步进式加热炉同步顶升液压控制系统说明书.doc

摘 要摘要加热炉是将物料或者工件加热的设备。在冶金工业中加热炉习惯上指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉。步进梁式再加热炉是连轧生产线提供钢管再加热所有。它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子。步进梁式加热炉设计一种连续式加热炉它是靠专用的步进机构，按照一定的轨迹运动，使炉内钢料一步一步地向前推进。步进梁式加热炉炉底的结构和传动方式要根据出料的频率和炉子的生产能力决定，它要考虑被加工工件的尺寸参数和工地方面的尺寸大小。所以必须严格计算其内部参数，保证炉子的生产和安全。炉底机械采用双轮斜轨机构。步进梁的升降和平移动作采用液压缸驱动。加热炉炉床由固定梁和步进梁两部分组成，步进梁由双重轮对的多轴框架支撑，其外侧走轮由液压缸驱动，可以在倾斜轨道上滚动，使步进梁作上升或者下降运动。上层托轮直接拖住步进梁，而步进梁则由另两个液压缸带动，实现平移运动。关键词：步进梁式加热炉；步进梁；双轮斜轨式机构；液压传动IAbstractAbstractHeating furnace is the material or workpiece heating equipment. In the metallurgical industry in the metal to heating habits heated to rolled into the industrial furnace temperature forging. Walking beam type furnace is provided to steel rolling line heating all again. It depend on special stepping machinery to make the work in the furnace stove a mechanized moving. Stepping beam furnace design a continuous reheating furnace of it is to rely on special stepping institutions, according to certain trajectory, making furnace of steel material within step forward. Step reheating furnace bottom structure and driving mode according to the material of the frequency and the production capacity of the stove, it should consider decision by the size of the machining parameters and the site of size. So must strictly calculation its internal parameters, guarantee the production and the stove safety. Furnace bottom machine adopts double inclined rail agencies. The rise and fall of walking beam by hydraulic cylinder for peace movement driven. Heating furnace bed by fixed girders and walking beam two parts, walking beam of by double round multiaxial framework, the lateral go round supported