步进梁式加热炉液压系统优化设计

液压系统的优化设计随着科技的进步和社会的快速发展，液压系统在各个领域应用越来越广泛，如工业、农业、建筑、航空等。

在这些领域中，液压系统扮演着重要的角色，如汽车制造、飞机制造、船舶制造、建筑机械等需要大量使用液压系统。

因此，液压系统的优化设计显得尤为重要。

一、液压系统的基本原理及构成液压系统是一种利用液体传递能量，并将互不相干的行动组合起来的系统。

液压系统的基本原理是利用液体的压缩性小和容积稳定，通过不同的工作机构来完成某一特定工作的机械装置。

液压系统的构成包括工作部分、执行部分、控制部分和电气部分。

其中，工作部分是指液压泵或发生器、液压马达和液压缸；执行部分是指在液压系统中完成具体工作的机械设备或装置，如液压升降机、液压抓取器等；控制部分是指液压系统中的各种控制装置，如液压阀等；电气部分是指支持液压系统的电气设施，如液压泵电机等。

二、1. 功率密度与效率液压系统的设计中需要考虑功率密度和效率两个方面。

功率密度指的是液压系统单位体积或单位重量所能输出的功率大小。

增加液压系统的功率密度可以提高其工作效率。

效率指的是液压系统的机械工作输出功率与输入功率之比。

在液压系统的设计中应该尽量提高系统的效率，以减少能量损失。

2. 选择合适的组件液压系统的设计中，应该根据不同的工作要求选择合适的组件，如液压泵、液压马达、液压缸和液压阀等。

同时，应注意选择正确的组件配合以确保系统的稳定和可靠性。

例如，液压泵需要与液压马达和液压阀相匹配，才能形成合理的液压系统。

3. 液体选用液压系统液体的选用也是液压系统优化设计的重要因素之一。

液压系统液体应具有压缩性小、稳定粘度、抗氧化性能强、抗腐蚀性好、防爆性能高、热稳定性好等特点，以确保液压系统的可靠性和长寿命。

4. 控制方式确定液压系统的控制方式是液压系统设计中的一个关键问题。

液压系统的控制方式应根据工作条件和要求确定。

例如，对于一些要求精度高、速度快、工作负荷重的工作环境，需要采用闭环控制液压系统，以保证工作的稳定性和可靠性。

步进梁上升给定速减速停止步进梁前进给定信号低速前进一次加速二次加速定速一次减速二次减速停止步进梁下降给定信号慢速下降加速定速中间减速中间定速中间加速定速减速停止步进梁后退给定信号低速后退一次加速二次加速定速一次减速二次减速停止
料撼毒
步进式加热炉液压系统分析
孙林 沧州中铁装备制造材料有限公司
河北沧州
０ ６ １ １ １ ３
【 摘要 】现 代化 的钢坯加热 炉不 断向大型化 、 高度 自 动化的方 向发 原理 图如 上图所 示： 展， 在耗 能、 环保、 加 热质量等方面也提 出了 更高的要求 。 步 进 式加热 炉以 步进梁 的升 降运 动 ： 步 进梁 的上 升和下 降是通 过二支并联 液压缸 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 驱动的 ， 液压缸 推动带 匕 下轮组的 提升框架沿 斜轨道 上升和下降 ， 使水 平框 架及步进梁 随之作 垂直升 降运动 ， 在此过 程中， 水平缸被锁 定。 升 控制等优 点， 被愈来愈多 新建的轧钢加热炉采用。 降行程２ ０ ０ ｍｍ。 步进 粱 的水平运动 ： 步进 粱的水平运 动是 通过一支液 压缸 驱动的 ， 它直接作用在水平框 架上 ， 使 水平框架及步进 梁在提升框 现代化的 钢坯加 热炉不断 向大 型化 ． 高度自动化的 方向发 展， 在耗 架 上层滚轮 上作平移运动 ， 在此 过程 中， 升降液 压缸被锁 定。 进退行程 能， 环保 、 加热 质量等方面 也提 出了更高 的要求。 步进 式加 热炉 以其 灵 为６ ０ ０ ｍｍ。 其中提升与平移各有一条油缸带有线性位移 传感器， 用于检 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 测位移 的距离。 如图分析运动 顺序 ： 制等 优点 ， 被愈来 愈多新 建的轧钢加 热炉采用 。 步进 式加 热炉步进机 构通常按矩 形轨迹运 动， 一个 运动周期 由４ 个 控制信号， 经比例放大器驱动比例阀的动作。 动作组 成 ： （ １ ） 活 动梁上升， 托起 料坯 ｔ （ ２ ） 活动梁 及料 坯按设 定好的步距 １ 、 步进机 构进退 ： 进退控 制阀组 主要 由电液 比例换 向阀和辅助 阀 前进一定 距离 ， （ ３ ） 活动梁下降 ， 将料坯 放在 固定梁 上 ； （ ４ ） 活动粱水平移 件组 成 ， 控制 平移液 压缸 驱动步进 机构进退 的准确 运行， 并可抑制高 压 动退 回起始 位置。 