毕业设计（论文）-φ35m环形加热炉炉底机械设计.doc

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明 题 目：35m 环形加热炉炉底机械设计 学生姓名： 学 号：200540401337 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 20053 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） I 35m35m 环形加热炉炉底机械设计环形加热炉炉底机械设计 摘要摘要 本次设计是关于环形加热炉炉底机械的设计，主要对炉底的内外支承辊的结构进行本次设计是关于环形加热炉炉底机械的设计，主要对炉底的内外支承辊的结构进行 设计和受力分析，对传动系统的选型及设计进行设计计算。设计和受力分析，对传动系统的选型及设计进行设计计算。 前半部分主要是传动系统的选型及炉底的中心定位，该加热炉的加热形式主要是通过前半部分主要是传动系统的选型及炉底的中心定位，该加热炉的加热形式主要是通过 炉底的转动对钢坯进行分段加热。在该结构中通过液压马达提供动力，销齿轮进行传炉底的转动对钢坯进行分段加热。在该结构中通过液压马达提供动力，销齿轮进行传 动，为加热炉加热钢坯提供转矩。该结构具有对钢坯加热均匀、可以根据要求调节钢动，为加热炉加热钢坯提供转矩。该结构具有对钢坯加热均匀、可以根据要求调节钢 坯的布料方式、产量大等优点。主传动系统选用液压马达、三级减速器、末级销齿轮坯的布料方式、产量大等优点。主传动系统选用液压马达、三级减速器、末级销齿轮 带动炉底进行转动。并精确校核销齿轮、轴承确保设计的实用性。带动炉底进行转动。并精确校核销齿轮、轴承确保设计的实用性。 下半部分详细细阐了炉底机械的传动系统的设计。驱动系统选用下半部分详细细阐了炉底机械的传动系统的设计。驱动系统选用 A2F125W3S3A2F125W3S3 液压传动，液压传动， 这样可以保证传动的稳定性。这样可以保证传动的稳定性。 关键词：加热炉关键词：加热炉 ； 受力分析受力分析 ； 支承辊支承辊 ； 传动系统传动系统 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） II Furnace bottom ring 35m mechanical design Abstract The furnace design is on the bottom ringof the mechanical design, mainly on the bottom of the structure both inside and outside the roller bearing design and stress analysis of the selection and design of transmission system design calculation. Mainly the first half of the drive system and the selection of the center of the bottom position, the heating furnace is mainly made through the bottom of the rotation to sub-slab heating. In the structure of power through the hydraulic motor, to drive sales of gear for the billet heating furnace to provide torque. The structure of uniform heating of the billet, steel billet in accordance with the requirements of the fabric-conditioning methods, yield advantages. Hydraulic motor main drive system of choice, three-speed reducer, gear drive sales at the end of class to rotate the bottom. And accurate to write off the school gears, bearings to ensure the practicality of the design. Detail the second half of the bottom illustrates the design of mechanical drive system. A2F125W3S3 optional hydraulic drive system drive, this can guarantee the stability of transmission. 