by hydraulic cylinder drive, can tilt orbit in rolling make walking beam rise or fall as sport. The upper roller direct tugged walking beam, and walking beam is driven by two other hydraulic cylinder, realize the shift movement.KeyWords：stepping beam furnace，walking beam，double inclined rail mon rail agencies，hydraulic transmissionV目 录目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 步进式加热炉11.1.1 步进式加热炉概述11.1.2 选题背景41.1.3 设计目的51.1.4 设计方案72 液压系统分析与设计92.1 运动与负载分析92.1.1 步进式加热炉原始数据92.1.2 步进式加热炉工况速度曲线设计92.1.3 计算稳态工作负载112.1.4 拟定液压原理图122.2 液压缸参数及其型号132.2.1 平移液压缸受力分析132.2.2 初选平移液压系统工作压力142.2.3 平移液压缸主要参数及其选取型号142.2.4 升降液压缸受力分析162.2.5 初选升降液压系统工作压力182.2.6 升降液压缸主要参数及其选取型号182.3 液压泵参数及其型号192.3.1 平移液压泵工作压力的确定192.3.2 平移液压泵流量的确定192.3.3 平移液压泵的选取202.3.4 升降液压泵工作压力的确定202.3.5 升降液压泵流量的确定202.3.6 升降液压泵的选取202.4 电动机参数及其型号212.4.1 平移液压系统电动机参数及其型号212.4.2 升降液压系统电动机参数及其型号212.5 液压阀件参数及其型号222.5.1 平移液压系统阀件参数及其型号222.5.2 升降液压系统阀件参数及其型号222.6 液压油管道的选择222.6.1 油管的选用222.6.2 液压油管管径的确定232.6.3 液压油管管壁厚的验算232.7 液压油管道的选择242.7.1 平移液压系统油箱有效容积242.7.2 升降液压系统油箱有效容积243 液压系统性能验算253.1 液压系统压力损失计算253.1.1 平移液压系统压力损失253.1.2 升降液压系统压力损失263.2 液压系统发热温升计算263.2.1 平移液压系统发热温升273.2.2 升降液压系统发热温升274 液压同步控制系统的设计294.1 控制系统294.1.1 电液比例位置控制系统294.1.2 设计方案304.1.3 传感器的选择304.1.4 PLC的选择314.1.5 控制系统I/O分配344.1.6 梯形图编程35结 论41参考文献42致 谢44附 录45绪论单击此处键入1级标题1 绪论1.1 步进式加热炉1.1.1 步进式加热炉概述随着西方资本主义社会在18世纪进入工业革命以来，社会的发展进入到了一个全新的速度。据统计在工业革命以前世界上人均钢铁的使用量是不足5kg。然而，现在的社会发展到人均钢铁拥有量为418kg。越来越多的钢结构出现在社会建设中。所以钢铁一直是现在社会发展的主要材料。甚至一度到了供不应求的状况。这样就促使了钢铁产业的迅速壮大。至2007年，世界钢铁量已经达到了近九亿吨。但是由于技术有限，加上人们对钢铁的运用越加广泛，出现对钢材更多更新的要求。所以钢铁的冶炼技术要不断地改良。1967 年第1 座步进梁式加热炉投产。中国1979年投产的步进梁式炉长为32.5米，生产能力为每小时270顿。步进梁式炉比推钢炉具有许多优点，因而成为新建轧钢厂的首选炉型。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。