冲击和 漂移。 Ｐ Ｌ Ｃ 按 控制 曲线输 出模拟量 控制信号， 经比例放大 器驱 动 根据轧钢生 产工艺， 要求加热炉 步进梁具 有以下特点： Ｉ 、 步进动作 比例阀 的动 作。 系统 采用了三位四通的换 向阀进行控 制， 步进 梁升降时 周期 要控制 在一定 的范围内并且速 度周期 均为可调。 ２ 、 步 进梁升 降过 液 压锁处于 锁定状 态 。 动作时 比例阀给 出信号 打开液 压锁 ， 液 压缸 内 程 中要能实 现对被加 热料坯的轻 托轻放 ， 满足活动梁启停均 匀， 变速流 活塞一 侧压 力上升 ， 转化成 动能驱 动活动梁 移动。 负 载增大 时， 反映到 畅等要 求。 ３ 、 加热炉 整炉钢 坯重可达５ ０ ０ 吨， 要求步进 梁要有足够的载 液压缸 活塞高压侧压力上升， 压力补偿器通过高压侧先导 阀控制 比洌换 重。 ４ 、 活 动梁 在 运动过 程中 负载 变化极 大 ， 恒 压液 压 系统 负载 对速度 向阀Ｐ ３压 力， １ 对压 力进 行补偿 以稳 定运 行速 度。 使速度 的控制 只与 比 ３ 有关， 而与负载的 变化无关 ， 实现加 热炉运 行平稳 、 速 势必会产生影响 ， 必须采取有效措 施避免步进梁 的运行速 度出现 波动。 例方 向阀的开 １ ５ 加热炉 对板坯的加 热， 要求 由先进 的自 动化 程序进行控制 。 度稳定 的效果 。 液压 传动 因其体积 小 、 负荷大 、 易于实现 机 电一体 化控 制等优 势 ， ２ 、 在 升降 的过 程中， 由于 是 三通 式进 １ ３Ｐ 压 力补偿 器控制 系统压 在步 进式 加 热炉 中有 广泛 的应 用 本文 以河北省 沧州 中铁 装备 制造材 力 ， 实现 了 负载 与压 力相适 应控 制。 原理 与平移相 同， 唯 一不 同的是 为 料有限 公司１ ２ ５ ０ 线步进 式加 热炉 为例 ， 对 步进 式加 热炉 液压 系统运行 了设备 安全 ， 防止 突发事件 导致 液压停 止时活动 粱掉 落 ， 增加了Ｆ Ｄ型 特征进行分 析， 以利于处理分析设 备故障。 平衡 阀。 因升降缸 负载 远远大于 平移缸 ， 所以升降缸 采用大液 压缸 ， 所 步进梁 周期动作为 ： 步进梁上升 （ 给 定信号 一低速 上升 一 加 速一定 需液 压流量较大 ， 单 向阀采用插装 式开关 阀， 以实现平移 时升 降缸的锁 速一中间减速一中间定速 一中间加速 一定速 一减 速一停止） 一步进梁前 定 。 系统平滑 的启动和 制动是靠 电气控制 来实现 的， 系统是靠 特定的输 进（ 给定信号 一低 速前进 一一 次加速 —二次加 速一定 速一一次减 速 二 入信号对整个 运动过程 加 以控制 ， 当输入信号 的变化 曲线给定后 ， 平 台 次 减 速一停止 ） 一步进梁下 降 （ 给 定信号 一慢 速下 降一加速 一定 速一中 的运动 曲线也随 之确定， 而与负载的变化无关。 该套 系统易 出现 的问题及 处理方 法 ： １ 、 出现 出钢跑偏现 象及钢结 间减 速一中间定 速一中间加速 一定速 一减 速一停止 ） 一步 进梁后 退 （ 给 定信号一低速后退 一一次加速—二次加速一定速一一次减速 二次减速 构脱焊 变形、 裂口、 移 位等情 况。 ２ 、 出现油缸冲顶现象 表现为 比例换 向 俜 ｜ Ｊ 上 ） 。 阀给信 号后仍维 持原动作直 到液压缸 到达机 械限 位。 ３ 、 升降启动阶 段 震动异 响现 象。 ４ 、 步 进梁到位后 自动下滑现 象。 升晔灌压缸 进逞灌压缸 分析原因： ￥ ． ｎ ｏ ／ ￣ｏ － ｌ ｌ ｓ ｏ ● — ● ∞ ｌ 、 问题 １ 主要 是因为炉底 机械 升降 液压缸 不同步造 成升 降框架在 升降 过程中产生横 向位移 ， 两条纵梁 在运行过程 中升降定心 导板受固定 台升 降定 心导 板侧向作用力 ， 使 靠近 升降框 架定 心导板 部位 的纵粱长 期受较 大的横向力矩， 造成 该部位的纵 梁横断面多处裂 纹。 原 因主要 有 以下两方面ａ 油缸 的密 封损坏 ， 油缸 内泄外部泄漏 ； ｂ 油 缸的支座松动 或 支撑 轴承损坏 ； 解决对 策： １ ） 定期 的检查油缸 的泄漏情况 ， 定期更换 油 缸， 确 保密封性能 ， ２ ） 使用摩 擦性 能优良的密封结 构和密封材 料； ３ ） 保 证各关节点润滑 良好 ， 保持 较小 的间隙； ４ ） 长期 跟踪 框架运 行状态 ， 定

棒材厂二轧车间步进式加热炉液压节能装置常规的步进式液压系统只能通过增加冷却器的冷却能力来保持液压系统的温度；液压站体积增大，由于泵的数量较多，导致整个油箱及附件加大；投资成本上升；能量消耗高。