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） III Keywords: Furnace; stress analysis; bearing roller; transmission 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IV 目 录 35m 环形加热炉炉底机械设计.I 第一章 概述.1 1.1 加热炉简介.1 1.1.1 环型加热炉的结构.2 1.1.2 环型加热炉的工作过程.2 1.2 钢钢加热炉的发展趋势.3 1.3 钢管加热的目的.5 1.4 钢管的生产工艺.5 1.5 本次设计的专题部分.6 第二章 炉底机械的总体设计.8 2.1 概述.8 2.2 炉底机械的主要技术要求.8 2.3 炉底机械的机构的设计.8 2.3.1 炉底钢结构.9 2.3.2 支承辊的设计.10 2.3.3 定心辊的设计.10 2.3.4 传动机构的设计.11 第三章 总体方案设计及优选.12 3.1 方案简述.12 3.2 方案的确定.14 3.3 本章小结.15 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） V 第四章 传动装置的选择.16 4.1 驱动装置的选择.16 4.2 传动方案的分析.17 4.2.1 带、链传动.17 4.2.2 齿轮传动.17 4.3 本章小结.18 第五章 炉底中心定位.19 5.1 主要设计参数的设计计算.19 5.1.1 给定参数：.19 5.1.2 初设出料频率.20 5.2 支承辊的设计计算及强度校核.21 5.2.1 支承辊的设计.21 5.2.2 支撑辊的强度校核.23 5.3 定心辊的设计计算及强度计算.26 5.3.1 定心辊的受力分析.26 5.3.2 液压缸的选择.26 5.3.3 轴的选择及强度校核.27 5.3.4 定心辊支座的设计.29 第六章 液压元件及其附件的设计.31 6.1 液压马达的选择.31 6.1.1 液压马达的功率计算.31 6.1.2 液压马达的选择.32 6.1.3 对液压马达的控制方式进行选择.33 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） VI 6.2 减速器的选择.34 6.3 缓冲装置的选择.36 6.4 销齿传动装置的选择.37 6.4.1 销齿传动的工作原理.37 6.4.2 销齿的设计.37 参考文献.40 结束语.41 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 第一章第一章 概述概述 1.1 加热炉简介加热炉简介 加热炉机械,主要用来完成各种坯料的输送和加热.如按功用可分为三种:上料机械,炉 子机械和出料机械.而加热炉又有连续式加热炉,步进式加热炉和转底式加热炉。转底 式加热炉 炉身固定，炉底转动，放置在炉底上的料坯随炉底转动由进料口移送到 出料口。根据炉底的形状，转底式加热炉可分为环形炉和盘形炉两种，冶金厂轧钢 车间多用环形炉。这种炉子适于加热不能用推钢和步进方式运送的物料，如圆坯、 车轮和轮箍坯、模锻前的异形坯以及品种多和长短不一的料坯等。缺点是炉底面积 利用率低，炉底单位面积产量通常约为350400/(m.h)。 .在本次设计中主要研究的是环形加热炉.环形加热炉的应用早在三十年代就已开始,经 过几十年的生产实践,环形炉机械已日臻完善 环形加热炉是借炉底的旋转，使放置在炉底上的坯料在炉内山装料口移动到 料口的一种机械化炉子。根据炉底形状，转底式炉可分为环形炉与盘形炉两种。 旋转炉底与炉墙之间的缝隙以水密封。由于内外环缝大小不同，炉底中心与炉膛 中心是不一致的。目前为止环形炉尺寸以炉膛平均直径乘以炉膛内宽来表示，盘 形炉按炉膛内径表示。 坯料的装炉与出炉由两台专用的装出料机进行，在装出料不频繁的情况下， 可只用一台装出料机。 环形炉一般用于要求加热温度比较均匀的坯料和无法在其他机械化炉底加热 的异形坯，如扎管车间管坯加热；车轮和轮箍坯的加热与处理；模段前异形坯加 热等。另外，规格品种较多；长短不一加热制度变化较大的钢料的加热与热处理 以及钢锭的段前加热等也常用环形炉。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 盘形炉可用于扎管车间穿孔机后的再加热和段前加热等。这种炉子炉内各处温度相差 不大，相当于一个能连续装出料的室内炉。有的炉子没有内环墙；有的炉子在炉底上 砌有与炉底一起旋转的烟道，以控制气流方向 1.1.1 环型加热炉的结构环型加热炉的结构 环型加热炉由转动炉底和固定炉墙、炉顶组成。整个环型加热炉看起来为一 个立体的圆环。沿炉子圆周方向可分为几个段，如预热段、一加热段、二加热段、 均热段、清渣段等。段与段之间用隔墙隔开，有些段采用水冷隔墙。炉底和炉墙 之间的环缝采用水封以防止热量和烟气散出。 