北京钢铁设计研究总院近20 年设计投产的40 余座步进炉，已遍及热连轧、型钢、棒线材、带钢、无缝管、开坯、锻压等钢厂以及钢带厂，1994年相继投产的太钢、梅山热连轧厂的步进梁式炉，额定产量分别为180 t/ h 和280 t/ h ，重庆钢铁设计研究院为攀钢1450 热连轧厂设计的步进梁式炉，额定产量为150 t/ h ，也在1992 年投产。早期加热炉内部是用一种连续式推钢机，它的作用是将钢锭或钢坯依次推入炉内。在端出料的加热炉中，推钢机可以将加热好的钢坯从加热炉的另一端推出去。在侧出料的加热炉中，推钢机将钢坯推出至出料位置，再由出钢机将钢锭推出去；现在大多数采用的是步进式移动装置。步进式加热炉加热温度均匀，加热时间快，产量高，生产灵活性大，必要时可以将炉内坯料排空。加热时，坯料下表面的水管黑印小，坯料温度均匀，加热的效率也比较高。加热特殊钢材是，能满足对坯料表面质量（氧化、脱碳、划伤等）的高度要求；加热大型板材时，由于板坯温度均匀，有利于减少轧制时的厚度差。所以目前步进式炉在热轧板带车间以及中小型轧钢车间都得到了广泛的应用。 从上世纪50年代起由于步进式加热炉移动装置的出现并且日渐成熟，在许多钢板和小型型钢生产中得到了很好的应用。作为现代冶金行业普遍采用的一种加热炉，他的优点值得我们学习。步进式加热炉的结构A、炉底结构 从炉子的结构看，步进式加热炉分为上加热步进式炉、上下加热步进式炉、双步进梁步进式炉等。 上加热步进式炉顾名思义只有上部有加热装置，固定梁和移动梁是耐热金属制作的，固定炉底是耐火材料砌筑的。这种炉子基本上没有水冷构件，所以热耗较低。这种炉子只能单面加热，一般用于较薄钢坯的加热。 与推钢式加热炉一样，为了满足加热大钢坯的需要，步进式炉也逐步发展了下加热的方式，出现了上下加热的步进式加热炉。这种炉子相当于把推钢式炉的炉底水管改成了固定梁和移动梁。固定梁和移动梁都是用水冷立管支承的。梁也由水冷管构成，外面用耐火可塑性包扎，上面有耐热合金的鞍座式滑轨，类似推钢式加热炉的炉底纵水管。炉底是架空的，可以实现双面加热（步进式炉钢坯与钢坯不是紧靠在一起，中间有空隙，可认为是四面受热）。下加热一般只能用侧烧嘴，因为立柱挡住了端烧嘴火焰的方向，如果要采用端烧嘴，需要改变立柱的结构型式。上加热可以用轴向端烧嘴，也可以用侧烧嘴或炉顶烧嘴供热。考虑到轴向烧嘴火焰沿长度方向的温度分布和各段温度的控制，某些大型步进式炉在上加热各段之间的边界上有明显的炉顶压下，而下加热各段间设有段墙，以免各段之间温度的干扰；因此这样的步进式炉沿炉子长度温度调节有更大的灵活性，如果炉子宽度较大，火焰长度又较短时，可以在炉顶上安装平焰烧嘴。B、传动机构 步进式炉的关键设备是移动梁的传动机构。传动方式分机械传动和液压传动两种。目前广泛采用液压传动的方式。现代大型加热炉的移动梁及上面的钢坯重达数百吨，使用液压传动机构运行稳定，结构简单，运行速度的控制比较准确，占地面积小，设备重量轻，比机械传动有明显的优点。液压传动机构如图2-12所示。图2-12b、图2-12c、图2-12d三种结构型式目前是比较常见的。我国应用较普遍为图2-12c所示的斜块滑轮式。以斜块滑轮式为例说明其动作的原理：步进梁（移动梁）由升降用的下步进梁和进退用的上步梁两部分组成。上步进梁通过辊轮作用在下步进梁上，下步进梁通过倾斜滑块支承在辊子上。上下步进梁分别由两个液压油缸驱动，开始时上步进梁固定不动，上升液压缸驱动下步进梁沿滑块斜面抬高，完成上升运动。然后上升液压缸使下步进梁固定不动，水平液压缸牵动上步进梁沿水平方向前进，前进行程完结时，以同样方式完成下降和后退的动作，结束一个运动周期。 为了避免升降过程中的振动和冲击，在上升和下降及接受钢坯时，步进梁应该中间减速。水平进退时开始与停止也应该考虑缓冲减速，以保证梁的运动平稳，避免钢坯在梁上擦动。办法是用变速油泵改变供油量来调整步进梁的运行速。由于步进式炉很长，上下两面温度差过大，线膨胀的不同会造成大梁的弯曲和隆起。为了解决这个问题，目前一些炉子将大梁分成若干段，各段间留有一定的膨胀间隙，变形虽不能根本避免，但弯曲的程度大为减轻，不致影响炉子的正常工作。