　　　进入新世纪后随着工业的高速发展，钢铁企业的生产能力得到了不断地提升，环形加热炉技术也在不断的成熟，而传统的推钢式进出料机已经不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点，在此专门为加热炉量身定做了环形加热炉装取料机。此机型包括了整体机架，小车，钳杆这三部分。运用夹紧气缸和升降气缸来实现钳杆对钢料的夹取和升降运动，同时钳杆装载在小车上，小车可以在机架的导轨上进退运动。小车是用电动机驱动的，当电动机运行时，带动安装在电动机上的齿轮转动，我们在右横梁上装配了与小车齿轮可以啮合的齿条来实现小车在机架导轨上的运动。在实际情况下充分根据环形加热炉的特点特地使用两台一样的装取料机分别安装在装料口和出料口。两机同时进行装取料，极大地提高了加热钢料的效率，也更充分地发挥了环形加热炉的高效率的特性，提高了整个厂区的工作效率和经济效益，与当前我国提出的高产、优质、低耗的理念相吻合。

关键词：环形加热炉；装取料；有限元分析；高效

摘要III

ABSTRACTIV

1 绪论1

1.1 课题来源及意义1

1.2 环形加热炉的简单介绍2

1.2.1 炉形结构:2

1.2.2 装取料口距离计算:3

1.3 装取料机的简单介绍4

1.4 国内外的发展情况5

2 装取料机的设计说明及工作原理8

2.1 装取料机的设计说明及工作原理9

3 装取料机的机械结构及设计计算14

3.1 整体的设计14

3.2 钳杆的结构设计及计算14

3.2.1 钳杆的整体机构设计:15

3.2.2 钳杆的长度:15

3.2.3 钳杆的直径:15

3.2.4 两气缸型号的确定:15

3.2.5 钳杆校核16

3.2.6 齿轮校核:18

3.3 小车的结构设计及计算22

3.3.1 小车的整体设计:22

3.3.2 车体的设计计算22

3.3.3 前轮的设计计算:24

3.3.4 轮轴的设计及校核:24

3.3.5 后轮的设计计算:26

3.3.6 后下轮的设计计算:26

3.4 整体机架结构的设计及计算27

3.4.1 横梁的设计计算:27

3.4.2 立柱的设计:29

3.4.3 连接梁的设计:30

4 合理性分析32

4.1 钳杆的有限元分析32

4.2 横梁工字钢的有限元分析34

结论与展望36

致谢37

参考文献38

1 绪论

1.1课题来源及意义

　　　随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶。在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影。然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型。由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点，这里就设计了专门为环形加热炉准备的进出料机——环形加热炉装取料机[11]。（如图1.1示：）

　　　课题来源于企业需求，装取料设备是加热炉的一个重要组成部分。目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计，希望设计出高效、稳定、安全的装取料设备，在这里通过该设计可以培养我们独立进行科学研究和综合分析思考的能力。　　1.2.1 炉形结构

　　　根据工艺要求，加热炉自装料端到出料端依次为预热段、一加热段、二加热段、三加热段、四加热段、均热段，加热炉炉顶采用平直结构，在装出料位置设置三道水冷隔墙。其中五个区段有供热，各段的供热可以单独调节，实现自动控制，烧嘴安装在内外环侧墙和炉顶上，加热炉采用平焰烧嘴和侧向可调焰烧嘴[1]。采用自然排烟的方式。考虑到经济，节能又能最大程度的提高炉子的有效利用率，各段角度分配见图1.3。

　　1.2.2 装取料口距离计算

由于环形加热炉的大小视加热钢坯料件的大小而定，所以我们计算装取料口的距离就得根据现场的情况来定。在这里我取最常见的一种加热炉的规格，也是应用最广的一种型号的加热炉。待加热钢坯规格：直径Ф180mm～Ф350mm，长度1.7m～5.4m。环形加热炉基本尺寸：炉中径36000mm，炉腔宽度6450mm，预热段炉膛高度1250mm，第一、二、三加热段炉膛高度2000mm，第四加热段、均热段炉膛高度1600mm，装取料夹角14.4°。

