步进炉出钢机机械结构设计与分析【字数：15761】
摘 要论文首先对出钢机设备的种类和结构进行了了解，通过对典型出钢机形式的比对，最终选择设计用液压进行横向驱动的摩擦式出钢机并对其工作原理进行了说明。在出钢机的结构设计中，先对设备的主推动系统进行了设计，其中就包括电动机和减速器的计算和选型、联轴器的选择、摩擦辊轮的设计等，同时也对推杆进行了通水冷却的设计，又对出钢机的水平横移系统进行了设计计算。最后对推杆进行了必要的优化分析来检验设备的可靠性。
目录
1. 绪论 1
1.1 出钢机概况 1
1.2 课题的目的及意义 3
2 出钢机方案设定 4
2.1 出钢方式的确定 4
2.2 出钢机结构及工作原理 5
2.3出钢机的方案选定及原因 5
3 主推动系统的设计 7
3.1推杆推力的计算 7
3.2 电动机的选择 7
3.3减速器的选择 9
3.4 制动器的选择 10
3.5 联轴器的选择 11
3.6 推杆的设计 13
3.7 摩擦辊的设计 17
3.8 支座的设计 21
4 横移部分的设计 30
4.1移动车轮的设计 30
4.2 液压系统的设计 32
4.3 系统的验算 42
5 出钢机的稳定性分析 45
5.1 推杆的稳定性simulation分析 45
5.2 推杆的热应力simulation分析 48
6 总结 50
参考文献 51
致谢 52
1. 绪论
1.1 出钢机概况
1.1.1 出钢机的类别
出钢机是一种将加热炉内的坯件通过自身的机械机构将其运送到加热炉外的输送辊道或指定的位置。坯料通过升降式的方法进行出炉和通过推杆推送式的方法出炉的形式，可以把出钢机分为高位出钢机和低位出钢机。我国目前多数的工厂都是用的低位出钢的形式，只有少部分企业采用的是高位出料的方式。低位出钢机一般就是以推钢的方式将钢坯推送出炉，高位出钢机则是以叉车和起重组合的形式，将钢坯托送出炉。两种形式的出钢机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
机械结构均是不同的也都有着各自的特点。
出钢机按照他们的动力类型又可以分为是机械驱动型和液压驱动型。机械型的动力驱动包括了很多，其中就有摩擦式驱动，齿轮齿条驱动以及钢丝滚筒式的等的出钢机；而液压动力驱动就主要是使用液压缸进行推动工作构件，从而达到工作的目的。
以下分别为一种机械型和一种液压型出钢机的结构形式
图1.1为齿条式出钢机：
/
图1.1 齿轮齿条式出钢机
其工作特点：采用齿轮齿条作为驱动牵引，达到设备左右平移，推动部分采用摩擦辊轮进行传动。具有能够较好地进行动力传输，工作稳定，能够进行大范围的移动等特点。
图1.2为液压出钢机：
/
图1.2 液压出钢机
其工作特点：
（1）用液压系统进行驱动，在工作时能够稳定，无冲击震动运行，所以较以前的一些机型，其安装要求更低，并且安装便捷，费时短。
（2）传动元件是液压缸，与两根导向杆相配合。能够承受较大载荷，也能够调节推力大小，在使用时易损坏的密封圈的成本便宜，也容易拆装等。
1.1.2 出钢机的研究现状与发展趋势
一般的出钢机为侧出钢式出钢机，即低位出钢机。2005年，马鞍山钢铁股份有限公司生产运用了第一台板坯高位出钢机。这就意味着传统的出钢机将钢坯从加热炉内推出时，钢坯和地面发生摩擦而导致坯件表面有所损伤的问题得到解决，随着这一问题的解决，钢坯的质量得到了很好地改善，也为企业减少了损失。
