机械毕业设计(论文)步进式加热炉炉底升降机构设计【全套图纸】.doc
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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
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