步进式加热炉同步顶升液压控制系统设计开题报告.doc

一、选题背景课题来源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。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。应用性和先进性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。发展前景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。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。二、设计方案（1）步进梁采用液压传动，使传动结构更加简单，省去了一套凸轮，齿轮结构，占地面积小且传动平稳，很容易实现自动控制。步进式加热炉液压驱动及电控系统中采用独特的油路设计，减少了机械运动部件因惯性对固定炉床的冲击，解决了炉床抖动问题，大大减少了炉床对钢坯件的磨损问题。提高了安全性和实用性。并且将控制器，继电器，电液阀相结合，实现了机电一体化控制，系统可靠性提高，可扩展性与柔性增强。（2）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2个升降缸驱动，从而使步进梁作上升或者下降运动。内侧托轮直接托住步进梁，而步进梁直接由另一液压缸（1个平移液压缸）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。（3）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，下降的时候依靠自身自重下降。当下降需要很大的流量，解决的方法是采用压力补偿回路和差动回路。本系统采用了普通插装阀组成压力补偿回路，有效防止了步进梁前移时产生的惯性冲击，很好的起到了缓冲的作用。（4）在液压系统需要大流量供油时，为节省能源，通常是采用多泵供油或将蓄能器作为副主动力源供油。（5）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设计了桥式回路，可以随时方便安全的可以实现系统的自锁。设计溢流阀安全阀使多余油量返回油箱，从而实现系统的过载保护。(6)为了维修上的方便，在拟定液压系统时，就应在需要检测系统参数的地方，设置工艺接头以便于安装检测仪表。本系统由于采用插装阀件，实现相同功能的元件少，结构紧凑，可靠性高，投资少。由此可见，这种研究设计手段是完全可行的。三、进度安排时间工作内容第12周调研，查找资料，完成开题报告第34周分析整理资料，确定整体方案第59周液压系统部件设计液压图绘制第1013周棍部件,炉子机械部分设计绘制第1416周零件图设计绘制第17周整理说明书第18周准备答辩四、参考文献【1】黄明，刘兵.液压同步技术在工程中的应用J.水力发电，2002（6）：33-35.【2】陈建.大型构件液压同步提升系统的稳定性研究D.上海:同济大学机械学院【3】卢长耿.步进加热炉液压同步装置研究报告.集美大学，1994，8【4】毛武荣.二通插装比例流量控制在步进加热炉上的应用J.液压气动与密封【5】王春行.液压伺服控制技术M.北京:机械工业出版社，1980.【6】吴根茂，邱敏秀，王庆丰等.实用电液比例技术M.杭州：浙江大学出版社【7】SDRSDRAMControlerWhitePaper.AlteraCorporation，August2002.【8】雷天觉.液压工程手册.北京:机械工业出版社.1990.【9】张志义.高速开关阀位置控制方法J.机床与液压，2005(5).【10】HuangSJ,HuangKS,ChiouKC.DevelopmentandapplicationofanovelradialbasisfunctionslidingmodecontrollerJ.Mechatronics,2003,13(4)：313-329.【11】乌建中，徐鸣谦.液压同步提升技术回顾与展望J.同济大学学报，1997,25（2）：230-233.【12】贾铭新.液压传动与控制M.北京:国防工业出版社，2002.【13】罗艳蕾.液压同步回路及同步控制系统实现的方法J.液压与气动，2004（4）【14】汪大鹏.带补偿措施的串联液压缸新同步回路J.机床与液压，2000（6）.【15】官忠范.液压传动系统M.北京:机械工业出版社.【16】丁树模.液压传动.机械工业出版社，2002.【17】判柳萍，徐克林，萧子渊.液阻与液压系统J.液压与气动，2004（2）.