随着科技的发展和时代的进步，很多的生产模式从人工变为了自动化的生产并且对一些技术也要求越来越高。当然，冶金和轧钢行业也是逐步地跟随者社会的进步，慢慢地向着自动化发展，同时采用PLC管理调整出钢机系统的方法的使用也是逐渐增多。一般的轧钢厂在出钢机设备的系统中采用电磁接触器来对电机的运行情况进行控制的较多，而这种方式的控制在起动时会因为转矩过大，而引起通过电动机的电流过大，对设备的质量安全造成极大的损害。并且在运行时频繁的启动、制动电动机，会造成大量的电能消耗，增加成产的成本。在生产过程中，电磁控制系统的故障率较高，会经常需要维修，对生产的效率也会有所影响。而具有软启动特性、系统调速特性，以及多种组合控制功能的变频器的出现，吸引了较多数现代化冶金和轧钢行业企业的注意力。所以，现在的企业中，采用PLC控制变频器进行出钢机系统的调整的轧钢厂也逐渐增加。
1.2 课题的目的及意义
在轧钢行业里，出钢机作为必不可少的重要设备，它能够有效地将加热好的坯料从高温的加热炉中运送出来。在工作运行中，出钢机设备如果发生了损坏和问题，那么将导致整个生产线的停止。所以对出钢机的能够良好的工作，和降低出钢机的损坏率以及有较长的工作寿命的要求是工厂必要的。现在随着社会科技的发展，企业的冶金轧钢技术也越来越发达，对出钢机的工作要求也逐渐提高，那么在进行设备的设计时，需要保证其一定的稳定可靠性。
针对本次任务的设计，需要通过阅读相关的材料文献，参观工厂的设备，来了解出钢机构的主要结构类型及其原理。根据国内外出钢机的发展情况，结合课题的任务要求，进行本次出钢机的设计。首先要通过对国内外出钢机构结构研究，进行必要的理论计算分析确定进行推钢结构设计，其次确定驱动系统的设计，最后进行出钢距离的液压调节装置，设计水冷循环结构进行冷却，最后完成整机机械部分、液压部分的设计，通过本次的设计，使设备能在以后工作中稳定可靠的运行。
通过三维软件进行结构设计，并不断优化其结构性能，接着选取其中的重要零件进行结构力学的有限元分析和优化设计，再设计合理的液压系统原理图并进行必要的液压结构设计分析选取合理的标准件并应用。最后正确绘制设计的工程图纸并进行论文正文的书写。
2 出钢机方案设定
目录
1. 绪论 1
1.1 出钢机概况 1
1.2 课题的目的及意义 3
2 出钢机方案设定 4
2.1 出钢方式的确定 4
2.2 出钢机结构及工作原理 5
2.3出钢机的方案选定及原因 5
3 主推动系统的设计 7
3.1推杆推力的计算 7
3.2 电动机的选择 7
3.3减速器的选择 9
3.4 制动器的选择 10
3.5 联轴器的选择 11
3.6 推杆的设计 13
3.7 摩擦辊的设计 17
3.8 支座的设计 21
4 横移部分的设计 30
4.1移动车轮的设计 30
4.2 液压系统的设计 32
4.3 系统的验算 42
5 出钢机的稳定性分析 45
5.1 推杆的稳定性simulation分析 45
5.2 推杆的热应力simulation分析 48
6 总结 50
参考文献 51
致谢 52
1. 绪论
1.1 出钢机概况
1.1.1 出钢机的类别
出钢机是一种将加热炉内的坯件通过自身的机械机构将其运送到加热炉外的输送辊道或指定的位置。坯料通过升降式的方法进行出炉和通过推杆推送式的方法出炉的形式，可以把出钢机分为高位出钢机和低位出钢机。我国目前多数的工厂都是用的低位出钢的形式，只有少部分企业采用的是高位出料的方式。低位出钢机一般就是以推钢的方式将钢坯推送出炉，高位出钢机则是以叉车和起重组合的形式，将钢坯托送出炉。两种形式的出钢机 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
机械结构均是不同的也都有着各自的特点。
出钢机按照他们的动力类型又可以分为是机械驱动型和液压驱动型。机械型的动力驱动包括了很多，其中就有摩擦式驱动，齿轮齿条驱动以及钢丝滚筒式的等的出钢机；而液压动力驱动就主要是使用液压缸进行推动工作构件，从而达到工作的目的。