C、密封机构 为了保证步进炉活动梁（床）能正常无阻碍地运动，在活动梁（床）和固定梁（床）之间要有足够的缝隙，缝隙一般为25mm或30mm，对步进梁来说则在梁支撑（或水管）穿过炉底部分有保证它运动的足够大的开孔。这些缝隙或开孔的存在虽然是必要的，但也容易吸入冷风，影响加热质量和降低燃料利用率，也可能造成炉气外逸，危害炉底下部设备，对轧钢用步进炉则必须考虑密封问题，目前有两种密封结构，一是滑板式密封，一是水封，前者密封较差，尤其当滑板受热变形后更不能起到密封作用，水封是用得最多的结构，密封效果比较好，水封由水封槽和水封刀两部分组成，分开式和闭式两种结构，开式结构有动床和定床二重水封刀，便于清渣；闭式结构仅有动床水封刀，优点是占用空间小，紧凑。动床端头水封槽的宽度要保证大于动床水平行程的长度，水槽下部开有集渣斗，由炉底缝隙中掉落的氧化铁皮随水流定期放出。这里不得不提到的是，之所以在20世纪50年代才采用（相对于钢铁钢铁行业来说），是因为液压传动本身的特殊才致使其发展较为缓慢。到20世纪初液压传动技术从理论到实际运用才基本成熟。在21世纪液压技术的运用则标志着一个国家基础工业发展水平。在步进式加热炉移动装置液压传动系统中，液压传动作为提供动梁运动的动力源起着至关重要的作用。如何设计高质量的液压装置则直接成为影响钢坯的烧结质量。早期加热炉内部是用一种连续式推钢机，它的作用是将钢锭或钢坯依次推入炉内。在端出料的加热炉中，推钢机可以将加热好的钢坯从加热炉的另一端推出去。在侧出料的加热炉中，推钢机将钢坯推出至出料位置，再由出钢机将钢锭推出去；现在大多数采用的是步进式移动装置。步进式加热炉加热温度均匀，加热时间快，产量高，生产灵活性大，必要时可以将炉内坯料排空。加热时，坯料下表面的水管黑印小，坯料温度均匀，加热的效率也比较高。加热特殊钢材是，能满足对坯料表面质量（氧化、脱碳、划伤等）的高度要求；加热大型板材时，由于板坯温度均匀，有利于减少轧制时的厚度差。所以目前步进式炉在热轧板带车间以及中小型轧钢车间都得到了广泛的应用。加热炉步进式移动装置液压传动系统主要是由动梁和静梁组成。当钢坯被推进加热炉后将其置于静梁上的，此时钢坯开始被加热升温。加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送钢管，钢管之间可以留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦，出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕，钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。全连续、全自动化步进式加热炉。1.1.2 选题背景轧钢厂在热轧钢材时，需要对钢坯进行加热。为了更好的保证钢材表面质量，使钢坯受热均匀，采用了步进加热方式。钢坯在加热过程中其前移为矩形运动；即活动梁上升，将钢坯从固定梁上托起；活动梁前移，使钢坯前步进一次；活动梁下降，将钢坯放在固定梁上；活动梁后退到原始位置完成一个工作循环。步进加热克服了直推式加热时钢坯下表面与支撑梁（固定梁）移动摩擦所产生的表面磨损；同时，克服了直推式的钢坯间相互靠拢的情况，可以使钢坯散开通过炉底，有利于钢坯的加热。由于步进加热独特的优越性，使其在现代冶金工厂得到了广泛的应用。步进式钢坯加热炉产品质量好，热效率高，操作灵活，适用于多种型材坯料的连续式加热。步进式连续加热炉靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。 加热炉炉床由固定梁和步进梁组成。步进梁由双重轮对的多轴框架支撑，外侧走轮由升降缸驱动，从而使步进梁作上升或者下降运动。上层托轮直接托住步进梁，而步进梁直接由另一液压缸带动，可在托轮上作前进和后退运动，从而使步进梁作前进和后退运动。通过缸的操作，使步进梁做矩形迹运动，各段运动的形式可以调节，操作方式可以连续或者手动操作。