步进梁

在某钢厂的重卷包装设计过程中，根据运输钢卷的规格和工艺设备布置特点，借鉴某钢厂引进酸轧机组的出口步进梁的结构形式，优化设计出1种新型步进梁。其特点如下。

1）新型步进梁采用“T”字型立柱，替代常规步进梁固定梁的“口”字型立柱，取消了埋入混凝土部分的框架，简化了鞍座之间较长的连接横梁，经校核螺栓受到的应力均远小于许用应力，螺栓强度满足工况要求，简化了结构，减轻了设备质量，节省了设备制造的成本。

2）常规步进梁车轮轨道的设计，为了防止步进梁倾翻，在轨道的上方设有等长的上压轨约束车轮。在此次设计过程中，通过计算，在最不利条件下，动梁自重与钢卷的倾翻力矩之比n=2．75，通过自重可以消除步进梁头部或尾部放1个最大规格钢卷时的倾翻力距，且余量较大，故取消压轨及压轨梁，优化了设计，简化了结构。

通过以上2项的优化设计，优化方案，简化结构，设备质量35t减少到25t，设备质量减少了28．5%，减少了设备制造、土建施工、设备安装维护等环节的成本，节省了项目投资 。

虽然经常采用的步进梁有4种类型，但是平移液压缸机构的设计基本上是相同的，步进梁升降机构的受力分析比较简单，归纳为根据液压缸的受力和液压回路的工作压力选择合适规格的液压缸。偏心轮式步进梁的受力分析、运动轨迹相对复杂，也包含了升降液压缸的设计选型，所以下面以典型的偏心轮式步进梁为例，分析一下步进梁的设计计算过程。

步进梁是轧钢厂最常用的钢卷运输设备之一，从热轧卷取机出来的钢卷一般是通过步进梁运输，到后面通过快速链，慢速链运送到成品库。冷轧、镀锌、连退线的出入口也都用步进梁来运输钢卷。步进梁根据布置位置的不同分为入口步进梁和出口步进梁。

步进梁一般处于地下，步进梁上布置有马鞍形焊接结构的固定鞍座，每个固定鞍座相距一定距离进行布置，移动梁每运行一个周期则会把钢卷从一个固定鞍座移动到下一个固定鞍座上。步进梁由升降机构和横移机构来实现步进式输送物料。在个别情况下可以由偏心回转机构来实现步进。

在现代化的热轧、冷轧和带钢处理线车间，步进梁是不可缺少的重要工艺设备之一。对钢铁行业中常见的各种步进梁进行了归纳分析，并对设计中主要参数作了推算。此外还介绍了1种新型“T”型梁的优化方案，这些对步进梁的选型和设计有较好的参考价值 。

根据车间的生产工艺需求，钢卷有立卷和卧卷2种状态。无论是立卷还是卧卷，对步进梁的本体结构和工作原理没有任何影响，只是鞍座型式和升降行程稍有不同。

步进梁通过动梁“上升－前进－下降－后退”周期性的运动，实现钢卷在固定鞍座上的步进式搬运。步进梁的运动分为平移运动和升降运动两部分，平移运动一般由平移液压缸装置驱动。根据升降机构的型式步进梁可分为垂直式、连杆式、斜坡式和偏心轮式。垂直式步进梁的升降由液压缸直接升起，升降行程可以做得较大，通常使用的行程可达380mm，但大于400mm时对液压缸活塞杆的刚度要求较高，动梁运行的稳定性减小，升降时要求两液压缸同步，液压缸需要配备线性位移传感器或拉线式编码器，液压控制和自动控制系统要求较高，用于轻中型负荷的钢卷运输。连杆式步进梁由连杆摆动实现动梁升降，并有连杆保证动梁升降的同步性，液压回路和控制系统较为简单，常用于轻中型负荷的钢卷运输。斜坡式步进梁通过车轮和斜坡实现升降，能承重较大的负载，多用于加热炉中钢坯的运输。偏心轮式步进梁通过偏心轮机构实现升降，动梁升降距离是偏心轮摆角的函数，液压缸匀速运动时，动梁上升的速度是慢－快－慢的变化，低速启动和停止，冲击相对较小，运行平稳，而且偏心轮步进梁承载能力好，维护简单，升降行程多用于50～280mm，行程大于300mm 时，偏心轮配用轴承外径达到950mm，轴承规格较大增加成本，所以此型步进梁的升降行程不宜太大。