以下分别为一种机械型和一种液压型出钢机的结构形式
图1.1为齿条式出钢机：
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图1.1 齿轮齿条式出钢机
其工作特点：采用齿轮齿条作为驱动牵引，达到设备左右平移，推动部分采用摩擦辊轮进行传动。具有能够较好地进行动力传输，工作稳定，能够进行大范围的移动等特点。
图1.2为液压出钢机：
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图1.2 液压出钢机
其工作特点：
（1）用液压系统进行驱动，在工作时能够稳定，无冲击震动运行，所以较以前的一些机型，其安装要求更低，并且安装便捷，费时短。
（2）传动元件是液压缸，与两根导向杆相配合。能够承受较大载荷，也能够调节推力大小，在使用时易损坏的密封圈的成本便宜，也容易拆装等。
1.1.2 出钢机的研究现状与发展趋势
一般的出钢机为侧出钢式出钢机，即低位出钢机。2005年，马鞍山钢铁股份有限公司生产运用了第一台板坯高位出钢机。这就意味着传统的出钢机将钢坯从加热炉内推出时，钢坯和地面发生摩擦而导致坯件表面有所损伤的问题得到解决，随着这一问题的解决，钢坯的质量得到了很好地改善，也为企业减少了损失。
随着科技的发展和时代的进步，很多的生产模式从人工变为了自动化的生产并且对一些技术也要求越来越高。当然，冶金和轧钢行业也是逐步地跟随者社会的进步，慢慢地向着自动化发展，同时采用PLC管理调整出钢机系统的方法的使用也是逐渐增多。一般的轧钢厂在出钢机设备的系统中采用电磁接触器来对电机的运行情况进行控制的较多，而这种方式的控制在起动时会因为转矩过大，而引起通过电动机的电流过大，对设备的质量安全造成极大的损害。并且在运行时频繁的启动、制动电动机，会造成大量的电能消耗，增加成产的成本。在生产过程中，电磁控制系统的故障率较高，会经常需要维修，对生产的效率也会有所影响。而具有软启动特性、系统调速特性，以及多种组合控制功能的变频器的出现，吸引了较多数现代化冶金和轧钢行业企业的注意力。所以，现在的企业中，采用PLC控制变频器进行出钢机系统的调整的轧钢厂也逐渐增加。
1.2 课题的目的及意义
在轧钢行业里，出钢机作为必不可少的重要设备，它能够有效地将加热好的坯料从高温的加热炉中运送出来。在工作运行中，出钢机设备如果发生了损坏和问题，那么将导致整个生产线的停止。所以对出钢机的能够良好的工作，和降低出钢机的损坏率以及有较长的工作寿命的要求是工厂必要的。现在随着社会科技的发展，企业的冶金轧钢技术也越来越发达，对出钢机的工作要求也逐渐提高，那么在进行设备的设计时，需要保证其一定的稳定可靠性。
针对本次任务的设计，需要通过阅读相关的材料文献，参观工厂的设备，来了解出钢机构的主要结构类型及其原理。根据国内外出钢机的发展情况，结合课题的任务要求，进行本次出钢机的设计。首先要通过对国内外出钢机构结构研究，进行必要的理论计算分析确定进行推钢结构设计，其次确定驱动系统的设计，最后进行出钢距离的液压调节装置，设计水冷循环结构进行冷却，最后完成整机机械部分、液压部分的设计，通过本次的设计，使设备能在以后工作中稳定可靠的运行。
通过三维软件进行结构设计，并不断优化其结构性能，接着选取其中的重要零件进行结构力学的有限元分析和优化设计，再设计合理的液压系统原理图并进行必要的液压结构设计分析选取合理的标准件并应用。最后正确绘制设计的工程图纸并进行论文正文的书写。
2 出钢机方案设定
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