同一液压油源提供步进梁传动，可以同时或交替动作；并可以逆向运动，用作为倒空炉内钢坯之用。液压传动有着其不可替代的优越性，主要表现在：A、可以获得很大的输出力或力矩，而结构并不复杂；B、可以实现较大范围的无级调速，且可在运行中直接调节；C、易于实现过载保护；D、动作灵敏，启动，停止和换向响应快，冲击小；E、自润滑性能好；F、易于实现通用化，系列化和标准化，设计组装周期短；G、易于实现自动化与智能化与数控技术相结合。本课题的设计内容是设计一个步进式加热炉同步顶升的液压系统。1.1.3 设计目的由于步进炉的特点是步进周期短，运动速度较高，惯性负载大，连续工作，可靠性要求高等，所以根据这些特点系统采用液压控制比较适宜。当今，随着液压机械自动化程度的飞速发展，液压元件应用数量急剧增加，元件小型化，系统集成化是必然的发展趋势。特别是近十年来，液压技术与传感技术，微电子技术紧密结合，出现了许多诸如电液比例控制阀，数字阀，电认伺服液压缸等机（液）电一体化元器件，使液压技术在高压，告诉，大功率，节能高效，低噪声，使用寿命长，高度集成化方面取得了重大进展。所以，随着冶金轧钢工艺自动化程度的不断提高，步进式加热炉以其灵活的加热方式，加热质量好，炉长不受限制，操作方便，易于实现自动控制等优点，被愈来愈多新建的轧钢加热炉采用。液压传动传动因其体积小，负荷大，易于实现机电一体化控制等优势，在步进式加热炉中有广泛的应用。步进式加热炉有着其他加热炉无法比拟的优点，诸如，不拱钢，不粘钢，氧化烧损少，脱碳少，加热时间短，加热操作灵活，易于和轧制节奏相匹配，加热过程中不划伤，炉子长度不受限制（从理论上讲）自动化程度高，易于采用计算机控制等优点。因此尽管步进炉第一次投资费用较高，但是1967年4月由美国德兰公司设计的二面供热的步进梁式炉首先在美国格兰那特城钢铁公司问世以来，接着同年5月由日本中外炉公司为名古屋钢铁厂设计的世界上第二座步进梁式炉又相继投产，以后步进式加热炉在世界上获得了长足的发展。和推钢式连续加热炉相比，步进式炉具有以下优点： （1）加热灵活。在炉长一定的情况下，炉内坯料数目是可变的。而在连续加热炉中则是不可变的，那样加热时间就受到限制。例如炉子产量降低一半时，则 炉内坯料加热时间就会延长一倍，对有些钢种来说这是不利的，而步进炉在炉子小时产量变化的情况下可以通过改变坯料间距离来达到改变或保持加热时间不变的目的。 （2）加热质量好。因为在步进炉内可以使坯料间保留一定的间隙，这样扩大了坯料受热面，加热温度比较均匀，钢坯表面一般没有划伤的情况，两面加热时坯料下表面水管黑印的影响比般推钢式连续加热炉的要小些。 （3）炉长不受限制。对连续加热炉来说炉长受到推钢长度的限制，而步进炉则不受限制。而且对于不利于推钢的细长坯料、圆棒、弯曲坯料等均可在步进炉内加热。 （4）操作方便。改善了劳动条件，在必要时可以将炉内坯料全部或部分退出炉外，开炉时间可缩短；由于不容易粘钢，因此可减轻繁重的体力劳动；和轧机配合比较方便、灵活。 （5）可以准确地控制炉内坯料的位置，便于实现自动化操作。尤其是近10多年来，随着轧钢技术向着连续化，大型化，自动化，多品种，高精度的发展，步进式加热炉为适应工艺的要求，也朝着大型化，多功能，高产，低消耗和操作集成自动化的方向迈进。可以预见，随着液压技术的不断进步，更加高自动化的加热炉会被人们所应用。1.1.4 设计方案步进炉的机械结构采用的是斜坡滚轮式液压传动。水平移动和升降都由液压缸驱动,步进框架下面的滚轮沿斜台面升降。 这种结构有两层框架,下层是提升框架。上层为水平移动框架。在提升框架的上面和下面均安有滚轮,每个下滚轮放在一个斜台面上,上滚轮供平移框架移动用，移动缸通过曲柄连杆和旋转接头与上框架连接,提升缸用旋转接头直接与下框架连接。下框架用斜面辊导向,上框架用水平辊导向。加热炉的步进机构和液压系统主要由双层步进框架，液压缸，液压泵以及各种阀件组成。如图：上一层为行进框架，下一层为升降框架。行进框架是通过支撑辊和辊道落在升降框架上，升降框架也通过支撑辊和辊道落在基础上。