图1.4示意图

由上述我们可以画出示意图1.4。

根据图4可计算：装取料口距离L=2*18000sin7.2°=4512.0mm

　　　由计算结果可以得出，装料口和取料口的距离偏大，要是单独设计一台装取料机来同时完成装料和取料的话，这样设计的整体机架就很大，而且占地大又费料，并且设计的小车要进行偏转，进退等一系列动作，小车结构也相对比较复杂。最重要的是极大地影响了工作效率，在取料的同时不能进行其他装料等工作，与先进高效的环形加热炉工作效率不相匹配。在这里我们准备设计一款装取料机，它同时安装在装料口和取料口，两台机的机械构造完全一样，这样在取料口取料的同时另一台机就可以在装料口装料，工作效率大大的提高了。而且两台机同时工作，操作方便简单，不仅没有造成资源设备不必要的浪费，而且从长远上考虑是一种提高整个厂区工作效率和经济效益的一种有效办法。

1.3 装取料机的简单介绍

　　　装取料机是专门为冶金锻造行业设计制造的设备。它具有操作简单、可靠性高的特点，人性化的设计为操作者创造了一个舒适的工作环境，使繁重的工作变得简单轻松，也为冶金行业的发展提供了物美价廉的配套设备。

　　　装取料机的工作特点：

(1) 装取料机是坯料装炉，出炉以及运料到锻压设备上的一种机械装置。它的结构形式与锻压操作机相似，但是有它自己的工作特点；

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环形加热炉设计与仿真.gif

图片1.jpg

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内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目环形加热炉的设计与仿真 2、专题二、课题来源及选题依据随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点。课题来源于企业需求，装取料设备是加热炉的一个重要组成部分目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计，希望设计出高效、稳定、安全的装取料设备。三、接受任务学生：机械92 班姓名童春阳五、开始及完成日期：自2012年11月7日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月7日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：环形加热炉的设计与仿真此行若无内容，横线保留信机系机械工程及自动化专业学号： 0923052 学生姓名：童春阳指导教师：俞经虎（职称：副教授）（职称：）2012年11月14日课题来源环形加热炉的设计与仿真科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）随着科学技术和经济的快速发展以及全球一体化进程的不断加快，人们对钢铁制品的质量和需求量又上升到了一个更高的台阶在各行各业中，人们没有间断过对钢管的使用，不管是建筑业中用于搭建外架的钢管，还是各种汽车的框架结构，或者是在机械厂中用于支撑的支撑架和体育器材里的安装部件，都出现了钢管的身影然而，要使钢管成型就必须先对钢管坯进行加热，然后才能通过成型机械使钢管成型由于钢管坯的加热不同于其它钢坯的加热，对加热的精度要求很高，要求钢管坯的各部分受热均匀，这样才可以防止在打孔和拉直过程中出现断裂、变形、钢管粗细分布不均匀等情况，所以不能使用传统的推钢式加热炉对其进行加热，因为传统的推钢式加热炉的加热不是很均匀，如果是两头喷火式的话那就是两头受热多，如果中间喷火式的话那就是中间受热多，所以只能使用环形加热炉来对其坯料来进行加热，因为环形加热炉可以对钢管坯的两头和中间都进行均匀的加热，但是又因为环形加热炉是一个圆的封闭结构，不能用推钢机将坯料从另一头推出去，所以传统的推钢式进出料机就不适合在环形加热炉中使用，为了适应环形加热炉的进出料特点。课题来源于企业需求，装取料设备是加热炉的一个重要组成部分目前大量的从事各种工业炉窑的节能环保、专用设备、计算机控制等技术的研究的企业都对装取料设备进行设计，希望设计出高效、稳定、安全的装取料设备。研究内容通过对低位发热量为1560kj/m3的高焦炉混合煤气对40t/h环形加热炉设计，合理的设计环形炉的尺寸、各个加热段的分配以及对整个烟道的布置。通过对生产过程的各个环节的受热情况及热平衡的计算，了解并熟悉环形炉的整个布局和建造的要求.1.根据图纸，熟悉加热炉的炉体结构及布置情况2.根据工艺流程图结合设计的目的及基本条件确定基本的计算方案3.做环形加热炉尺寸、燃料部分设计计算以及排烟系统的计算4根据计算的尺寸从新绘制CAD图5编写设计说明书拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析环形加热炉主要用来加热圆钢坯和其它异形钢坯（如车轮轮箍坯），也可以加热方坯，一般用于钢材锻造和轧制前的钢坯加热，也可用作热处理加热。