毕业论文-步进梁钢卷式运输机的设计与分析.doc

南昌航空大学学士论文目录1 绪论11.1发展背景11.2 任务书21.2.1设计论文题目21.2.2 主要技术参数及设计要求21.3 设计方案32 液压系统的计算与选型42.1 工作压力的确定42.2 液压缸的计算与选择42.2.1 升降液压缸42.2.2 水平液压缸52.3 液压缸速度的计算52.4 液压缸流量的计算62.4.1 升降液压缸62.4.2 水平液压缸72.5 液压系统工况图绘制72.5.1 液压缸流量循环图72.5.2 液压缸工作压力循环图72.5.3 液压缸工作功率循环图82.6 液压元件的选择与专用件的设计92.6.1 液压泵的选择92.6.2 液压阀的选择102.6.3 蓄能器的选择113 液压系统的选型143.1 油箱的选择143.1.1 油箱的用途及分类143.1.2 油箱的构造与设计要点143.1.3 油箱的容量与设计154 步进梁分析154.1 梁建模154.1.1 步进梁选型154.1.2 步进梁其它装置选用174.1.3 钢卷在步进梁上位置的选择194.2 三维草图建立204.2.1 左、右步进梁204.3 步进梁受力分析294.3.1 左梁受力分析304.3.2 右梁受力分析374.3 结论45参考文献46致 谢471 绪论1.1发展背景 近些年来在我们国家，钢铁工业的板带项目得到了飞速发展，冷轧和带钢处理设备也从以前的从国外引进技术、合作制造到现今基本实现国产化，满足了自身需要。在这些自主化生产的设备中就包括钢卷步进梁输送机。 在现代化热轧、冷轧带钢生产线上，步进梁是轧钢厂最常用的钢卷运输设备之一，它的设计与分析，对于钢卷运输机的设计来说，是至关重要的，其性能的好坏直接影响着产品质量、钢柸的成材率、轮机设备的寿命以及整个主扎线的有效作业率，进而影响生产进度和企业的经济效率。 车间吊运设备与步进梁配合的默契程度取决于步进梁的结构与工作原理，它们让步进梁实现同一时间多工位的上钢卷或卸钢卷，并与周围设备融为一体，从而实现生产上的快节奏，高产量与自动化。 作为热、冷轧带钢生产线的输入和输出设备，步进梁往往被布置在生产线入口段或出口段，进行钢卷的输入与输出工作，依据工艺要求并配合相关设备协同工作，从而实现钢卷宽度与直径测量、拆捆带、转向、打捆、带头预处理、称重、对中等等。冷轧和带钢处理线车间的输入和输出设备除吊车外，主要有钢卷小车，步进梁和链式运输机，它们的特点比较如下表所示：设备名产量生产节奏工作可靠性停位准确性设备结构设备刚性维护工作量投资设备重量基础深度链式运输机大快可靠较准确很复杂不好大大大大步进梁大快可靠准确较复杂好小大较大较大钢卷运输小车小慢较可靠较准确简单不好大小小小 表1-1与链式运输机相比，步进梁更加具有优势如“刚性好”，“设备重量轻”，“停位准确”，“占地空间小”，“设备结构简单”。所以，现代化的带钢生产线基本已淘汰链式运输机，只有在一些半自动钢卷包装机组和少数热轧车间还在运用。 与钢卷小车相比较，步进梁在安全运行上更占优势，但在设备复杂程度、投资上不如钢卷小车，特别是在一些特殊场合，如在仅需运输钢卷而不用对它进行带头处理、称重、对中、打捆、转向等操作以及输送距离较长时，选用刚卷运输小车显得更加实惠。而在生产产量不大的生产线上，比如镀锌线，磨削线以及彩涂线等，一般也优先选用钢卷运输小车。 而从节约投资方面考虑，国外已实现年产2000,000吨钢的处理生产线选用钢卷运输小车，完成钢卷输入与输出应用。应该在不久的将来，运输小车完全替代步进梁工作将不是奢望，但这也需要设计人员努力工作，在设计方案中提出更高要求，在节省投资、优化设备结构参数方面做出伟大贡献，充分发挥各结构特点与优势，使其最大程度的发挥出原有的应用。 当下，步进梁就是因为能满足快节奏，高产量的生产要求，因而在高产量线上得到推广运用，其中特别是在连续酸洗线、酸轧线、连续退火线上。在当下这个以经济建设为中心的社会大背景下，在适应市场需要，快节奏，高效率生产方面，步进梁还是拥有着特殊的优势与魅力。1.2 任务书 本次设计任务是设计钢卷式运输机液压系统的设计与步进梁的受力分析，详情如下。