当升降框架在在升降液压缸驱动下沿斜轨道左升降运动时，步进梁和行进框架也一起作垂直方向的升降运动，在平移液压缸的驱动下，在水平方向作进退运动，从而完成整个周期循环动作。对液压系统的改进对原有系统中举升液压缸水平拉动动梁上升的部分，可以改为将此液压缸放置在炉底，同时让液压缸与上升滚轮的斜面保持同样的斜度。这样就有效的解决了拉力大，液压缸有杆腔推动无杆腔做大功率运动的情况，同时也减小了液压缸的尺寸，便于设计和安装。步进梁动作如图1所示：图1 步进梁动作示意图步进梁的升降和平移均采用电液比例阀来控制，其优点是控制调整灵活方便，工作平稳。在设计过程中，应该考虑到步进梁平移时可能会产生很大的惯性冲击，实现加速、减速、匀速，从而实现动梁对热坯的轻托、轻放，以及通过加、减速有效降低动梁因运动惯性引起的机械冲击，下降的时候依靠自身自重下降。通过PLC编程设置加减速曲线，既避免了冲击对设备造成的伤害，又提高了系统的定位精度，通过PLC控制达到同步顶升精度要求。步进梁动作轨迹如图2所示：图2 步进梁动作轨迹图28液压系统分析与设计 单击此处键入1级标题2 液压系统分析与设计2.1 运动与负载分析2.1.1 步进式加热炉原始数据步进梁和炉底总质量G=300103kg，其中；行进框架及其以上部分质量G1=200103kg行进框架以下部分质量G2=100103kg炉子总长21.95m，其中；炉底长17.10m步进梁长L=19.20m炉子宽11.00m坯料规格bbl=0.120.129.5m最大升降高度H=H1+H2=0.05+0.05=0.1m最大水平移距S=0.6m辊轮D=0.65m；d=0.16m最大步进钢坯根数4根升降液压缸2个；平移液压缸2个步进周期21s其中：上升4s，前进6.5s，下降4s，后退6.5s支承辊有2排，每排4组，每组上下各有两个辊，一共16个棍2.1.2 步进式加热炉工况速度曲线设计步进式加热炉的工作循环为：步进梁依次为上升，水平前进，下降，水平后退运动。步进炉运动时，上升为两个液压缸顶升，前进后退为两个液压缸，下降靠自重下降。现在对炉底步进梁的动作如图3所示：图3（阴影部分为步进梁）为步进梁从起始位置（后下位）-上升（上升过程中接料）-上升到位（后上位）-前进-前进（前上位）-下降（下降过程中交料）-下降到位（前下位）-后退-后退到位（即起始位置）图3 步进式加热炉炉底机械步进梁的运动过程为了实现对钢坯的轻拿轻放，设计了活动梁托钢坯放钢坯的加减速曲线，这样大大降低了在对钢坯步进的过程中，对坯料所造成的直接冲击。首先，活动梁上升，在1.5s内达到0.05m/s的速度，然后直接减速，在0.5s的时间内减小到速度为0m/s，这样，活动梁达到固定梁面钢坯下，实现无冲击托起钢坯。托起钢坯后，继续加速。在1.5s内达到0.05m/s的速度，然后直接减速，在0.5s的时间范围内速度降为0m/s，达到顶升高度。然后，高度不变，平移缸开始动作。在1.5s的时间内，达到0.12m/s，使步进梁做平移运动。以0.12m/s的速度运行3.5s后，在1.5s的时间内又降到0m/s。平移结束。下降和后退同顶升和前进工况速度相同。步进梁的动作方式有周期方式和踏步方式，周期方式用于运送钢管向前移动，而踏步方式用于等待出钢。步进梁的周期方式：活动梁上升100mm，前进600mm，下降100mm，后退600mm，钢管前进一个齿距。步进式加热炉工况速度曲线如图4：图4 步进式加热炉工况速度曲线2.1.3 计算稳态工作负载1.加热炉整炉加热根数 N=L/b+a=128根；L-步进梁长（19.20m）b-断面边长（0.12m）a-钢坯间隔（0.03m）2.炉内钢坯总质量单根q=rbbl=7.80.120.129.5=1.05103kgr-钢比重（7.8t/m3）b-断面边长（0.12m）l-钢坯长度（9.5m）总质量Q=nq=1281.05103=134103kg3.