为了改善步进式加热炉液压系统以上缺点，设计了一种能量回收型的液压系统。

标签：步进式；加热炉；液压节能装置1 主要内容介绍步进式加热炉主要由步进梁、升降斜轨、固定梁和升降液压缸、平移液压缸等组成。

主要结构示意如图1：钢坯在加热炉内的运行，是通过步进梁的上升、前进、下降、后退的循环来完成的。

步进梁的上升是通过升降液压缸来完成，下降靠自重就能完成。

前进和后退靠平移液压缸很小的力就能完成。

常规的步进式加热炉液压系统设计，是通过几台恒压变量泵来提供流量。

由于负载的不均衡，导致液压系统的最大功率只能按照步进梁提升时的最大功率来配置。

因此，常规的步进式液压系统的缺点比较明显：装机功率大；步进梁下降时的重力势能全部转化为热能，导致液压系统发热，只能通过增加冷却器的冷却能力来保持液压系统的温度；液压站体积增大，由于泵的数量较多，导致整个油箱及附件加大；投资成本上升；能量消耗高。

为了改善步进式加热炉液压系统以上缺点，设计了一种能量回收型的液压系统。

2 传统的步进式加热炉液压系统简介2.1 概述以棒材厂第二轧钢车间步进式加热炉为例，二轧车间步进式加热炉设计采用5台90KW的恒压变量泵，来驱动以下液压缸的动作：步进机械提升液压缸：280/200-1170*2，上升流量：333/min*2，下降流量：163 l/min *2；步进机械平移液压缸：1*200/140-640，前进流量：105l/min，后退流量：207l/min。

从以上参数可以看出，整个液压系统的负载状况很不平衡。

步进梁上升时最大流量达到了666L/min。

而平移的液压缸动作最大流量只有207l/min。

为了保证加热炉的步进周期，液压系统只能按照最大流量来设计。

2.2 主要液压参数系统压力：18Mpa，系统流量：780L/min，油箱容积：8m3，电机功率：90KW*4（其中四台工作、一台备用），循环泵电机功率：7.5kw*2，液压缸上升速度：90mm/s。

机上 掉 下 ， 重危 急 到加 热炉 的安 全运 行 ； 严 二 是经 常发 生 板坯 出来 后 不 在 辊 道 上 居 中 。 而
粗轧就绪 和辊道 速度 信号 ， 热 炉 出炉辊 加 道 转 动 ， 时 不 居 中 的 出 炉 板 坯 就 撞 坏 辊 此 道 两 侧 护 板 或 者 严 重 顶 偏 ， 成 生 产 事 造
故 ， 板 坯 温 度 高 达 １０ ￣ 处 理 起 来 非 因 ２ ０Ｃ， 常 困难 和 费 时 ， 重 影 响 生 产 ； 时 通 过 严 同 考 察 发 现 国 内不 少 钢 厂 步 进 梁 式 加 热 炉 出
钢控制系统 也存在 此类 问题 ， 且 很 多钢 并
厂 一 直 没 有 解 决 。本 文 通 过 对 步 进 梁 式 加 热 炉 出钢 控 制 系 统 进 行 分 析 ， 出 一 系 列 提 改 进 措 施 并 实 施 ， 用 后 效 果 明 显 ， 效 应 有
列改进措施 。
１ 前言
２５ ２ ０热 轧 板 厂 设 有 两 座 步 进 梁 蓄 热 式
是 偏 出辊道 两侧 ， 撞在 出钢 机侧辊 道 护板 上 ， 或 在炉 子侧 辊道 轴承 座上 ， 自动 运行 时 ， 热 加 炉 出完 钢把 出 钢 完成 信 号 发 给 轧 机 Ｐ Ｃ， Ｌ 轧 机 Ｐ Ｃ收 到 出 钢 完 成 信 号 后 发 给 加 热 炉 Ｌ
加热 炉 ， 别 于 ２０ 分 ０９年 和 ２ １ 相 继 竣 工 ００年
投人使用 ， 加热炉炉子本体 、 控制模型以及控 制 程序 均 由国 内设 计 院设 计 编 写 完 成 ， 制 控
系统 采 用 西 门 子 ｓ ４ ０系 列 Ｐ Ｃ， 制 程 ７— ０ Ｌ 控 序 投入 使 用 以 来 ， 钢 事 故 不 断 ， 重 影 响 出 严 ２５ ２０热轧 板 厂 生 产 的稳 定 性 ， 其 原 因 。 就 一 是 经常 发 生 出钢 机 在 炉 内 抬升 的 过程 中 ， 由 于 行程 偏小 ， 坯直 接从 出钢 机上 掉 下来 ， 板 砸 在 炉 内步进 梁活 动水 梁上 ， 者行 程偏 大 。 或 直 接抬 起 两块 板 坯 ， 面 一 块 被 挤 偏 或 从 出钢 后

步进式加热炉加热质量控制系统的设计摘要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

本文通过对步进式加热炉加热质量控制系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。

同时，介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。

一、引言加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。

随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。

我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大，操作不当时会粘钢造成生产上的问题，难以实现管理自动化。

由于推钢式炉有难以克服的缺点，而步进梁式炉是靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送钢管，钢管之间可以留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦，出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕，钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活等特点，其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。

全连续、全自动化步进式加热炉。

这种生产线都具有以下特点:①生产能耗大幅度降低。

②产量大幅度提高。

③生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PLC或DCS系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。

传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。

本工程是某钢铁集团新建的φ180小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。

二、工艺描述本系统的工艺流程图见图1图1 步进式加热炉工艺流程图淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。

装出料方式：侧进，侧出。

炉子布料：单排。

活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于141.3mm钢管，每个齿槽内放一根钢管。

厚板坯加热炉液压步进梁运动曲线的优化实践【摘要】本文介绍了新钢厚板线加热炉步进梁系统的运动过程，对加热炉液压系统存在的问题做了技术分析，优化了步进梁的运动曲线，为最终解决生产问题提供了理论依据。