预热段 ：不安烧嘴只靠炉内烟气对管坯加热，起到节能降耗的作用。 一加热段：开始安装烧嘴，是供热的主要段，也是提高产量的主要段。 二加热段：是供热的主要段，也是提高质量的主要段。 均热段 ：在这段里最大限度地消除管坯表面和中心的温度差，提高管坯的加热质 量。 清渣段 ：没有坯料，供清渣用。 环型加热炉一般由混合煤气、天然气等可燃气体供热，各段供热可以单独进行控 制。烧嘴均安装在内外环墙上。由于环型加热炉是高温连续加热炉，因此出炉温 度较高，为节约能源，一般在烟道内装有空气和煤气预热装置。 环型加热炉的炉底一般由若干电机驱动，目前均实现变频调速控制。另外，装料 和卸料由电机驱动的小车完成。 1.1.2 环型加热炉的工作过程环型加热炉的工作过程 环型加热炉的管坯料为圆柱状，一般沿径向布置如图 1-1。正常工作时炉底 按一定速度旋转，每转动一个料位便停一下，在停止转动的时间内完成向一个料 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 位装料并从出料口卸下一根坯料给轧钢机。然后，炉底继续旋转，如此连续不断 地运行。在炉底旋转一周后，坯料刚好经过预热段、一加热段、二加热段、均热 段完成对坯料的均匀加热最后被送出加热炉。而燃料和助燃空气则经各段烧嘴喷 入炉膛燃烧，废气经烟道排出烟囱。 图 1-1 环形加热炉的布料图 1.2 钢钢加热炉的发展趋势钢钢加热炉的发展趋势 目前国内已有数以百计的工业加热炉实现了计算机控制，取得了高产，优质，低 耗和少污染的效果。工业加热炉进行计算控制的第一步：是实现给定炉温和给定空气 系数的燃烧控制，其核心是燃烧流量控制和空燃比例的控制，其手段是在给定炉温的 要求下，自动控制燃料的流量的多少和燃料流量与空气流量的比例的大小，其方法有： 燃烧和空气流量测量法，烟气残氧分析反馈法，自寻优控制法和专家系统。进一步提 高是：用数学模型进行优化控制，优化工业陆的温热制度，即找到最佳的炉温控制和 供热制度。数学模型可以用理论方法确立，也可以根据实验数据或生产数据经过数学 处理得到。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 工业加热炉对工业加热炉总的要求是：高产，优质，低消耗和少污染，阻碍工业 加热炉发展的原因是目前工业加热炉对上述要求存在着下列些矛盾新理论的产生和建 立就是要解决这些矛盾工业加热炉才能快速地发展。 加热产量与质量的矛盾：要提高工业加热炉的产量就必须提高整个工业炉的温度 水平，重点是炉子的加热段(对连续式炉为加热段,对间歇式炉为加热期)的温度水平， 这就很容易产生质量问题，如氧化烧损增加，形成过热和过烧,，甚至烧化和烧毁而造 成废品等，这就与加热质量产生矛盾。从另一方面来说，为了提高加热质量减小表面 和中心的温差和提高整个的温度均匀性,必需延长连续式均热段的长度(对间歇炉为均 热期的时间)，也就减少了炉子的产量造成与产量的矛盾。加热产量与低消耗的矛盾： 在提高整个工业炉的温度水平，增加产量的同时，必然要增大热负荷，导致提高烟气 的排出温度，增加烟气带走的热损失。提高整个工业炉的温度水平后，也会使炉衬的 蓄热和散热热损失的增加，这些结果都会使燃耗增加，这就与低消耗产生了矛盾。 加 热质量与低消耗的矛盾：要提高工业加热炉产品的质量，减少加热材料的断面温差和 提高整体温度的均匀性，就必须延长连续式的均热段的长度（对间歇炉为均热期的时 间），这必然会增加工业加热炉的燃料消耗量和降低工业加热炉的生产量，也就使加 热质量和低消耗产生了矛盾。加热产量与污染的矛盾：提高工业加热炉的产量后，必 然会过多的增加燃料供给量，导致燃烧器的超负荷运行，燃烧更加不完全，排出的烟 气含量也随之增加，使温室气体二氧化碳，有毒气体一氧化碳，腐蚀性气体氧化氮， 有害微粒碳黑和粉尘等排放量都增加了，造成产量提高对环境污染增加的矛盾。这些 矛盾都产生于目前工业加热炉采用的是：连续式加热炉的低温预热短（对间歇炉为低 温预热期）实行慢速加热，或者用烟气的余热来慢速加热（连续式加热炉）。这是不 合理的，因为低碳钢等材料，在低温时吸热能力很强，加热的温差可以很大，不会导 致产生裂纹和变形等缺陷，所以可以快速加热。而在高温时，吸热能力很弱，加热的 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 温差只能很小，如果采用过高的炉温很同意产生过热，过烧和烧毁等次品，所以只能 慢速加热。而合理的是：在连续式加热炉低温预热段（对间歇炉为低温预热期）实行 快速加热，或者将预热段也变成加热段（连续式加热炉），或者用提高炉温来快速加 热（间歇式加热炉）；在连续式加热炉的均热段（对间歇式炉为均热期）实行慢速加 热，或者延长均热段长度来慢速加热（连续式加热炉），或者用降低热负荷来慢速加 热（间歇式加热炉）。 这些原则就是“高炉温，高烟温，高余热回收和低炉子惰性”（三高一低理论） 提出的根据，可以使工业加热炉实现：高产，优质，低消耗和少污染的要求。 