基本介紹
簡介,步進梁的基本原理及結構,步進梁的套用選型,步進梁設計計算,平移液壓缸機構的設計,升降機構的設計,車輪軸的強度計算,總結,
簡介
步進梁是軋鋼廠最常用的鋼卷運輸設備之一，從熱軋卷取機出來的鋼卷一般是通過步進梁運輸，到後面通過快速鏈，慢速鏈運送到成品庫。冷軋、鍍鋅、連退線的出入口也都用步進梁來運輸鋼卷。步進梁根據布置位置的不同分為入口步進梁和出口步進梁。
步進梁一般處於地下，步進樑上布置有馬鞍形焊接結構的固定鞍座，每個固定鞍座相距一定距離進行布置，移動梁每運行一個周期則會把鋼卷從一個固定鞍座移動到下一個固定鞍座上。步進梁由升降機構和橫移機構來實現步進式輸送物料。在個別情況下可以由偏心迴轉機構來實現步進。
在現代化的熱軋、冷軋和帶鋼處理線車間，步進梁是不可缺少的重要工藝設備之一。對鋼鐵行業中常見的各種步進梁進行了歸納分析，並對設計中主要參數作了推算。此外還介紹了1種新型“T”型梁的最佳化方案，這些對步進梁的選型和設計有較好的參考價值。
步進梁的基本原理及結構
根據車間的生產工藝需求，鋼卷有立卷和臥卷2種狀態。無論是立卷還是臥卷，對步進梁的本體結構和工作原理沒有任何影響，只是鞍座型式和升降行程稍有不同。
步進梁通過動梁“上升－前進－下降－後退”周期性的運動，實現鋼卷在固定鞍座上的步進式搬運。步進梁的運動分為平移運動和升降運動兩部分，平移運動一般由平移液壓缸裝置驅動。根據升降機構的型式步進梁可分為垂直式、連桿式、斜坡式和偏心輪式。垂直式步進梁的升降由液壓缸直接升起，升降行程可以做得較大，通常使用的行程可達380mm，但大於400mm時對液壓缸活塞桿的剛度要求較高，動梁運行的穩定性減小，升降時要求兩液壓缸同步，液壓缸需要配備線性位移感測器或拉線式編碼器，液壓控制和自動控制系統要求較高，用於輕中型負荷的鋼卷運輸。連桿式步進梁由連桿擺動實現動梁升降，並有連桿保證動梁升降的同步性，液壓迴路和控制系統較為簡單，常用於輕中型負荷的鋼卷運輸。斜坡式步進梁通過車輪和斜坡實現升降，能承重較大的負載，多用於加熱爐中鋼坯的運輸。偏心輪式步進梁通過偏心輪機構實現升降，動梁升降距離是偏心輪擺角的函式，液壓缸勻速運動時，動樑上升的速度是慢－快－慢的變化，低速啟動和停止，衝擊相對較小，運行平穩，而且偏心輪步進梁承載能力好，維護簡單，升降行程多用於50～280mm，行程大於300mm 時，偏心輪配用軸承外徑達到950mm，軸承規格較大增加成本，所以此型步進梁的升降行程不宜太大。
步進梁的結構基本由固定部件和活動部件組成，固定部件主要由軌道裝配、立柱、橫樑、固定鞍座和導向輪等組成，活動部件主要有箱型活動梁、升降機構、平移機構和車輪組等組成，升降和平移機構均為液壓缸驅動。
步進梁的套用選型
在某鋼廠的重卷包裝設計過程中，根據運輸鋼卷的規格和工藝設備布置特點，借鑑某鋼廠引進酸軋機組的出口步進梁的結構形式，最佳化設計出1種新型步進梁。其特點如下。
1）新型步進梁採用“T”字型立柱，替代常規步進梁固定梁的“口”字型立柱，取消了埋入混凝土部分的框架，簡化了鞍座之間較長的連線橫樑，經校核螺栓受到的應力均遠小於許用應力，螺栓強度滿足工況要求，簡化了結構，減輕了設備質量，節省了設備製造的成本。