各工况总稳态载荷W上升工况：H1段未抬起钢坯W=G=300103kg H2段抬起了钢坯W=G+Q=300103+134103=434103kg前进工况：W=G1+Q=200103+134103=334103kg下降工况：同上升工况后退工况：W=G1=200103kg2.1.4 拟定液压原理图步进梁的升降和平移速度均采用电液比例阀来控制，为了使步进梁能在X,Y方向的任意位置上较长时间内可靠地自锁。在进入液压缸的油路上采用了双向液压锁进行长时间的自锁。用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。根据以上要求，反复修改后拟定以下液压系统原理图。图5 步进式加热炉液压系统原理图2.2 液压缸参数及其型号2.2.1 平移液压缸受力分析步进式加热炉在平移运动时候，作用力如图6。图6 步进式加热炉平移运动受力分析由实际工作状态可知，平移液压缸前进工况为受力最大工况因为平移液压缸为2个，所以，计算平移缸最大负载F进MAXF进MAX=(FR+FA) /2；FR-摩擦阻力 FA-惯性力依据表1，选取滚动摩阻系数取0.0510-3(m)表1 滚动摩阻系数材料名称/（mm）软钢-钢0.5铸铁-铸铁0.5轮胎-路面2-10钢质车轮-钢辊道0.05软木-软木1.5所以，最大滚动摩阻力偶矩：Max1=Wg=0.0510-33341039.8=163.66Nm取滚动轴承摩擦系数取0.015所以，滚动轴承摩擦阻力矩：Max2=Wgd/2=0.0153341039.80.16/2=5646.27Nm所以，摩擦阻力为：FR=(Max1+Max2)/D/2=(163.66+5646.27)/0.65/2=17.88KN惯性力：FA=mv/t=3341030.12/1.5=17.82KN所以，平移液压缸最大负载为：F进MAX=(FR+FA)/2=（17.88+17.82）/2=17.85KN2.2.2 初选平移液压系统工作压力因为平移缸最大工作负载经过计算为17.85KN依据液压传动表9-2，9-3；初估液压系统工作压力为4Mpa取液压缸的机械效率取 =0.952.2.3 平移液压缸主要参数及其选取型号液压缸内径D和活塞杆直径d的确定根据表2，确定D/d=2/1表2 液压缸内径与活塞杆直径关系按机床类型选取d/D按液压缸工作压力选取d/D机床类别d/D工作压力P(MPa)d/D磨床、研床0.2-0.320.2-0.3插床、拉床、刨床0.52-50.5-0.58钻、镗、车、铣床0.75-70.62-0.70-70.7P/4D2= F进MAX/式中：P=4Mpa，D/d=2/1解得：D=0.0774m；d=0.0387m依据表3，表4圆整后取值：D=80mm；d=40mm表3 液压缸内径尺寸系列mm（GB2348-80）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250320400500630表4 活塞杆直径系列mm（GB2348-80） 456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400液压缸工作行程的确定因为，平移液压缸执行机构的最大行程为0.6m依据表5选取平移液压缸工作行程为：630mm表5 液压缸活塞行程参数系列mm（GB2348-80）2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000选择液压缸的规格由上述要求，选择液压缸的型号为：Y-HG1-C 80/45660液压缸参数如下：工作压力：6.3Mpa 缸径：80mm 杆径：45mm 最大行程：660mm验算选取液压缸的稳定性当液压缸支撑长度时，须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行验算。液压缸的支撑长度是指活塞杆全部外伸时，液压缸支点与活塞杆前进端连接处之间的距离。 