步进梁的结构基本由固定部件和活动部件组成，固定部件主要由轨道装配、立柱、横梁、固定鞍座和导向轮等组成，活动部件主要有箱型活动梁、升降机构、平移机构和车轮组等组成，升降和平移机构均为液压缸驱动 。

行程的确定，步进梁的运动为步进式运动，步距的大小就是平移液压缸的行程，也是固定鞍座和动梁鞍座的间距。平移液压缸的头部铰链在动梁上，动梁升降时，平移液压缸存在一定角度的摆动，会引起动梁鞍座相对固定鞍座的水平位移，可能会使钢卷发生轻微的晃动。平移液压缸的水平布置，不是定位在动梁的最高点或最低点，而是动梁上升过程接触钢卷的位置进行定位，一般取动梁上下极限的中点。这样可以减小钢卷在鞍座上的轻微晃动。

在空间位置允许的情况下，尽量把平移液压缸布置在头部或步进梁下方，使步进梁运卷时液压缸活塞杆承受拉力，如果液压缸推动动梁前进，活塞杆承受压力，活塞杆要进行稳定性计算，但目前大多工程设计中液压缸的工作压力均为10MPa左右，属于中低压工作范围，但是冶金行业的液压缸均为重型系列，经多次校核，稳定安全系数均较大，所以可以不进行压杆稳定性计算。如果要进行校核 。

步进梁升降机构的设计

根据步进梁与入口衔接设备、与在线设备的接口关系，以及动梁鞍座和固定梁鞍座的高差关系，确定动梁所需升降高度。

当偏心轮匀速转动时，对偏心轮和车轮整体进行受力分析，对车轮中心求力矩，可以得到液压缸的推力。在偏心轮的升降过程中，升降液压缸尾部铰接在动梁上，和动梁及偏心轮中心一起运动，所以升降液压缸尾部的运动轨迹和偏心轮的中心是相同的。

步进梁车轮轴的强度计算

车轮轴的大小直接影响偏心轮及相关的轴承和轴承座尺寸，对车轮轴的强度进行校核，在满足强度的情况下，设计合理尺寸车轮轴可以节省设备成本。

设计过程中还要注意步进梁运动部件与本体和相邻设备的运动关系，以及拖链、配管、与周边设备的空间关系，避免发生干涉，在进行偏心轮的运动轨迹图解时，要作图液压缸轴头、车轮轴和连杆的轮廓线，避免升降液压缸和同步连杆和车轮轴干涉，还要注意满足电气控制需求所配备的电气元件的设计选型 。

通过分析步进梁的原理、结构和设计理论，结合某钢厂重卷包装项目的实践应用，使该项目的方案布置更合理，结构形式更紧凑，节省了工程项目的投资。在具体的工程项目中，依据步进梁的原理和结构特点，通过在动梁上增设升降或旋转鞍座、用悬臂鞍座代替固定梁鞍座，可以衍生出多种型式的步进梁 。2100433B

70年代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。同推钢式炉相比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。2100433B

步进式加热炉是靠步进梁的升降进退来带动料坯前进的，其工作原理如下：起始位置，活动炉底在坯料下面最低位置，坯料两端架在炉内的固定炉底上，以后在活动炉底升起将坯料托起，接着活动炉底下降将坯料放在固定炉底上，最后活动炉底又回复到原来位置，由上可知，活动炉底运动的轨迹为一个矩形，它运动一个循环的时间叫“周期”，它运动一次使坯料前行的距离叫“行程”。

世界上第一座步进梁式炉是在1965年由美国米德兰特——洛斯公司的色非斯公司设计。1967年4月在美国的格拉尼特西蒂厂建成。

紧接着由法国斯太因公司又设计了他们的首座步进梁式炉，并于1968年初将这座世界上第二座梁式炉，在比利时的谢塔尔钢厂建成。后来日本中外炉公司很快把这种炉型不停的设计，不停的建成。直到近年已形成国际上最著明的两个炉子公司——法国斯太因公司和日本中外炉公司。该炉型一问世就很快受到欢迎。相继在发达国家大批出现。从炉型变化过程可略分三个时代，即第一代、第二代和第三代步进梁式炉。

从80年代初起，世界能源价格继续上涨，促使各厂家进一步寻找节能措施及进一步提高产品质量和改善加热炉均性能。因此，产生了第三代步进梁式炉。