1.2.1设计论文题目 步进梁钢卷式运输机的设计与分析1.2.2 主要技术参数及设计要求 （1）上举重量： 50t； （2）上举行程：640mm； （3）步进重量： 200t； （4）步进行程：3500mm；（5）上举及步进均采用液压传动；设备类型机床农业机械或中型工业机械液压机、重型机械、起重运输机磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力P/(MPa)0.82.0352881010162032 表1-2所以选择步进梁液压系统工作压力不超过25MPa；工作周期在20s到80s之间。1.3 设计方案此次毕设任务主要是设计一个能够保证步进梁在钢卷运输机中稳定工作的液压系统以及分析在工作工程中步进梁的受力。期望达到的要求是此液压系统能够使钢卷运输机实现自动化，快节奏，高稳定性，以及高产量的生产过程；能够实现运输机生产过程中的无级调速；步进梁刚性能够足够满足生产需求的最经济设计。步进梁的周期运动分为：上升-水平前进-下降-水平后退，梁的四个运动都是先加速，后匀速，再减速，由于步进梁要保证高的平稳性，其加速时间和减速时间较短，可忽略认为一直做匀速运动。为了保证梁的平稳性，就要控制系统中流量的稳定性，可采用如下方案。 1 工作压力的确定除了根据设计任务的要求还要考虑实际工作中的压力损失，所以初步选定工作压力不超过25MPa，但出于安全考虑实际工作压力应比最高压力低10%-20%，所以实际工作压力为20MPa，升降运动采用两个升降缸同时工作，水平运动则采用一个水平液压缸来完成。 2 通常在快速运动的液压机械或者液压系统中会需要大的流量，为节约能源，通常采用多泵供油或将蓄能器作为辅助供油装置。本系统采用的是三位五通换向阀组成的差动回路，从而满足了步进梁下降时所需要的大流量。 3 本设计中的液压缸的运动实现都要用到一供一备的变量液压泵来提供压力油。 4 工作过程中步进梁的受力分析需要建立梁的三维实体模型，根据梁的参数及工作环境参数同时借助相应软件分析梁的具体受力情况。从而可根据分析结果可优化或改进实际生产中步进梁的结构，提高步进梁的性能，从而提高产品质量、钢柸的成材率、轮机设备的寿命以及整个主扎线的有效作业率，提高生产进度和企业的经济效率。2 液压系统的计算与选型2.1 工作压力的确定 上面已经提到过，结合任务要求和实际情况，初步选定工作压力不大于25MPa，考虑到安全性，工作压力应比最大压力低10%到20%，所以实际工作压力为20MPa。2.2 液压缸的计算与选择步进梁升降运动采用两液压缸同时，水平前进、后退运动采用一个水平液压缸来完成，液压缸的选取首先要计算其负载。2.2.1 升降液压缸 工作受力概况图 由上图可知： 式中 - 液压缸工作压力初算时可取的工作压力； - 液压缸回油腔背压力，初算时无法确定，根据【2】取值为2MPa。 d/D- 活塞杆直径与液压缸内径之比，根据【2】取值为0.7。 F - 工作循环中最大的外负载。 -液压缸密封处摩擦力，其准确性不易求得，习惯用液压缸的机械效率 进行估算式中： -液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97，这里取=0.95外负载F=200=1960000N 则单个液压缸 =0.5 F=980000Nd=0.7D=318.20.7=219.6mm,经【4】表6-2， D圆整到320mm，d圆整到220mm.结合升降液压缸的行程为640mm,查【1】表2-6，选用ZQ-320/220X650为升降液压缸的型号2.2.2 水平液压缸 外负载 取则水平液压缸内径为 经【4】表2-4， D圆整到160mm，d圆整到100mm.结合升降液压缸的行程为3500mm,查【1】表6-2，选用ZQ-160/100X3800为升降液压缸的型号2.3 液压缸速度的计算 前面我们已经初步将步进梁工作周期定在了20秒80秒之间，又结合各个工作阶段运动情况，先将系统运动初步分配如上图所示。