1.3 钢管加热的目的钢管加热的目的 1.钢的退火 将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火 是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火 的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学 性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性 广告位展示，改善切削加工 性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序 作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。 2.钢的正火 正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中 自冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶 格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。 3.钢的淬火 淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其 温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡 组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。 1.4 钢管的生产工艺钢管的生产工艺 1.热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯 加热穿孔三辊斜轧、连轧或挤压 脱 管定径（或减径） 冷却矫直水压试验（或探伤） 标记入库 。如图 1 -2 轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1 米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为12 00 摄氏度。燃料为氢气或乙炔。炉内温度控制是关键性的问题.圆管坯出炉后要 经过压力穿孔机进行穿空。一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产 效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。穿孔后，圆管坯就先后被三 辊斜轧、连轧或挤压。挤压后要脱管定径。定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打 孔，形成钢管。钢管内径由定径机钻头的外径长度来确定。钢管经定径后，进入冷 却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，就要被矫直。钢管经矫直后由传送带送至 金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被 探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规 格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。 2.冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯 加热穿孔打头退火酸洗涂油（ 镀铜）多道次冷拔（冷轧） 坯管热处理矫直水压试验（探伤） 标记 入库 无缝钢管因其制造工艺不同，又分为热轧（挤压）无缝钢管和冷拔（轧）无缝 钢管两种。冷拔（轧）管又分为圆形管和异形管两种。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 图 1-2 钢管的生产工艺 1.5 本次设计的专题部分本次设计的专题部分 本次设计是针对无缝厂的 35m 加热炉炉底机械的专项设计 35m 环形加热炉是包钢集团无缝钢管厂生产工艺流程中的一个重要设备，无缝钢 管厂主要生产工艺路线:管坯锯管坯加热穿孔机连轧机脱管机再加热炉定 径机冷床管排锯矫直机控伤倒棱热处理包装发行:管坯锯断以后，再将 断坯送入至加热炉，即装料，然后在加热炉里加热至合适温度，使得管坯比较适合穿 孔的情况下出料，本次设计就是针对其炉底结构进行的一个专项设计。 本次设计主要是根据设计的给定要求的参数，利用我们所学专业相关知识以及别图 相关知识设计。设计合理的炉底机械，完成主要部件框架的组合设计以及部分零件的 强度校核，并计算各寿命预算，最后画出装配图及零件图。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8 第二章第二章 炉底机械的总体设计炉底机械的总体设计 2.1 概述概述 本次设计的主要为环形加热炉炉底机械环形炉事一种连续生产的炉子，机械化的 炉底围绕炉子中心旋转。