为了保证活塞杆不产生纵向弯曲，满足压杆的稳定，活塞杆的推力与极限力的关系：Fk=nk*F1（N）式中F1-液压缸推力Fk-极限力nk-安全系数，一般取nk=24选用欧拉公式求计算活塞杆的极限临界力：Fk=2EJ/（nL1）2n-系数，与安装形式有关，对于该种安装形式取n=1E-弹性模量，对于钢E=0.21106 N/mm2J-活塞杆断面回转惯量，J=d4/64 （mm4）经计算得出极限力 Fk=956KN此时，ns=Fk/F1=956/17.85=53.56nk,说明此液压缸压杆稳定性是安全的。2.2.4 升降液压缸受力分析步进式加热炉在升降运动时候，作用力如图7。图7 步进式加热炉升降运动受力分析受力最大工况在H2段，即托起钢以后的工况；计算升降缸最大负载F升MAXH2段抬起钢管的稳态载荷为：W=G+Q=300103+134103=434103kg行进框架及其以上部分载荷为：W=G1+Q=334103kg行进框架以下部分载荷为：W=G2=100103kg升降液压缸为2个；计算升降缸最大负载F升MAXF升MAX=(F稳+FR+FA ) /2 F稳-升降液压缸稳态负载；FR-摩擦阻力；FA-惯性力；稳态负载F稳F稳=Wgsin=(G+Q)gsin=4341039.8sin12=884.29KN惯性力FAFA=FA1sin+FA2；FA1-上辊轮与行进框架相对运动时的惯性力；FA1=Wv/t=(G1+Q)v/t=3340.05/1.5=11.13KNFA2-下辊轮与斜面相对运动时的惯性力；FA2=Wv/sin/t=G2v/sin/t=1000.05/sin12/1.5=16.67KN所以惯性力为：FA=FA1sin+FA2=11.13sin12+16.67=18.98KN摩擦阻力FRFR=FR1cos+FR2；FR1-上辊轮与行进框架相对运动时摩擦阻力；滚动摩阻系数取0.0510-3；W=(G1+Q)g+ FA1=3349.8+11.13=3284.33KN最大滚动摩阻力偶矩：Max1=W=0.0510-33284.33103=164.22Nm滚动轴承摩擦系数取0.015滚动轴承摩擦阻力矩：Max2=Wd/2=0.0153284.331030.16/2=5665.47NmFR1=(Max1+Max2)/D/2=(164.22+5665.47)/0.65/2=17.94KNFR2-下辊轮与斜面相对运动时摩擦阻力；滚动摩阻系数取0.0510-3；W=(G+Q)g+FA1cos=(4349.8+11.13)cos12=4171.14KN最大滚动摩阻力偶矩：Max1=W=0.0510-34171.14103=208.56Nm滚动轴承摩擦系数取0.015滚动轴承摩擦阻力矩：Max2=Wd/2=0.0154171.141030.16/2=7195.22NmFR2=(Max1+Max2)/D/2=(208.56+7195.22)/0.65/2=22.78KN所以摩擦阻力为：FR=FR1cos+FR2=17.94cos12+22.78=40.33KN因为升降液压缸为2个；计算升降缸最大负载F升MAXFMAX=(F稳+FR+FA) /2=(884.29+40.33+18.98)/2=471.8KN2.2.5 初选升降液压系统工作压力因为升降液压缸的最大工作负载经过计算为471.8KN依据上图液压传动表9-2，9-3；初估液压系统工作压力为20Mpa液压缸的机械效率取 =0.952.2.6 升降液压缸主要参数及其选取型号液压缸内径D和活塞杆直径d的确定P/4D2=FMAX/；P=20Mpa，d/D=0.7解得：D=0.1779m；d=0.1245m依据上表3，表4圆整后取值：D=180mm；d=125mm液压缸工作行程的确定升降液压缸执行机构的最大行程为0.1/sin12=0.5m依据表5选取升降液压缸工作行程为：500mm选择液压缸的规格由上述要求，选择液压缸的型号为：CD250B/180/125-600A液压缸参数如下：缸径：180mm 杆径：125mm 工作压力：25Mpa 最大行程：600mm当液压缸支撑长度时，须考虑活塞杆弯曲稳定性并进行验算。液压缸的支撑长度是指活塞杆全部外伸时，液压缸支点与活塞杆前进端连接处之间的距离。显而可见，选择的此升降液压缸支撑长