公称压力/12.520速比1.331.46、22 表2-1每阶段我们都理想视为匀速运动，结合液压缸往复运动中速比关系，则各阶段平均运动速度如下所示： 垂直上升 水平前进 垂直下降 水平后退 运动周期 2.4 液压缸流量的计算2.4.1 升降液压缸 升降液压缸的基本参数：则流量计算如下： 2.4.2 水平液压缸 水平液压缸的基本参数：则流量计算如下：鉴于升降运动由两升降液压缸控制，控制升降运动的总流量为两液压缸流量之和。2.5 液压系统工况图绘制2.5.1 液压缸流量循环图2.5.2 液压缸工作压力循环图2.5.2.1 升降液压缸实际工作压力 升降液压缸的基本参数：根据公式（2.1）和（2.3）求出：上升运动中液压缸实际工作压力而在下降运动中液压缸通过自身重力作用完成下降运动，运动过程由蓄能器供油，所以可知此时工作压力等于0MPa.2.5.2.2 水平液压缸实际工作压力 水平液压缸的基本参数：根据公式（2.1）和（2.3）求出：前进运动中液压缸实际工作压力由公式和公式（2.3）可求出水平液压缸后退运动中的实际工作压力 ；可得出系统压力循环图如下所示：2.5.3 液压缸工作功率循环图由功率公式可得： 垂直上升 水平前进 垂直下降 水平后退 所以可得出系统功率循环图如下所示：2.6 液压元件的选择与专用件的设计2.6.1 液压泵的选择2.6.1.1 泵的极限工作压力的确定 （2.4）式中 -液压马达或液压缸的极限工作压力； -工作压力在液压泵出口到液压马达或液压缸入口间损失。切记要在原件选定以及管路图绘制完成后才能进行它的精确求值，在此我们可以取值为1.2MPa.根据之前求得极限工作压力 则：2.6.1.2 泵的流量确定 当系统中拥有多个液压马达或者液压缸一起工作时，有 （2.5） 其中 k-系统泄露系数，一般取1.11.3，在这取1.2【2】； -一同工作的液压马达或者液压缸总流量的极限值，一般取值为。 由上可得： 结合求得的，在设计手册中根据系统已拟定的形式选择液压泵，考虑到泵要具备压力储备能力，一般选择液压泵的额定压力比极限压力大25%60%。参考德国力乐士柱塞泵及其技术参数，选取力乐士a4vso180系列柱塞泵。2.6.1.3 泵驱动功率的确定鉴于液压泵在做周期性工作中流量与压力的不稳定性，所以驱动功率应通过计算各工作阶段输出功率的平均值求得， 公式中 -一个周期中各阶段所花费的时间（s） -一个周期中各阶段所花费的功率（w）由之前求得的数据可知：则有 根据【1】选取电动机型号为Y4-280M-2，参数如下：效率2.6.2 液压阀的选择液压阀的选择是通过根据实际通过阀的极限流量以及系统工作压力在已知产品型号中来选取。具体选取规则如下，为保证执行元件最低运动速度而考虑的最小稳定流量由调节阀与节流阀决定，而泵的最大流量决定了溢流阀的选取。【3】在流量的控制实际操作中，一般将阀的控制比实际的大一些，但在特殊情况下，短时间内允许有不超过20%的过流量。2.6.2.1 升降液压缸 上图就是升降液压缸的工作原理图。 根据之前算得的流量数据： 电磁换向阀：根据【3】，选取一个型号为DSG-04-3C-AC-A100 M-50的三位四通电磁换向阀。单向节流阀：根据【3】，选取两个型号为TC1G-03-C-40的单向节流阀。液压锁：根据【3】，选取型号为SRC T-10-50。平衡阀：根据【3】，选取型号为RD32FA10的平衡阀。2.6.2.2 水平液压缸 上图就是水平液压缸的工作原理图。 根据之前算得的流量数据： 电磁换向阀：根据【1】，选取一个型号为T-S-DSHG-04-3C-AC-A100-5的三位四通电磁换向阀。双单向节流阀：根据【3】，选取两个型号为TC1G-10-C-40的单向节流阀。液压锁：根据【1】，选取型号为SRC T-06-50。可根据表1-2提供数据选择电磁溢流阀【1】型号最高使用压力/压力调整范围/最大流量/质量/KGS-BSG -03,-5125.00.525.01006.3S-BSG -06,512007.2S-BSG -10,-5140012.7电磁溢流阀：根据【3】，选取型号为S-BSG-10,-50.单向阀：根据【3】，选取型号为CI T-10-04-50.