坯料由装料门装炉底上，随着炉底的旋转，坯料经过预热， 加热和均热后从出料炉门出料。炉底机械涉及力学，机械学，电气液压技术学科领域， 是一门跨学科综合技术 在工业生产自动化的发展中, 为把坯料加热到规定温度和更好的节约能源，学习掌 握有关炉底机械方面的基础知识和理论是十分必要的.为此,以下将着重介绍炉底机械 有关的基本知识. 2.2 炉底机械的主要技术要求炉底机械的主要技术要求 炉底机械的技术要求很多，下面主要介绍一些和本次设计有关的要求。 （1） 炉底尺寸： 即缺点加热炉的加热能力的重要指标。加热炉的直径越大，则加热的钢坯的数 目则越多。大型加热炉的直径一般选用 25 米到 40 米。 （2）炉底的转速： 是指加热炉在加热过程中炉底的转动速度，炉底的快慢直接影响管坯的加热时 间，所以加热炉的炉底转速一般不能太高，应该保证钢坯有足够加热时间 2.3 炉底机械的机构的设计炉底机械的机构的设计 炉底机械主要包括：炉底钢结构，内外支承辊、定心辊和传动机构等组成。炉底 机械对于坯料的加热起到很重要的作用，根据坯料的加热要求和装出料要求对炉底进 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9 行设计。炉底机械是环形加热炉最主要的设备，用以支撑并带动由装料机送入炉内的 冷坯并使其在炉内旋转一周加热到要求的温度。炉底机械主要由炉底支撑、上炉盘、 炉底传动装置、内支撑辊、外支撑辊、定心辊、内外水封刀等组成。定心辊在子内环， 传动装置在炉子外环，因此传动装置、支撑辊、定心辊及它们的轨道均布置在炉底内 外两侧，有利于设备的更换和维护。 2.3.1 炉底钢结构炉底钢结构 炉底机械主要包括：炉底钢结构，内外支承辊、定心辊和传动机构等组成。炉底 机械对于坯料的加热起到很重要的作用，根据坯料的加热要求和装出料要求对炉底进 行设计。炉底机械是环形加热炉最主要的设备，用以支撑并带动由装料机送入炉内的 冷坯并使其在炉内旋转一周加热到要求的温度。炉底机械主要由炉底支撑、上炉盘、 炉底传动装置、内支撑辊、外支撑辊、定心辊、内外水封刀等组成。定心辊在子内环， 传动装置在炉子外环，因此传动装置、支撑辊、定心辊及它们的轨道均布置在炉底内 外两侧，有利于设备的更换和维护。 炉底钢结构上环设计 上环由互相连接的扇形组成如图 2-1, 这些扇形部分自由的放置在作承重结构的下 层上,它主要承托耐火砖、氧化铁皮和坯料。其内外圈固定有弧角板和水封刀。弧角板 挡住炉底上环上的耐火砖不塌落，其材质一般采用耐热铸铁。水封刀插入水封槽中， 起密封作用，设计中应注意接缝处的结构，防止火焰从缝隙里窜到炉底下部，烘烤钢 结构而发生变形 为了保证环形炉底的正常运转，对炉底钢结构的制造和安装尺寸有公差要求。 35 环形炉要求公差为：上下内环外半径公差为7.5 毫米；上下表面水平公差为3 毫米；下支承辊轨面水平公差为0.5 毫米；下环定心轨面半径公差为2.5 毫。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10 2.3.2 支承辊的设计支承辊的设计 支承辊的功能是承托炉底全部负荷，并根据轮压进行设计，支承辊下部有调高机 构和不设置调高机构。 支承辊的结构形式如图 2-2、2-3 所示。图 2-2 的支撑辊底座上有一个斜面转动调 整螺栓可以使滑座移动，改变辊面的高度，以便调整支撑辊的之间的水平度。检修辊 子时可将滑座向下移动，使辊子脱离支承轨，然后将轴挡取下，就能将辊子严水平方 向取出。图 2-3 的支撑辊和定心辊共用一个整体支座，支撑辊不能上下移动。为了检 修时拆下辊子，设计时将安装在炉底钢结构下面的支撑轨，做成有一小段能在两个支 撑辊之间卸下。转动炉底， 把这一段没有支撑轨的部分转到需要拆卸的支撑辊位置， 就能取下轴挡，将辊子沿水平方向拆卸. 图 2-2 支承辊 1-调整螺栓 2-滑座 3-底座 2.3.3 定心辊的设计定心辊的设计 定心辊的功能是防止炉底下环跑偏，结构形式有前进后退瘫痪式和杠杆摇摆液压 缸式等形式。定心辊安装在炉底下环内侧，数量根据直径大小确定。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 支承辊和定心辊安装的准确程度直接影响炉底运转的平稳性。 2.3.4 传动机构的设计传动机构的设计 机械传动时用圆锥小齿轮和齿轮传动，传动装置有的为 13 台，但设计时按只有 其中一台传动的情况设计。炉底转角一般用主令电器控制，便于调节，因而容易满足 炉料变化时调整炉底布料角度的要求。例如当采用 3 台传动装置时，3 台主令电器可调 整为三种布料角度，在操作室用转换开关就能选择其中的一种角度。炉底需要倒转时 只要电机倒转即可。机械传动的缺点是设备重量大，齿圈制作安装要求高，机械传动 装置要有安全装置和安全销等，以免因炉底卡住时损坏传动机构。 液压传动机构如图 2-5 所示，其控制系统如图所示。