由 于该步进机构处于梁式再加热炉的下方,所用空间有限,而机械能控制的四杆机构需 较大的空间,而且当需要对其进行维护和修复时较为困难。 但考虑到功率损耗和设备的
20、使用周期,故:步进式加热炉的步进机械传动方式采 用液压传动和双轮斜轨机构,该机构应设有两层框架(升降框架和水平框架) ,升降和 水平运动都要设有定心装置,用以保证使炉底步进机械沿炉子中心线正常运行,减少 钢管在炉内的跑偏,使坯料被顺利的输送到出料端。 步进机构采用节能型的液压系统,降低装机容量、节约电耗。系统采用变量泵与 比例伐以及配套的行程检测与控制装置,步进梁升、降、进、退及开始托起与放下钢 坯时均以低速运行,实现“慢起慢停” 、 “轻托轻放” ,以减少氧化铁皮脱落和避免由于 撞 击而使水冷梁的绝热层遭受破坏以及擦伤炉内坯料。 步进式加热炉最基本的特征是钢料的移动靠一套步进机构作矩形轨迹的
21、往复运动 来实现。步进机构的运动轨迹如图 1 所示。 图图 1 步进式加热炉的步进机构运动轨迹图步进式加热炉的步进机构运动轨迹图 12:前进;23:下降;34:后退;41:上升 本科毕业设计(论文)说明书 6 与推钢式加热炉相比,步进式加热炉有下列优点:1)加热的坯料不受断面形状和 尺寸的限制,可以加热推钢式加热炉难以加热的大型板坯、异形坯以及细小和较薄的 钢坯。2)加热制度灵活,适应性较大。在炉长一定的情况下,可以通过改变钢料之间 的距离即可改变炉内装料的数目,以适应轧机产量和钢种变化的需要。而调整步进周 期,即可变化钢料在炉内的加热时间,从而适应不同钢种不同加热速度的需要。3)加 热质量较
22、好,钢温比较均匀。因为在步进炉内钢料之间有一定距离,增加了钢料的受 热面积,使钢料断面温差减小。另外,由于钢料的移动是靠炉底运动,不在炉底上直 接滑动,因而钢坯的下表面不会有划伤。4)炉子长度不受推钢比的限制,不仅不会发 生拱钢、粘钢等事故,而且可以增加炉长,提高炉子生产能力。大型步进式加热炉的 炉底强度可达 8001000kg(m2h)。5)与轧钢机配合比较灵活方便,可以根据需要将 钢料退出炉外,以避免钢料长时间的停在炉内造成氧化和脱碳。也可以使钢料在炉内 踏步不前,以适应轧机在产量上变化的需要。6)可以比较精确的计算和控制钢料在炉 内的加热速度和加热时间,有利于实现整个加热过程的自动化。
23、于实现整个加热过 程的自动化。 步进式加热炉的缺点是炉子造价较高,在相同情况下一般比推钢式加热炉高 2025。另外,由于炉底水冷管较多,其冷却水和热能消耗都比推钢式炉的高。最 后,这种炉子设备施工,安装要求严格,如安装不当容易发生坯料跑偏现象。 本科毕业设计(论文)说明书 7 第第 3 章步进式加热炉的工作原理和特点章步进式加热炉的工作原理和特点 3.1 本设备的结构特点和工作原理本设备的结构特点和工作原理 本设计是双梁步进底式连续加热炉,在设备结构上有以下特点: 步进炉加热过程中的进料和出料是采用侧入侧出的方式,这样可以减少炉 内温度辐射,使能耗有所降低。 整个炉子采用半地式,炉子的进退缸中
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