【关键词】步进式加热炉；电液比例调节阀；运动曲线1 引言要想获得理想的产品质量，现代化的轧材系统皆配置大型化的上下两面加热、多段供热的步进梁式加热炉，以满足高产、优质、低消耗和生产操作自动化的工艺要求。

步进式加热炉在运动中几百吨重的框架会产生很大的运动惯量，且执行机构在瞬间承受的负载变化复杂，采用炉底液压系统为步进式加热炉底传动机械提供动力，要在控制中达到快速启动运行，轻拿轻放并使其按照设定的程序和速度运行，需要在控制系统中做程序优化和运动曲线整定。

2 设备简介新钢公司厚板线的2座加热炉皆是横装、横出的步进梁式加热炉，进料端端部由推钢机装钢，出料端端部由出钢机出钢。

加热炉额定加热能力为 175t/h（标准坯，冷装），最大加热能力为：200t/h（标准坯，冷装），热装最大加热能力：240t/h（标准坯，600℃热装），加热炉的有效尺寸为：45050×8100mm （有效长×内宽）。

加热炉所加热的主要原料规格：定尺板坯长度：短尺坯 2500～3600mm长尺坯 4800～7500mm最大板坯重量：短尺坯（双排） 16.1t （250×2300×3600mm）长尺坯（单排） 33.6t （250×2300×7500mm）布料方式为：单排，双排（并排和错排）两种3 步进式加热炉的运动过程步进梁的运动主要包括升降运动和平移运动，采用双轮斜轨式步进梁机构，包括提升框架和平移框架，通过液压系统控制来实现以下操作：正循环（运输板坯前进），逆循环（运输板坯后退），踏步（使板坯作起伏运动），高位保持，中位保持，低位保持。

步进梁上下和进退运动的位移量通过安装在其中一个升降液压缸内的线性位移传感器控制。

1015 收稿日期: 2010作者简介: 于志荣 ( 1979 —) ， 男， 江 苏 江 都 人， 工程 师， 学 士，
主要从事液压润滑等流体系统的设计与研究工作。 效果。 櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘 表1 钢管改进前后的数据分析 Φ28 改进前合格率 改进后合格率 0． 92 100 Φ25 0． 95 100 Φ22 0． 95 100 Φ18 0． 96 100
［1 ］ 图 1 为该步进梁 式 加 热 炉 速 度 与 时 间 曲 线 ， 我 们可以看出， 加热炉在上升时需要经过加速运动， 匀速
运动。待动梁快接近定梁将钢坯抬起时， 需要减速， 以 一个较小的速度将钢坯抬起后再加速， 再匀速运动， 最 后再减 速 直至 停 止。 中 间 的 低 速 接 钢 过 程 俗 称“轻 。下降过程与上 升 过 程 相 反， 抬” 中 间的 低 速 放 钢 过 “轻放” 。平移过程相对简单，只在起步和停止 程俗称
图1 步进梁式加热炉速度与时间曲线
时需要一个缓慢平 滑 的 过 程， 但 平 移 前 进时 为带 载 工 ， 。 况 平移后退为轻载工况 图 2 为该步进梁式加热炉液压升降控制回路原理 图， 为了实现轻抬轻放功能， 升降回路采用了比例阀控 制( 件 1 ) ， 通过 改 变 输 入 电 流 或 电 压的大小 来 控制 比 例阀的开口度， 从而控制通过阀门的油液流量， 也就控 制了速度。由于升降液压缸承载了整个加热炉的动梁 以及炉内钢坯的重量， 在 下降过 程 中 由于自重 会 出 现 负负载情况。因此采用了平衡阀( 件 2 ) 来控制 下降过 程的平缓， 只有当有 杆 腔 内 压力大于 平 衡 阀 弹 簧 设 定 力时， 平衡阀才允许液压缸下降。另外， 由于液压缸存 在小角度摆动， 需要在液压缸前采用软管， 但如果在生 产过程中软管突然 爆裂， 动 梁会 连同 整 炉 钢 坯 从 高 位 滑落至低位， 严重时会使水梁 ( 动梁和静梁内均通水 冷却， 也称水 梁 ) 撞 断， 引 起加 热 炉 爆 炸 等重大 事故， 因此在液压缸前安 装 液 控 单 向阀 ( 件 3 ) 就 非 常必 要， 单向阀必须安装于软管和液压 缸 之 间，这 样 即使 软 管 爆裂， 液压缸也会因为单向阀的单向功能而不会滑落， 保证了安全。