截止阀：根据【1】，选取型号为DV 25S2-10/V 2.6.3 蓄能器的选择 蓄能器是一种将压力液体所具备的压力能转换为势能并储存起来，在系统需要时再释放出来由势能转化为液压能而做功的一种容器。因此，蓄能器可以将回路上的液压冲击以及泵的脉动得以吸收，也可以作为应急或辅助的动力源，还可以补充系统泄露，从而使系统工作压力趋于稳定。 蓄能器的用途：吸收液压冲击、保持系统恒压、输送异性液体、减少脉动流量和压力、做辅助动力源、改善频率特性、做液压空气弹簧、做应急动力源、做热膨胀补偿器。 蓄能器的种类包括：重力式、弹簧式、气瓶式、活塞式、液体密封活塞式、差动活塞式、气囊式、隔膜式、直通气囊式、盒式、金属波纹管式、活塞隔膜式。 考虑到此系统为高压系统，在此将蓄能器种类定为气囊式。【2】 蓄能器总容积的计算： 根据【2】可知，由波义耳定律 （2.7）当蓄能器工作在绝热过程（t1min）时，n=1.4,其总容积 -充气压力，-最低工作压力，以上工作压力为绝对压力相应的气体容积分别为-指数，绝热过程n=1.4,则-有效工作容积，1、 求值 作为辅助动力源，蓄能器最低工作压力应满足 （2.9）-距离最远的液压元件极限工作压力，-蓄能器与最远液压元件间管道压力损失之和。根据之前计算可知: =18.44MPa，=0.53=1.5MPa所以有 。2、 求值 蓄能器作为辅助动力源，为保证工作压力在蓄能器输出工作容积过程中保持稳定，习惯上推荐 （2.10）由于本系统要求较稳定，所以两值相差较小，保证在1MPa左右，这里取=21Mpa。3、 求值在保护胶囊，延长它的使用寿命的条件下折合型气囊 在这取4、 求值 作为辅助动力源的蓄能器，可按公式 对于液压缸而言 -最大耗油量处，各执行元件耗油量总和， -液压缸工作腔有效面积， -液压缸的工作位移，m K-液压系统泄漏系数，根据经验取k=1.2 -泵站总供油量，L/min -泵的工作时间，s -应急操作时，各执行元件耗油量，L 其中 =162.78L/min10s=27.13L=154.33L/min20s+21120+162.7810+257.1710=191.77L将值代入式（2.11），求出=29.36 L再将=29.36 L代入式（2.8），求出=94.74 L,根据【3】，选取一个型号为： NXQ1-L150/20-L-H蓄能器，它的公称容积为150L，公 称压力为20MPa，公称通径为50mm。3 液压系统的选型3.1 油箱的选择3.1.1 油箱的用途及分类油箱在系统中的功能，除了传统意义上的散热与储油还包括沉积油污和分离油液中的杂质气体。要想充分发掘油箱的作用，根据实际情况结合系统条件以及在油箱选用时科学的选择油箱容积、型式和附件是十分必要的。油箱类型分为开式油箱和闭式油箱。开式油箱顾名思义就是敞开式油箱，油箱中的油液可以和空气直接接触，这就给油液受外界污染带来了隐患，为防止这一事故发生，工作人员习惯上会在油箱顶部加装一个空气滤清器，同时它也承担了注油口的功能；而闭式油箱的通气孔一般连接惰性气体从和保证油液不会与大气直接相通，其惰性气体具备一定压力，一般为0.05个大气压。矩形是油箱制作过程中普遍采用的形状，而当油箱容量大于2000L时圆筒形是比较合理的结构，此时的油箱设备的质量轻便，内压力依旧可达0.05MPa。3.1.2 油箱的构造与设计要点1、 油箱必须有足够大的容量以保证系统工作时液面有一定高度，为满足散热要求，对于管路较长的系统，还应考虑维修时能容纳油液自由流回油箱的容量，在油箱容积不能增大又不能满足散热要求时，需要加装冷却装置。2、 在油箱回油口设置过滤器以保证回到油箱的油液达到系统所要求的标准。3、 设置油箱主要油口位置，为避免回油冲溅，油箱排油口与回油口之间距离应尽量远些；并且管口都应在油液面之下这样才能保证油口不发生吸空；管口应面朝油箱壁，吸油管在油箱中高H2D，与相比距离L3D;回油管高也应满足h3D.4、 在吸油管与回油管间设置隔板，一方面保证液体流动循环，另一方面将流动中液体的杂质与气泡过滤出来并得以沉淀。隔板结构有“溢流式标准型”、“回流式”及“溢流式”，必要时还可在隔板上加装过滤网。