液压缸的工作行程是可以调 整的，但每次行程不得小于一个齿距，所以液压传动时炉底转角只能以最小转角的倍 数变化。要求炉底倒转时，需要松开推杆 4 的定位螺钉，然后推杆旋转 180 度才能使 炉底倒转。 图 2-5 液压传动系统 1- 电动机；2-叶片泵；3-单向阀；4-滤油器； 5-流安全阀；6-调整节流阀；7-压力表； 8-电磁换向阀 ；9-截止阀 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 第三章第三章 总体方案设计及优选总体方案设计及优选 3.1 方案简述方案简述 方案一 加热炉采用环形加热炉。 环形加热炉， 炉身固定，炉底转动，放置在炉底上的料坯随炉底转动由进料 口移送到出料口。根据炉底的形状，转底式加热炉可分为环形炉和盘形炉两种，冶 金厂轧钢车间多用环形炉。 环形加热炉底优点：能够加热其他加热炉不能加热的异性坯料和加热制度变化 较大的坯料，而且加热出的坯料温度均匀。 缺点： （1）占地面积太大，厂房布置困难。 （2）装出料门之间距离较近，备料和装料区域面积受到限制，操作部方便。 （3）加热炉一经建成，改建困难。 （4）炉底面积利用较差。 方案二 加热炉采用推钢式连续加热炉。 推钢式连续加热炉 靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。料坯在炉底或 在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底 水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。为减小水冷滑轨造成的料坯下部的 “黑印”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的 “热滑轨”。 方案三 加热炉采用步进式加热炉 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 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 料坯一步一步地移送前进的连续加热炉 如图 3-1。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。轧钢用加 热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。70 年 代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。同推钢式炉相比，它的 优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆 开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度 不受这些因素的限制。 步进式连续加热炉 的优点： （1） 钢坯靠步进梁的运动在炉内通过，因此钢坯之间可以留出间隙，不会产 生粘结；钢坯之间空出一定的间隙，还能缩短加热时间，对氧化、 脱碳要求严格的钢坯，还因缩短在路时间而能减少氧化和脱碳。 图 3-1 上下加热步进式炉示意图 1- 步进梁；2-固定梁 3-连杆；4-用液压缸； 5-平移用液压缸； 6-烧嘴 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 （2） 钢坯和步进梁之间没有摩擦， 钢坯表面在加热过程中产生划伤。 （3） 外形不太规整和厚薄不同的钢坯在装炉时不受限制。 3.2 方案的确定方案的确定 对比三个方案进行比较： 为了适当的选择加热炉的炉型，我们先看看加热炉所加热的钢坯材料对加热炉 的要求。 坯料的加热条件为 1280 度、和坯料在炉内的分布方式、坯料需要均匀加热且加热 时间短等要求，我们选择环形加热炉。 环形加热炉与其他两个炉子比较有下列优点： 1. 可以加热推钢式连续加热炉和步进式炉所不能加热的异形坯料。 2. 可以根据需要改变坯料在炉内的分布，从而改变加热制度，在生产中有较 大的灵活性。对于品种多、加热制度复杂的合金钢尤为突出。 3. 坯料在整个加热过程中，随炉底一起转动，不需抜钢或翻钢操作，与炉底 没有摩擦和震动，钢坯氧化铁皮不易掉落。同时除装出料门外，没有其他 开口，冷空气不易渗入，因此这种炉子氧化烧损较少。 4. 坯料在炉底上相互间隔放置，三面受热，加热时间短，温度均匀，没有水 冷“黑印” ，加热质量较好。 5. 与推钢式加热炉比较，炉子容易排空，可避免钢坯在炉内长期停留，同时 便于更换钢坯规格。 6. 转底炉的机械化自动化程度较高，装料出料与坯料在炉内运送均可自动运 行。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 3.3 本章小结本章小结 在工业中选择一个适合钢坯加热条件的加热炉非常重要，而对于无缝钢管的加热一 般都用环形加热炉。