３ 机械工 ８ 程师 ２０ 年第１ 期 ０６ ０
维普资讯
ｉ 传 动 方 式 ：机 液 伺服 阀阀 芯在 Ｘ１ Ｘ 开 式 系统 。开 式 系统 改造方 案有 泵控 和 阀控 两种 ＿ 和 ２ （） １开式 泵控 方 案 Ｉ压差作用下 ， Ｓ ｌ 阀芯产生位移 ， 控制液压泵变量活塞运动 到相 应 位 置 ， 而 控 制 主 泵 排 出所 需 流 量 ， 系 统 工 作 。 从 供 泵 流量 的 四级 压 力 范 围一 致 ，也 就是 说 ，更 换 １ 主泵 台
１ 前
言
接控 制 。
武钢 热轧 厂硅 钢 步进 梁 式加 热 炉液 压 系统 由动 力 系 统、 控制 系统 、 环 系 统 三 大部 分 组 成 ， 中动 力 系 统 为 循 其 步 进 梁 液 压 系 统 的核 心 和 关 键 。步 进 梁 的 速 度 变 化 由
Ｐ Ｃ控制 动力 系统 的三 台 主泵完 成 。 Ｌ
双 向变量 式 轴 向柱塞 泵 ， 置 泵 为外 啮 合齿 轮 泵 ， 前 四级 压 ２ 系统 改造 方 案
考 虑到 主 泵 的两 种变 量 方 式 ，局 部 泵控 改造 分为 主
泵液 控 和 电控两 种 改造 方 案 。
２１ 液 压 比例 控制 双 向变 量 的泵 控方 案 ．１ ． 目 ， 前 液压 泵质 量较 好 的 国外 厂 家 主要有 Ｒ Ｘ Ｏ Ｈ Ｅ ＲＴ
ｈ ａ ｉ ｇ ｆ ｒ ａ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｙ ｔ ｍ ｎ Ｓ － ｔ ｅ ｌ ｎ ｈ ｅ ｔｏ ｉ ｈ ｗｅ ｅ ｃ ｎ ｒ ｄ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒｎ ｉ ｌ ｓ ｅ ｔｎ — ｕ ｎ ｃ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓ ｓｅ ｉ ｉ ｓｅ ｌｍｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｓ ｆｗｈ ｃ ｒ ｏ ｆ ｍｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅ ｃ ｌ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｙ ｗ ｒ ｅ ｓ ｉ ｈ ｌ． ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｏ ｋ ｒ ｎ ｔ ｅ ｍｉ １ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｗａ ｋ ｎ ｅ ｍ ；ｅ ｅ ｔｏ ｈ ｄ ａ ｉ ｒ ｐ ｒｉ ｎ ｌｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｔ ｍ ｌ ｉｇｂ ａ ｌ ｃ ｒ — ｙ ｒ ｕｌ ｐ ｏ ｏ ｔｏ ａ ｏ ｔｏ ；ｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｓｅ ｃ

基于步进梁式加热炉炉底机械牵引框架优化设计李龙【期刊名称】《《工业加热》》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】3页(P62-64)【关键词】加热炉; 炉底结构; 牵引框架; 有限元法【作者】李龙【作者单位】西安航空职业技术学院陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】V463.91就步进梁式加热炉而言，其运行性能与炉底机械有着密切的关联，其一方面可以起到支撑加热炉平移框架的作用，另一方面则可以确保板坯能够沿着炉长方向进行持续性步进运动。

其传动方式可细分为两种，相较于传统的机械传动而言，采用液压传动的方式能够减少结构占据的空间，缓解步进梁在运动过程中产生的冲击力。

总体来说，液压传动已经被广泛运用于步进机械中。

1 工程概况在本文所探讨的钢铁集团中，配备了4 台步进式梁式加热炉，对于炉底机械部分而言使用的是全液压驭动的方式，选用热轧H型钢进行焊接处理，由此形成牵引框架。

所论述的炉底机械牵引框架中，采用的材料型号为Q345-B，以此为参考确定对应的材料弹性模量值为208000MPa，同时将其泊松比取值为0.3。

具体的几何模型图示如图1所示。

2 步进梁式加热炉概述2.1 步进梁式加热炉特点作为重要的支承工件，水冷梁以及耐热钢梁对于步进梁式加热炉而言均具有重要意义。

对于加热炉而言，可以在此设备中完成对钢坯的加热；对于猝火炉而言，可以在此设备中完成对长工件的淬火过程。

相较于推钢炉而言，本文所探讨的步进梁式加热炉性能更为显著。

具体来说，选用了耐高温炉料，因此在使用过程中不会出现相互粘连的现象；所需加热的时间较短；在加热过程中可以对工件底部区域形成保护，炉长的可选择性也更为理想[1]。

此外，当采取停炉操作时，此时存在于炉内的所有工件都可以较为轻松地进行出孔处理，能够灵活地改变步长以及步进周期，由此对炉子生产能力进行合理的调整。

图1 牵引框架三维几何模型示意图2.2 步进梁式加热炉步进系统设备简介考虑到轧线布列方式之间的差异性，在进行装料与出料作业时可选用两种方式进行操作，即端进端出或者是侧进侧出。