5、 为避免油箱中油在注入时不被污染，一般在开式油箱上部通气孔加装空气滤清器。6、 在油箱底部最低点设置出油口，为的是能排尽油箱中的残油和油中残渣。7、 油盘的设置，油箱年久老化就会存在漏油现象，所以一般在油箱四周和底部加装油盘，从而解决了油液直接滴漏在路面上。油箱生产时，其内壁应进行相应表面处理（如喷丸或喷砂），从而清除了生产过程中残留的铁锈和焊渣，避免它们对油液的直接污染，之后还要对油箱进行一系列的表面处理，其目的主要是保证油箱的耐腐蚀性，避免之后的油液受污染。3.1.3 油箱的容量与设计邮箱的有效容量V为液压泵流量的37倍，油箱容量的大小计算与系统散热效果有关，如快速移动机械、散热效果较好的设备可选择小容量油箱；而对于位置固定不懂得设备，空间、面积不受限制的设备则采用大容量油箱。油箱中油液温度一般推荐3050，最高不要超过65，最低不要低于15。对于其他工具机和固定装置，工作温度在4055。行走机械，工作温度允许达到65，在特殊情况下还可以达到80，而对于高压系统，为减少漏油，油液温度最好不要超过50。冶金机械液压系统的油箱容量通常取为泵流量的710倍，本系统就属于冶金系统，所以油箱容量V有V=（710） -泵的最大流量 =180ml/r2200r/min=396L/min, V=（710） 2000L，所以选用圆筒形油箱。4 步进梁分析4.1 梁建模4.1.1 步进梁选型 步进梁的型式分为很多种，按驱动可分为“液压驱动式”和“电动驱动式”。液压驱动式步进梁较电动驱动式在现代化热轧、冷轧带钢车间有更加广泛运用。在液压机构中，升降机构的不同则可以在结构上改变步进梁的不同。 常见液压驱动的步进梁因液压机构不同又分为两种：液压缸直接升降式和液压缸偏心轮升降方式。国外液压设计采用液压缸直接升降的较多，而在国内则主要采用液压缸偏心轮升降较多。而不管使用何种液压驱动，使用前提首先都必须满足生产工艺要求，即运行安全可靠，维护工作量小，重量轻，体积小，投资尽量实惠，以下是常选用的两种液压驱动步进梁： 图4.1 型 图4.2 型 步进梁型的梁体一般采用箱型焊板焊接而成，它直接由数个液压缸控制从而实现升降运动的。每个升降液压缸缸底安装在由四个车轮支撑的小车上，从而构成了简易行走车轮组。车轮内一般采用双列圆锥滚子轴承。升降液压缸内的液压源由装在拖链内的液压软管供给，水平液压缸的缸体则采用铰接固定座，目的是为方便水平液压缸在步进梁升降运动和水平移动过程中受步进梁影响而发生摆动。为保持设备运动稳定性，轨道一般选用起重机用重轨道，将压板铺于重轨上压紧，让它保持在钢结构或轨道垫板上。实际工作中，对于某些特殊步进梁还设有侧导轮与上部压轨。步进梁型与型相比除了液压升降机构不同外，其它机构与型相似。型的液压升降机构由同步杆、偏心轮-车轮组和升降液压缸等组成。其中的同步杆也可以设计成由多个升降液压缸组成的升降机构代替，而升降机构也会因设计的改变而变得有所不同。在这里，根据设计需要我们选用型液压驱动步进梁，它运行安全可靠，维护工作量小，重量轻，体积小，经济又实惠。4.1.1.1 步进梁的断面尺寸步进梁的结构设计和计算可依据机械设计手册第五卷，梁体一般采用由钢板焊接的箱型结构，其断面如图所示： 1-翼板 2-腹板 3-加强板 4-鞍座 与焊接梁的截面形状类似，梁的组成采用热轧钢板焊接而成，在腹板和翼板要焊接的地方打开坡口，从而保证了焊接时焊缝的质量以及连接的强度、刚度和钢卷尺寸重量等。在采用类比设计前如先按照经验参数初选后在进行详细的分析计算则可加快设计进度，使设计更加行之有效，一般经验参数如下： 梁的断面高度h 400mm1000mm 梁的端面宽度b 400mm500mm 翼板厚度尺寸a 30mm60mm 腹板厚度尺寸c 15mm30mm 一般在最危险段面的静强度安全系数保证在大于或等于3范围内； 结构最大相对变形量控制在小于或等于1/500； 最大绝对变形量则控制在小于或等于20mm如上述数值在实际生产中被超越，则需注意，要根据具体问题具体分析，仔细考虑生产中的细节隐患，为解决问题，可考虑采取加大钢板厚度或局部加强措施再或者运用全面加大梁体断面尺寸的方法。