这样既能节省能源，又能保证加热出的钢坯达到要求。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 第四章第四章 传动装置的选择传动装置的选择 4.1 驱动装置的选择驱动装置的选择 环形加热炉的驱动装置一般分为机械传动和液压传动两种。 机械传动就是环形加热炉的转动能量直接由电动机为传出转矩。液压传动即通过 液压马达为炉底机械提供动能。 机械传动的是设备重量大，齿圈制作安装要求高，机械传动装置要有安全装置和安全 销等，以免因炉底卡住时损坏传动机构。 液压系统响应速度快，控制精度高，控制灵活性大，能量损耗小，自动化程度高，系 统工作性能稳定；采用比例控制可以使液压缸或马达的起动和停止由于速度的改变而 产生的冲击降到最低，实现运动速度变化的平稳过渡；压力控制回路可以实现系统的 的加载、卸载和液压马达的安全工作，并能在过压状态下溢流或控制泵用电机断电， 以保护整个系统不致因事故而遭致破坏。所以液压马达比例控制方式正成为环形加热 炉炉底机械控制方式的首选.在液压马达控制方式中，环形加热炉炉底机械通常采用均 布在炉子周围上的3或4套液压马达传动装置驱动。液压传动装置是由低转速大扭矩液 压马达、减速机、小齿轮、柱销齿轮等组成，而这个减速机的减速比一般只有200左右， 因而单台液压马达驱动的转动惯量小，系统响应速度高。通过液压系统控制可以实现 几台液压马达同步驱动，也可在l台检修时由其余的液压马达完成炉底的运转。检修时 液压马达通过导轨脱离工作位置，能在线维修。 另外，装、出料机的升降和夹紧，装、出料炉门开闭等设备也需要液压控制，那 么在非闭式回路控制方式下，它们可以和马达共用一个液压泵站来供油。为避免因油 液可压缩性引起液压系统动作响应滞后，尽量将液压控制阀台布置在靠近液压缸和液 压马达的地方，同时也减少了液压配管数量。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 由以上分析液压传动在大型加热炉的驱动中有机械传动所不具有的优点，所以本 次设计驱动装置选用液压马达传动。 4.2 传动方案的分析传动方案的分析 一般的机械传动方式分文带、链传动和齿轮传动两种方式。 4.2.1 带、链传动带、链传动 由驱动装置的转矩通过传动带、链传入减速器直接传入主动轴。如图 4.1 所示。 图 4.1 这种传动的特点： (1)传动带有良好的缓冲消震能力，工作平稳，没有噪音。 (2)过载时，传动带在带轮上打滑，可以避免损坏其它机件，起着保险装置的作用。 (3)适用于动力机和工作机分离较远的远距离传动。 (4)结构简单，价格低廉，维护方便。 传动带、链在使用过程中有被拉长的缺点，并容易被酸、碱、油腐蚀，传动带和带 轮之间摩擦放电，有时会产生火花，在和汽油蒸汽或粮食粉尘接触时，应特别当心引 起火灾。 4.2.2 齿轮传动齿轮传动 驱动装置传出的扭矩通过一个有保护作用的联轴器，传入一个有分配传动比的减 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 速器，然后通过联轴器传入开式齿轮副，进入炉底机械的传动。如图 4-2 所示。 图 4-2 1)效率高。 在常用的液压传动中，以齿轮传动效率为最高，闭式传动效率为 96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。 2)结构紧凑。 比带、链传动所需的空间尺寸小。 3)传动比稳定。 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应 用，正是由于其具有这一特点。 4)工作可靠、寿命长。 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分 可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。 而齿轮传动中的销齿传动更是具有传动转矩大、结构简单、加工容易、造价低、拆修 方便等优点。 传动系统的确定 鉴于上节的分析，因为环形加热炉属于低速、重载的大型机械设备，而且炉底本身占 地面积大，所以要求其他机械要具有结构紧凑的特点。 4.3 本章小结本章小结 收集资料对各种运动方式进行分析，在结合炉底机械的运动特点和工作的可靠性， 最后主驱动装置采用液压驱动方式，传动装置采用销齿传动。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 第五章第五章 炉底中心定位炉底中心定位 5.1 主要设计参数的设计计算主要设计参数的设计计算 5.1.1 给定参数：给定参数： 料坯规格: 180mm 管坯: l1=1.54.5m m1=893.3Kg 270mm 管坯: l2=1.34.36m m2=2030 Kg 炉膛排列管坯数 252 炉底转速 0.05747r/min 液压系统工作压力为 12.5MPa 表 5-1 环形加热炉炉膛尺寸、布料数据及主要性能 直径 1301