在轧钢行业中环形炉的作用有着推钢式以及步进式加热炉不可替代的一面，特别在一些一些异性坯料和钢管厂，环形炉都起着主导的作用。研究环形加热炉在使用不同燃料下，如何影响加热炉的各个加热段长度分配情况以及对加热炉本体尺寸大小的要求，以解决加热炉燃料需求的单一性问题。此次设计的是低位发热量为1560KJ/m³的高焦炉混合煤气对最大产量为40t/h环形加热炉整个燃烧状况的影响。研究计划及预期成果研究计划：1、毕业实习和开题报告第1-3周2、方案确定和设备选型第4-5周3、做热平衡计算第6-8周4、画CAD图纸第9-12周5、整理数据编写设计说明书第13-16周6、答辩第17-18周预期成果：1.通过对环形加热炉的预热段、加热段、均热段的加热时间的计算，合理分布各段的加热长度2.根据钢坯的材质及加热要求合理的设计环形炉的长、宽、高以及中径3.通过对环形加热炉本体以及尾部烟道的热平衡计算，来了解燃料的收支平衡情况，以便对环形炉各部分的布置情况作出相应调整，最终实现能量充分、合理的利用4.结合加热炉自身的加热特点，选取合适的耐火材料作为各部分的砌筑材料，以实现砌筑的经济合理特色或创新之处1 采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。尚需解决的问题CAD画图技术还是需要加强，UG方面运用能力还是不够指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械92 学生姓名：童春阳课题（设计）名称：环形加热炉的设计与仿真开始日期：2012年11月7日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1-32012年11月7日-2012年11月27日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：还未了解加热炉的实际用途，对课题难易程度理解不够，难度分析不足，分析能力欠缺。改进方法：在老师的指导帮助下，进一步消化课本。4-82012年11月28日-12月31日指导专业实训指导加热炉的具体功能及组成结构的功用存在问题：对有些结构不是很了解改进方法：跟老师深入的探讨。 9-102013年1月9日-2月12日指导毕业实习指导毕业实习填写毕业实习报告存在问题：没有实习实训的经验改进方法：参与工作，逐步了解参与其中。112013年2月13日-2月17日指导外文翻译翻译外文资料翻译外文资料存在问题：英文翻译水平有限，尤其对专业术语翻译困难。改进方法：多咨询导师和身边英文好的同学122012年2月20日-2月24日指导熟悉加热炉理论仔细查看导师给的相关材料熟悉环形加热炉的初步理论存在问题：还是有很多专业只是自己摸不透。改进方法：查阅有关设计的专业资料并和导师及时进行交流。132013年2月27日-3月2日指导流程熟悉了解环形加热炉流程对于每个流程都得熟记于心存在问题：一些流程自己想不明白，为什么会那样走。改进方法：找到相关专业的师傅问问。142013年3月5日-3月9日指导确定初步方案锅炉控制系统方案的确定根据产品要求确定初步方案存在问题：缺乏生产经验，制定的方案方案很不合理。改进方法：参考资料中的具体实例拟定方案后及时交与老师评判，重新确立合理的方案。152013年3月12日-3月16日指导流程可行性确定系统结构形式，验证各主要的流程的可行性存在问题：系统结构设计不合理，流程验证后发现不可运作。改进方法：多查阅各种有关系统手册，改进系统结构，使系统可以运作162013年3月19日-3月23日指导UG深入了解的相关用法存在问题：不能很好地运用，很多指令不怎么会灵活运用。改进方法：查阅资料，向老师探讨周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注172013年3月26日-3月30日指导并修改UG图完成本设计所需画的所有UG图存在问题：好多图的细节画的不是很准确，尤其是零件间的交接处。改进方法：询问老师，向比较了解的同学请教182013年4月2日-4月13日指导完成本设计所需画的所有CAD图存在问题：有些图画的不是很好，排版也不是很规范。改进方法：看指导书，有些还是不可以的询问老师。202013年4月16日-5月4日指导说明书编写完成设计说明书、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理。改进方法：根据说明书规范要求更改，重新按要求编写摘要232013年5月7日-5月11日指导相关资料编写填写和完善设计资料等填写相关资料等存在问题：未能真正了解制造过程，编制工艺流程不合理。改进方法：了解制造过程，根据设计说明书正确编写较为合理的工艺流程过程。242013年5月14日-5月18日指导格式

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