行 的平 稳性 。
２ ２ 调 节步 距保 证钢坯在 到达出炉侧 时能顺 利 出钢 ．
启 动完 成一个 正循 环 ， 待 出钢 坯 输 送 到 出炉 炉 内 将 悬 臂辊 道上 ， 完成 一次 出钢周 期 ， 出钢周 期 可 以根 据 轧 制规 格 的不 同 在 ３ ７ ｓ之 问设 定 。钢 坯 输 送 、 ８～ ０ 测 量 、 出料 、 流跟踪 、 据 信 息交 换 通 过 Ｐ Ｃ系 装 物 数 Ｌ
４ 坯料 在 装料辊 道 的定位 控制 ） ５ 推 钢机 的位 置及行 程控 制 ） ６ 炉底 液 压站 的控制 ） ７ 炉外 辊 道 的控 制 ） ８ 与轧 线通 讯进行 数据 交换 ）
１３ 步进梁 的控 制 ． １３ １ 动态 位置 检测 ．．
间 的延 长 ， 动 幅度 也 随之增 加 ， 晃 特别是 步 进梁 在后 退过 程接 近 后位 时更 明显 。虽 然对 步进 梁 的机 械部
Ｅ ２ ０ 操作 员站 、 Ｔ ０ Ｍ、 网络等 组成 。 １ １ 基础 自动 化 Ｐ Ｃ系统 网络 配置 ． Ｌ
本 加热 炉采 用全 液压 驱动 的步进 梁机 构 。在步
进 机构 相应 的驱 动液 压缸上 ， 置 ２台位移 传感 器 ， 设 其 中一 台用 于活 动 梁垂 直 方 向的 位 置检 测 ， 台用 一
特 邀编 辑 ： 风 滨 杨
Ｘｕ Ｙａ ｃ ｕ ｎ ｈ ｎ，Ｃｈ ｎ Ｐｅ ｇ ｅ ｎ
（ ｈ ａ ｌ ｔ Ｔ ｅＢ ｒ ａ ） Ｐ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｈ ｏ ｌｍｓ ｅ ｉｔｎ ｉ ｗａｋｉｇ ｂ ａ ｓ ｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ ｏ ｔ ｅ ｐｒ ｂ ｅ ｘｓｉ ｇ ｎ ｌ ｎ ｅ ｍ ｆ ｒ ａ ｅ，ｔ ｒ ｕ ｈ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｃ ｎ ｒ ｌ ｕｎ ｃ ｈ ｏ ｇ ａ ａｙ ｉｇ ｔ ｅ ｏ ｔｏ ｐｒ ｃ ｓ ，ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ａ ｕ ｅ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓｉ ｆｕ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｔｂ ｅ ｔｐｐｎｇ ａ ｅ ｓ ｌ ｅ ｏ ｅ ｓ ｈｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｍｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｈ ｒ ｂ ｅ ｎ ｅ ｃｎ ｈ ｓａ ｌ ａ ｉ ｒ ｏｖ ｄ ｌ

步进梁式加热炉加热质量控制系统设计摘要:目前，工业控制自动化技术正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。

通过步进梁式加热炉加热质量控制系统的设计，体现了自动化技术的发展方向。

同时介绍了软件设计思想、脉冲燃烧控制技术的特点及其在该系统中的应用。

一.导言加热炉是轧钢行业必备的热处理设备。

随着工业自动化技术的不断发展，现代轧机应配备大型化、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应满足高产、优质、低耗、节能、无污染和生产操作自动化的工艺要求，以提高产品质量，增强市场竞争力。

中国轧钢行业的加热炉有两种:推钢炉和步进梁式炉。

然而，推钢炉长度短，产量低，烧损高。

操作不当会导致生产出现问题，难以实现管理自动化。

由于推钢炉有不可克服的缺点，步进梁炉依靠一种特殊的步进机构，使钢管在炉内做直角运动，钢管之间留有间隙，钢管与步进梁之间没有摩擦。

出炉的钢管通过提升装置卸出，完全消除了滑痕。

钢管加热段温差小，加热均匀，炉长不受限制，产量高，生产操作灵活。

其生产符合高产、优质、低耗、节能的特点。

全连续全自动步进梁式加热炉。

这种生产线具有以下特点:①生产能耗大大降低。

②产量大幅增加。

③生产自动化水平很高。

原加热炉的控制系统多为单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统多为模拟量控制的电源装置。

现在加热炉的控制系统都是PLC或者DCS系统，大部分还有二级过程控制系统和三级生产管理系统。

传输系统都是数字DC或交流电源设备。

本项目是某钢铁集团新建的φ180小直径无缝连续钢管生产线热处理线上的一台步进梁式加热炉。

二。

生产过程说明该系统的工艺流程图如图1所示。

图1步进梁式加热炉工艺流程图淬火炉和回火炉都是步进梁式加热炉。

装载方式:侧进侧出；炉布:单排。

活动梁和固定梁由耐热铸钢制成，顶面有齿形面，钢管直径小于141.3毫米，每个齿槽内放置一根钢管。

每隔一颗牙放一根直径153.7mm的钢管。

活动横梁升降180mm，上下90mm，节距190mm，间隔145mm。

基于遗传算法的步进加热炉步进梁优化设计摘要：本文基于三弯矩定理完成了步进式加热炉步进梁的各个受力点的数学模型的建立，并在此数学模型的基础上首次采用自适应遗传算法对步进梁的内力进行优化求解。

然后利用Matlab软件编程进行计算机仿真。

最后开发出可视化的应用程序。

利用该程序只要在输入界面中输入步进梁的各个参数，程序就可以自动对步进梁的各个点的内力进行分析求解，并生成相应支点的示意图。

通过衡阳、成都、青岛等多个实际工程项目的检验,采用该应用程序可以非常简单高效的对步进梁式加热炉的步进梁进行优化设计。

关键词：步进加热炉；三弯矩定理；步进梁；优化设计；遗传算法Optimizing design of walking beam based on adaptive genetic algorithmWang Peng Li Xiao-Bing(BERIS INDUSTRIAL FURNACE CO.,LTD QingDao266555,China)Abstract：This paper builds the optimized mathematical model for stress points of walking beam. And the paper uses adaptive genetic algorithms to optimize the internal force of walking beam at first. Then it simulates them on computer by Matlab language. At last, it develops application for stress points of walking beam. Through several engineering applications, this application can solve the problem faster than before.Key words：Heating furnace of walking beam type；Three moment equation；Walking beam；Optimizing design；Adaptive genetic algorithm0引言图1步进加热炉步进梁步进式加热炉是连续式加热炉。