4.1.2 步进梁其它装置选用4.1.2.1 旋转鞍座当鞍座装置有摆动缸驱动或者马达驱动时可在步进梁将钢卷托起时调整钢卷方向，让钢卷保持在有利运生产顺利进行的正确位置上。但与此同时，因为有些用户担心这种结构的不稳定性而存在钢卷突然落下的安全隐患，所以生产上该设备并不被普遍推广使用。4.1.2.2 对中装置在步进梁上一组液压缸的底部装有鞍座，鞍座上装备有对中液压缸，该设备工作原理是将其与系统中自动控制元件连接在一起使用，从而通过计算机自动控制入口段吊车上料时的钢卷位置。该种装置外观上较轻便，典型的属于体积小重量轻设备，从而解除了传统用于对中操作的对中框架，为使用者节省了投资与厂房空间。这一创新在国外现已得到广泛推广，美中不足的是这给步进梁设计阶段带来了一定的难度。4.1.2.3 称重装置在步进梁的一组鞍座下带有测力传感器，可以达到自动测量钢卷重量的目的，从而实现了生产过程安全可控的进行，省去了传统的称重框架，精简了设备装配，为使用者节省了厂房空间与投资。4.1.2.4 大行程鞍座装置安装于步进梁一段的大行程鞍座装置可以替代钢卷小车功能，从而完成从卷取机上接取钢卷或完成从步进梁向其它工位的类似工作。拥有上述辅助功能的步进梁不仅在结构上相较于仅有输送功能的步进梁来说较复杂，而且如使用适当还可以在投资上表现得恰到好处，同时也体现了设计的艺术性与灵活性。此外，在“步进梁是否带侧轮”、“水平运动液压缸的安装位置”、“鞍座的结构形式”、“梁与梁的连接方式”、“水平轨道的固定方式”、“控制方式”等还存在许多差异之处，这些个差异同时影响着这杯的使用性能以及设备的重量和使用者的投资，所以在前期设计阶段工作人员应慎重考虑设计方案，根据实际需要是设计达到最优化。4.1.3 钢卷在步进梁上位置的选择 根据生产车间工艺要求的需要，钢卷在步进梁上的状态有立卷和卧卷两种状态，而卧卷又可分为两种摆放位置方式，所以钢卷在步进梁上位置有三种，即： 第一种 平板型 第二种 鞍型 第三种 槽型详细状态见下图所示： 图4.5 步进梁上钢卷的位置由生产车间中钢种品种、规格和车间上下工序的工艺流程安排等控制。第一种钢卷摆放位置，钢卷的在运输过程中最平稳，生产过程最安全，此时的鞍座最简单精化，但同时也存在“钢卷导向性不好”等缺陷，从而导致钢卷在水平面内的XY两个方向上存在一定误差。所以这也导致该种方式在实际生产中运用较少，该装置主要运用于拥有罩式炉（环形炉），堆放和缓冷方面要求较高且钢卷端面要求水平摆放的场合，所以该装置在特钢、硅钢生产车间运用较广。第二、第三摆放位置则是在实际生产中运用较广泛的摆放位置，特别是在碳钢生产车间。 第二种钢卷摆放位置的优势在于运输钢卷步距准确，误差将会由固定鞍座自动纠正；步距可以设计的小一点。但这种方式也存在缺陷，即为配合钢卷外径变化，步进梁上和地面上的鞍座就要设计的深一些，从而间接的加大了步进梁的升降距离。这样的步进梁鞍座一般采用V型鞍座，该鞍座如果太浅，由于惯性就会限制步进梁的加速度，甚者严重影响步进梁的工作周期，使之延误而不能满足实际生产任务。另外还存在一个缺点，这种布置限制了钢卷的宽度。经验上步进梁体因结构和强度有相应要求，梁宽一般在400mm到500mm范围内，加上两侧与固定鞍座的间隙在60mm到80mm范围内，所以可以推算出钢卷宽度至少在700mm到800mm范围内才可用第二种位置放置。但这即使在用吊车上料时也会给操作上带来麻烦，缘由就是在吊车在上料操作时导致钢卷偏置较大，而这种偏置是用机械装置不能轻易纠正的。偏置如果不及时纠正一方面会使宽度较窄的钢卷容易发生侧翻，从而发生不必要的事故；另一方面使步进梁发生不均匀变形和磨损，从而增加了维护成本。所以一般在设计阶段，特别是在入口段的吊车给步进梁上料操作时，一般不选用第二种钢卷摆放位置。 第三种钢卷摆放优势在于此时的鞍座较浅，从而优化了设备运动，如减小了步进梁的升降行程，提高了步进梁水平运动加速度，优化了沿步进梁梁体长度方向上的对中性。与此同时，这种安放方式也给实际生产中带来了不少缺点，如该方式在设计、安装方面调整不当，依然会产生步距误差。但值得庆幸的是，这种误差是完全可以人为避免的，因此在实际设计中，工程师们应习惯选用第三种钢卷摆放方式。