2）常規步進梁車輪軌道的設計，為了防止步進梁傾翻，在軌道的上方設有等長的上壓軌約束車輪。在此次設計過程中，通過計算，在最不利條件下，動梁自重與鋼卷的傾翻力矩之比n=2．75，通過自重可以消除步進梁頭部或尾部放1個最大規格鋼卷時的傾翻力距，且餘量較大，故取消壓軌及壓軌梁，最佳化了設計，簡化了結構。
通過以上2項的最佳化設計，最佳化方案，簡化結構，設備質量35t減少到25t，設備質量減少了28．5%，減少了設備製造、土建施工、設備安裝維護等環節的成本，節省了項目投資。
步進梁設計計算
雖然經常採用的步進梁有4種類型，但是平移液壓缸機構的設計基本上是相同的，步進梁升降機構的受力分析比較簡單，歸納為根據液壓缸的受力和液壓迴路的工作壓力選擇合適規格的液壓缸。偏心輪式步進梁的受力分析、運動軌跡相對複雜，也包含了升降液壓缸的設計選型，所以下面以典型的偏心輪式步進梁為例，分析一下步進梁的設計計算過程。
平移液壓缸機構的設計
行程的確定，步進梁的運動為步進式運動，步距的大小就是平移液壓缸的行程，也是固定鞍座和動梁鞍座的間距。平移液壓缸的頭部鉸鏈在動樑上，動梁升降時，平移液壓缸存在一定角度的擺動，會引起動梁鞍座相對固定鞍座的水平位移，可能會使鋼捲髮生輕微的晃動。平移液壓缸的水平布置，不是定位在動梁的最高點或最低點，而是動樑上升過程接觸鋼卷的位置進行定位，一般取動樑上下極限的中點。這樣可以減小鋼卷在鞍座上的輕微晃動。
在空間位置允許的情況下，儘量把平移液壓缸布置在頭部或步進梁下方，使步進梁運卷時液壓缸活塞桿承受拉力，如果液壓缸推動動梁前進，活塞桿承受壓力，活塞桿要進行穩定性計算，但目前大多工程設計中液壓缸的工作壓力均為10MPa左右，屬於中低壓工作範圍，但是冶金行業的液壓缸均為重型系列，經多次校核，穩定安全係數均較大，所以可以不進行壓桿穩定性計算。如果要進行校核。
升降機構的設計
根據步進梁與入口銜接設備、與線上設備的接口關係，以及動梁鞍座和固定梁鞍座的高差關係，確定動梁所需升降高度。
當偏心輪勻速轉動時，對偏心輪和車輪整體進行受力分析，對車輪中心求力矩，可以得到液壓缸的推力。在偏心輪的升降過程中，升降液壓缸尾部鉸接在動樑上，和動梁及偏心輪中心一起運動，所以升降液壓缸尾部的運動軌跡和偏心輪的中心是相同的。
車輪軸的強度計算
車輪軸的大小直接影響偏心輪及相關的軸承和軸承座尺寸，對車輪軸的強度進行校核，在滿足強度的情況下，設計合理尺寸車輪軸可以節省設備成本。
設計過程中還要注意步進梁運動部件與本體和相鄰設備的運動關係，以及拖鏈、配管、與周邊設備的空間關係，避免發生干涉，在進行偏心輪的運動軌跡圖解時，要作圖液壓缸軸頭、車輪軸和連桿的輪廓線，避免升降液壓缸和同步連桿和車輪軸干涉，還要注意滿足電氣控制需求所配備的電氣元件的設計選型。
總結
通過分析步進梁的原理、結構和設計理論，結合某鋼廠重卷包裝項目的實踐套用，使該項目的方案布置更合理，結構形式更緊湊，節省了工程項目的投資。在具體的工程項目中，依據步進梁的原理和結構特點，通過在動樑上增設升降或旋轉鞍座、用懸臂鞍座代替固定梁鞍座，可以衍生出多種型式的步進梁。