关于棒材加热炉液压系统改造分析某棒材厂使用的加热炉于2009年投入使用，该炉由液压驱动，步进式机械运料。

迄今为止，该加热炉基本能够满足工作要求，但在使用过程中我们发现了加热炉的一些缺陷，例如液压泵不合要求、步进梁液压缸和机械结构存在干涉、液压压力损失过高等。

文章着重研究了这些缺陷存在的根源——步进梁液压系统，对液压系统进行分析，最终提出了一套改造方案。

经实际使用和测算，这套改进方案有效提高了加热炉的稳定性，且降低了生产成本。

标签：加热炉；步进梁；液压系统；改造1 加热炉机械设备1.1 步进机构简介步进机构指的是主动件持续运动时从动件做间歇运动的机构。

工厂所使用的加热炉的步进机构由1套平移框架，1套升降框架、定心装置、升降滚轮、液压缸等部分组成。

除此之外，还有一些配套附件，如位移传感器、行程开关等。

步进机构的动力来自于液压驱动装置。

该机构的移动主要靠两组滚轮实现，其中上滚轮上布置的是平移框架，下滚轮上布置的是升降框架。

当下滚轮沿着敷设在斜面上的轨座移动时，升降框架就会做相应的升降运动。

定心装置可分为平移定心装置和升降定心装置两种，其中平移定心装置是用来保持平移方向水平、准确，始终与加热炉中心线保持平行的装置，它可以使钢坯在炉内的跑偏量保持在可接受范围内。

升降定心装置的作用与平移定心装置类似，它设置在升降框架的两边，用来保持升降运动沿直线运动。

液压缸也相应分为水平移动液压缸和升降移动液压缸，其作用是為框架传递运动的动力。

水平移动液压缸布置在加热炉中心线上，升降移动液压缸则沿加热炉中心线对称布置，它们都固定在混凝土基础上，活塞杆和相应的运动框架相连。

1.2 步进机构的特点总体来说，步进机构有以下特点：（1）便于安装调整；（2）机构工作平稳，噪音小；（3）机构强度高，寿命长，可靠性好；（4）大多数构件由钢制成，易于制造和更换；（5）结构简单，很多构件是相同的，具有互换性，易于维护。

2 液压系统阐述液压系统是步进机构的根本动力来源。

加热炉提升液压系统优化改造作者：李发宏李永君徐浩杰来源：《中国科技博览》2016年第26期摘要深入探寻加热炉液压提升系统的工作原理，对油缸动作进行优化，重新选取影响振动的核心阀组，通过技术改造降低了液压冲击，提高了设备的使用寿命。

关键词液压冲击；插装阀；程序优化；蓄能器组【分类号】：TD353.5型钢厂大型线的步进式加热炉采用法国斯坦因数字化燃烧技术，此技术为斯坦因公司于20世纪初研发并负责建造，设备的全部动作由液压系统完成，在多年的运行中，液压阀台及管路震动较大，油缸在动作时容易产生油液泄露，不仅造成了大量的液压故障停机，也造成了大量煤气能源的浪费，给生产的运行带来的成本损耗巨大。

1 加热炉提升阀台的研究及故障分析当步进梁提升液压缸开始动作时，可以发现主管路及支管路的振动异常明显，故障点主要存在于系统的设计及阀台元件的选取中，通过分析，一方面原液压系统对减少液压冲击的设计较为简单，且在施工后由于工时较短，导致整个比例系统程序调试均未全部完成。

另一方面，对提升阀组液压元件选取不合理，导致整个提升阀组启闭过程中，液压缸补油过程不及时造成液压冲击异常增大。

2改造方案2.1为了保证提升油缸的速度为一定值，在主油路中使用了比例节流阀对通往油缸的油量进行节流，即对油缸的速度进行了调节。

由于比例节流作用，导致节流阀出口油路的压力降低，使得通往液压缸油路的流量瞬间减少，一定程度上产生了吸空现象，由此产生了较大的压力冲击，使得阀台及管路震动产生，因此需要对主管路中比例节流阀出口的油量进行调节，来降低液压缸提升时的瞬间冲击。

通过对系统原理图进行分析，我们认为对油量有调整作用的为一个插装阀，在液压缸提升时，高压油首先通过一个带减压阀的二通插装阀，由它对管路流量进行减压，减压后的压力油通往比例节流阀，因此需要此减压阀进行改造。

此二通插装阀为带减压功能的插装阀，减压阀为先导式锥阀，集成在插装阀盖板上，其主阀芯组件为插装阀用于控制盖板封闭，其作用原理为：作用于A口的压力经控制油的节流孔进入主阀芯弹簧腔，当压力地与性能极限或先导阀弹簧设定压力时，主阀芯的液压力平衡，弹簧力使主阀芯保持开启状态，因此，油液可以自由的从B口流入A口。