4.2 三维草图建立4.2.1 左、右步进梁 1、点击新建草图选取【单一设计零部件3D展现】，点击确认，选取前基准面绘制草图，正视创建步进梁断面草图，具体几何图形和参数如4.6图所示：图4.6 2 、退出草图平面，单击【拉伸凸台/基台】工具栏，选取【草图基准面】为拉伸平面，点开【拉伸距离】按钮选择【两侧对称】，选取【深度】按钮输入拉伸距离值13900mm.界面出现拉伸效果图如图4.7,图4.8所示，点击确认。 图4.7 图4.83 、选取步进梁底面为草图平面绘制草图，创建的受力凸台草图平面如图4.9所示，退出草图，单击【拉伸凸台/基台】工具栏，选取【草图基准面】为拉伸平面，点开【拉伸距离】按钮选择【给定深度】，选取【深度】按钮输入拉伸距离值30mm.界面出现拉伸效果图如图4.10,图4.11所示，点击确认。 图4.9 图4.10 图4.114 、单击【特征】工具栏按钮，选取【线性阵列】指令，选取Z轴负方向为阵列方向，【间距】设定为3020mm，【实例数】为2，【要阵列的特征】选择为拉伸的凸台，【特征范围】选用所选实体，界面出现阵列效果图如图4.12,图4.13所示，点击确认。 图4.12 图4.135、运用同样方法线性阵列得到距离11520mm处另一受力凸台，如图4.14,图4.15所示。 图4.14 图4.156 、选取步进梁右侧面为草图平面绘制草图，创建厚度为20mm的步进梁内部肋板草图肋板通过原点对称，左侧肋板距梁左端10mm,其它间距分别为1140mm，3500mm如图4.16所示。 图4.167、单击【拉伸凸台/基台】工具栏，选取【草图基准面】为拉伸平面，点开【拉伸距离】按钮选择【成形到另一面】，点击【面/平面】按钮选取步进梁左侧面，界面出现拉伸效果图如图4.17,图4.18所示，点击确认。 图4.17 图4.188 、选取右视基准面为草图平面绘制草图，在步进梁下边面凸台平面处正视创建铰链拉钩台基草图，单击【拉伸凸台/基台】工具栏，选取【草图基准面】为拉伸平面，点开【深度】按钮选择【两侧对称】并输入距离值420mm，界面出现拉伸效果图如图4.20,图4.21，图4.22所示，点击确认。 图4.20 图4.21 图4.229、运用相同方法创建右梁尾部铰链拉钩，拉伸距离为【两侧对称】220mm,如图4.23,图4.24，图25所示。 图4.23 图4.24 图4.2510 、选取步进梁上顶面为草图平面绘制草图，创建的鞍座凸台草图平面如图4.26所示，退出草图，单击【拉伸凸台/基台】工具栏，选取【草图基准面】为拉伸平面，点开【拉伸距离】按钮选择【给定深度】，选取【深度】按钮输入拉伸距离值60mm.界面出现拉伸效果图如图4.27图4.28所示，点击确认。 图4.26 图4.27 图4.28 11、 单击【特征】工具栏按钮，选取【线性阵列】指令，选取X、Z轴负方向为阵列方向，Z轴【间距】设定为1200mm，X轴【间距】设定为240mm【实例数】都为2，【要阵列的特征】为鞍座凸台，【特征范围】选用所选实体，界面出现阵列效果图如图4.28,图4.29所示，点击确认。用相同方式将Z轴【间距】依次设定为3500mm,7000mm,10500mm，完成完整线性阵列如图4.30所示。 图4.29 图4.304.3 步进梁受力分析4.3.1 左梁受力分析4.2.1.1 左步进梁力分析报表模拟对象为 左步进梁.1 力分析 日期: 2015年5月27日设计员: Solidworks算例名称: 算例 2分析类型: 静态.说明此步进梁为钢卷运输机中运输钢卷必备设备，其上表面共有16个凸台构成四个鞍座，工作时同时运输四个总重为200吨的钢卷工作；下表面除有2个通过铰链连接的挂钩分别与其它设备相连为步进梁的运动提供动力外还有两个安置小车的凸台，从而可以在竖直方向承载钢卷及梁的重量；在梁的两侧安置滑杆或滚柱以约束梁的位移。