2． 1 板坯上升或者下降被检测到溢出量计算
实际生产运行过程中，经过多次观察和 分析趋势图发现，一旦步进梁托起板坯上升 时，此时炉内激光就检测到板坯，到现场炉墙 上火焰监视孔观察，板坯横向前端确实刚好 在此，趋势如图 2（ a） 所示，另一种情况，步进 梁托起板坯平移的过程中，炉内激光并没有 检测到板坯，但步进梁托起板坯下降放在炉 内固定梁的过程中，此时炉内激光检测到板 坯，趋势如图 2 （ b） 所示，然而设计院软件设 计时并没有考虑这两种特殊情况，仍然利用 板坯平移 时 炉 内 激 光 的 上 升 沿 来 计 算 溢 出 量，造成因溢出量偏差大，从而出钢行程偏差 大，这就造成了板坯在炉内挤偏或者砸在步 进梁活动梁上的情况，所以必须增加板坯上 升或者下降被检测到溢出量计算模型，从图 2（ a） 和图（ b） 可以看出，这两种情况经常伴 随着激光的多次闪烁，在编写这两种情况下
2 板坯溢出量计算错误原因及解决措施
步进梁通过正循环把板坯运送到达出炉 侧激光定位点时，步进梁走完最后一个循环周 期后停在后下位，而此时板坯横向前端距激光
560.0 528.0 495.0 462.0 429.0 396.0 363.0 330.0 297.0 264.0 231.0 198.0 165.0 132.0 99.0 66.0 33.0
通过上述改进，出钢影响生产的情况大 亮，但板坯出来后就是不居中甚至撞护板，通
为好转，但是实际生产过程中，特别是宽度大 过多次现场观察和考察分析，以及通过从炉
·31·
内工业电视上查看，发现步进梁在平移过程 中，剥落的氧化铁皮和板坯紧靠在一起，激光 最初检测到氧化铁皮，因氧化铁皮和板坯间 无间隙，板坯实际位置根本不能真实检测出 来，这就造成了溢出量计算出现偏差，造成出 钢行程出现偏差； 因此造成出钢撞辊道护板 而影响生产的现象时有发生，经过多次的分 析讨论，唯有对板坯的位置进行二次确定才 能保证出钢不影响生产，但这种情况如果通 过现有的检测设备是不可能解决问题的，最 终，我们在两座加热炉外各安装一个精度是 为 0． 1mm 的激光测距仪，用来检测辊道边缘 到板坯边缘的距离，编写 PLC 控制程序，并 通过相关的连锁控制，在原有位置控制的基 础上，再加上一个保护屏障，解决了对所有溢

３ 改造 方案
３ １ 改 造 内容 ．
（ ）原系统 控 制 阀均 采 用 Ａ １０ 电磁 铁 ， 易 ４ Ｃ １Ｖ 容
因阀芯卡 滞引起 电磁 铁烧 毁 ， 导致 停机 ； （ ）步进 炉液压 系统 的 主要 元 件 为 非标 产 品 ， ５ 部
引 言
武钢 热轧 厂 １ ０ ７ ０热 轧 线 ２号 加 热 炉 是 步 进 梁 式
加热 炉 ， 造 于 ２ 纪 ７ 代末 ， 日本设 计 制 造 的 建 ０世 ０年 为 产 品。该加 热 炉液压 系 统运 行 多 年 ， 分 液压 元 件 已 部 淘汰 、 管道 老化 锈蚀 ， 控制 方 式落 后 ， 控制 精度 低 ， 不能 适 应 当前产 需求 ， 需进 行改 造 。 急
１ 原 液压 系统 的特 点及 存在 的 问题
１ １ 原 系统特 点 ．
（ ）原 系 统 主 泵 采 用 油 压 平 衡 型 双 联 定 量 叶 片 １ 泵 ， 中 Ｈ泵 流量 为 ９ ／ ｎ Ｓ泵流量 为 １７Ｌ ｍ ｎ 其 ４Ｌ ｍｉ， ５ ／ ｉ，
总 流量 为 ２ １Ｌ ｒｉ， 制 泵 为 油 压 平 衡 型 定 量 叶 片 ５ ／ ｎ 控 ａ 泵 ， 量为 ４ ／ ｎ 流 ３Ｌ ｍｉ。图 １所 示 为 单 台泵 与 Ａ 阀组 Ｄ 合 使用 的调 速原 理 ； （ ）主 泵与 Ａ 阀组 合 使 用 （ 图 １所 示 ） 以完 ２ Ｄ 如 ， 成 步进梁 的 加 速 与 减 速 。 Ａ 阀位 液 控 滑 阀 式 ， 阀 Ｄ 滑
２１ ０ ０年 第 ７期
液 压 与 气动
７ ７
某 厂 热 轧 线 １ 步 进 梁 式 加 热 炉 液 压 系 统 改 造 ＃
付曙光 ，郭 媛 ，陈奎生 ，曾 良才 ，陈新 元 傅连 东 李 ， ， 桥

步进式加热炉液压节能改造刘小民【摘要】The energy conservation and emission reduction is the transformation trend in enterprises at present By reforming the furnace bottom machinery of walking beam furnace in certain steel plant, reconstruction is made based on the original hydraulic cylinder, with the potential energy stored in the energy accumulator. The potential energy can be converted to kinetic energy by energy accumulator which facilitates to elevating the frame structure. The energy consumption is calculated and compared, with further comparison of advantages and disadvantages between old and new schemes, which is a good example of energy conservation and emission reduction for steel companies.%节能减排是目前企业的转型趋势,通过改造某钢厂步进式加热炉的炉底机械,在原有液压缸基础上进行改造,并将势能储存在蓄能器中,利用蓄能器将势能转化为动能,起到了助推提升框架的作用.同时还核算并对比了耗电量,并提出新旧两个方案的优缺点,成为钢企节能减排的优秀案例.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P107-109)【关键词】步进炉;节能;蓄能器;提升液压缸;平移液压缸【作者】刘小民【作者单位】中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司武汉430223【正文语种】中文【中图分类】TG457.23目前我国正由粗放型向集约型社会转型，节能改造是钢企降低能耗、提高产能的大趋势。