模型信息模型名称: 左步进梁.1力分析当前配置: 默认文档名称和参考引用视为容积属性文档路径/修改日期凸台-拉伸2(下表面受力台基)实体质量:46.3693 kg体积:0.005922 m3密度:7830 kg/m3重量:454.419 NC:UsersAdministratorDesktop论文左步进梁左步进梁.1力分析.SLDPRTMay 23 10:38:45 2014凸台-拉伸7（鞍座台基）实体质量:67.6512 kg体积:0.00864 m3密度:7830 kg/m3重量:662.982 NC:UsersAdministratorDesktop论文左步进梁左步进梁.1力分析.SLDPRTMay 23 10:38:45 2014载荷和夹具夹具名称夹具图像夹具细节固定铰链-1实体:1 面类型:（拉钩）固定铰链合力零部件XYZ合力反作用力(N)-0.000589728-0.06367170.06047420.0878155反力矩(N-m)0000 参考几何-1实体:2 面类型:（约束梁两侧面）滚柱/滑杆合力零部件XYZ合力反作用力(N)-0.07974051.764e+006-0.05599071.764e+006反力矩(N-m)0000载荷名称装入图象载荷细节力-1实体:（鞍座台基面）16 面类型:（垂直于鞍座台基）应用法向力值:（50吨钢卷分摊四个台基）110250 N材料属性模型参考属性零部件名称:Q235-B模型类型:线性弹性同向性默认失败准则:未知屈服强度:2.35e+008 N/m2张力强度:3.9e+008 N/m2弹性模量:2.1e+011 N/m2泊松比:0.274 质量密度:7830 kg/m3抗剪模量:8.24e+010 N/m2热扩张系数:8e-006 /KelvinSolidBody 1(阵列(线性)10)(左步进梁.1力分析),SolidBody 2(凸台-拉伸2)(左步进梁.1力分析),SolidBody 3(凸台-拉伸7)(左步进梁.1力分析)网格信息网格类型实体网格所用网格器: 基于曲率的网格雅可比点4 点最大单元大小0 mm最小单元大小0 mm网格品质高网格信息 - 细节节点总数22203单元总数11308最大高宽比例40.73单元 (%)，其高宽比例 105.45扭曲单元(雅可比)的 %0完成网格的时间(时;分;秒): 00:00:06计算机名: JB9TNPTJKEBQQQI合力反作用力选择组单位总和 X总和 Y总和 Z合力整个模型N-0.08026331.764e+0060.004046681.764e+006反作用力矩选择组单位总和 X总和 Y总和 Z合力整个模型N-m00004.3.2 右梁受力分析4.3.2.1 右步进梁力分析报表模拟对象为 右步进梁.1 力分析 日期: 2015年6月5日设计员: Solidworks算例名称: 算例 1分析类型: 静态.说明此步进梁为钢卷运输机中运输钢卷必备设备，其上表面共有16个凸台构成四个鞍座，工作时同时运输四个总重为200吨的钢卷工作；下表面除有2个通过铰链连接的挂钩分别与其它设备相连为步进梁的运动提供动力外还有两个安置小车的凸台，从而可以在竖直方向承载钢卷及梁的重量；在梁的两侧安置滑杆或滚柱以约束梁的位移。 模型信息模型名称: 右步进梁.1力分析当前配置: 默认文档名称和参考引用视为容积属性文档路径/修改日期 凸台-拉伸8（鞍座台基）实体质量:67.6512 kg体积:0.00864 m3密度:7830 kg/m3重量:662.982 NK:论文右步进梁右步进梁.1力分析.SLDPRTMay 23 10:38:50 2014载荷和夹具夹具名称夹具图像夹具细节固定铰链-1实体:2 面类型:（拉钩）固定铰链滚柱/滑杆-1实体:2 面类型:（约束梁两侧面）滚柱/滑杆合力零部件XYZ合力反作用力(N)-4459.45-2261.11962.7025091.77反力矩(N-m)0000 载荷名称装入图象载荷细节力-1实体:（鞍座台基面）16 面类型:（垂直于鞍座台基）应用法向力值:（50吨钢卷分摊四个台基）110250 N材料属性模型参考属性零部件名称:Q235-B模型类型:线性弹性同向性默认失败准则:未知屈服强度:2.35e+008 N/m2张力强度:3.9e+008 N/m2弹性模量:2.1e+011 N/m2泊松比:0.274 质量密度:7830 kg/m3抗剪模量: