一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法及纵水梁的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法及纵水梁，涉及加热炉技术领域，用于简化纵水梁的制作过程以及提高纵水梁的计算准确性。所述步进梁式加热炉的纵水梁制作方法包括：根据用于支撑所述纵水梁的支撑柱的数量和间距以及所述纵水梁上的坯料重量，计算获得所述纵水梁的预设截面参数；根据所述纵水梁的预设截面参数，校核所述纵水梁的强度和刚度，并在所述纵水梁的强度和刚度满足需求时，确定所述纵水梁的实际截面参数；根据所述纵水梁的实际截面参数制作所需的纵水梁。所述步进梁式加热炉的纵水梁包括上述技术方案所提的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法。本发明提供的步进梁式加热炉的纵水梁用于输送和支撑坯料。
【专利说明】
一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法及纵水梁
技术领域
[0001] 本发明涉及加热炉技术领域，尤其涉及一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法及 纵水梁。
【背景技术】
[0002] 在使用步进梁式加热炉对钢坯进行加热时，通过设置纵水梁来输送和支撑炉内的 坯料。纵水梁的结构与加热炉的能耗、步进梁式加热炉的使用寿命以及坯料的断面温差、加 热质量息息相关，因此纵水梁的制作过程对步进梁式加热炉的功能有着重要影响。
[0003] 目前，在制作纵水梁的过程中，一般先制作用于支撑纵水梁的支撑柱，然后根据经 验选择纵水梁的截面参数，再根据经验对选定的纵水梁进行试算，以确定大致满足工作需 求的纵水梁。
[0004] 然而，实际生产中所用的步进梁式加热炉内的坯料种类、规格以及纵水梁的布置 方式多种多样，这就导致在制作纵水梁时，需要进行繁琐的试算，并需要反复调整纵水梁的 截面参数，导致纵水梁的制作过程费时、费力，而且也容易出现错误。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法及纵水梁，用于简 化纵水梁的制作过程，提高纵水梁的计算准确性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本发明的第一方面提供一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，包括：
[0008] 步骤100、根据用于支撑所述纵水梁的支撑柱的数量和间距以及所述纵水梁上坯 料的重量，计算获得所述纵水梁的预设截面参数；
[0009] 步骤200、根据所述纵水梁的预设截面参数，校核所述纵水梁的强度和刚度，并在 所述纵水梁的强度和刚度满足需求时，确定所述纵水梁的实际截面参数；
[0010] 步骤300、根据所述纵水梁的实际截面参数制作所需的纵水梁。
[0011] 基于上述步进梁式加热炉的纵水梁制作方法的技术方案，本发明的第二方面提供 一种步进梁式加热炉的纵水梁，所述纵水梁包括连续梁和两个悬臂梁，每个所述悬臂梁一 端分别与支撑柱和连续梁连接，另一端悬空。
[0012] 与现有技术相比，本发明提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法的有益效果 为：
[0013] 本发明提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法中，在制作纵水梁时，首先利用 支撑柱的数量和间距以及纵水梁上的坯料的重量进行计算，以获取纵水梁的预设截面参 数，这样就可以根据步进梁式加热炉内的实际情况，得到较为准确的、并包括纵水梁截面尺 寸在内的预设截面参数，从而避免了仅凭经验而盲目选取纵水梁的预设参数，减少了试算 的次数，进而简化了纵水梁的制作过程，提高了纵水梁的计算准确性。
【附图说明】
[0014] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0015] 图1为本发明实施例中步进梁式加热炉的纵水梁制作方法流程图；
[0016] 图2为本发明实施例中获取纵水梁的预设截面参数的流程图；
[0017]图3为本发明实施例中坯料布置方式示意图；
[0018] 图4为本发明实施例中纵水梁截面示意图；
[0019] 图5为本发明实施例中单个纵水梁所受的坯料均布载荷示意图；
[0020] 附图标记：
[0021] 1-纵水梁， 11-连续梁，
[0022] 12-悬臂梁， 13-支撑管，
[0023] 14-连接块， 2-支撑柱，
[0024] 3-还料。
【具体实施方式】
[0025] 为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的步进梁式加热炉的纵 水梁制作方法及纵水梁进行详细描述。
[0026] 请参阅图1，本发明实施例提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法包括：：
[0027]步骤100、根据用于支撑纵水梁1的支撑柱2的数量和间距以及纵水梁1上坯料3的 重量，计算获得纵水梁1的预设截面参数。此步骤首先根据加热炉的长度以及其他实际需求 设定支撑柱2的数量和间距，然后选择纵水梁1的截面形状类型，再根据支撑柱2的数量和间 距以及纵水梁1上坯料3的重量，计算获得纵水梁1的预设截面参数。其中，纵水梁1的预设截 面参数主要包括纵水梁1的截面尺寸。
[0028]步骤200、根据纵水梁1的预设截面参数，校核纵水梁1的强度和刚度，并在纵水梁1 的强度和刚度满足需求时，确定纵水梁1的实际截面参数。此步骤是利用纵水梁1的预设截 面参数，来计算纵水梁1的强度和刚度，根据计算获得纵水梁1的强度和刚度来判断这种截 面参数的纵水梁1是否能够满足实际需求，满足时进行步骤300,否则重新进行步骤100。 [0029]步骤300、根据纵水梁1的实际截面参数制作所需的纵水梁1。
[0030] 通过上述实施例提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法的具体实施过程可知， 与现有技术相比，本发明实施例提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法的有益效果为：
[0031] 本发明实施例提供的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法中，在制作纵水梁1时，首 先利用支撑柱2的数量和间距以及纵水梁1上坯料的3重量进行计算，以获取纵水梁1的预设 截面参数，这样就可以根据步进梁式加热炉的实际情况，得到较为准确的、并包括纵水梁1 截面尺寸在内的预设截面参数，从而避免了仅凭经验而盲目选取纵水梁1的预设参数，减少 了试算的次数，进而简化了纵水梁1的制作过程，提高了纵水梁1的计算准确性。
[0032] 在上述实施例中，为了获得纵水梁1的预设截面参数，请参阅图2,步骤100通常包 括：
[0033] 步骤110、确定纵水梁1的截面形状;这里所述纵水梁1的截面形状如圆形、椭圆形、 方形、三角形或其他多边形。
[0034]步骤120、获取坯料3的尺寸、坯料3的材料密度和相邻坯料3的间距，获取相邻纵水 梁1的间距，以及获取支撑柱2的数量和间距;坯料3的尺寸是指坯料3的外形尺寸，如坯料的 长、宽、高尺寸;坯料3的材料密度由制成坯料3的材料决定。坯料3的间距与步进梁式加热炉 的炉内空间、纵水梁1的间距以及实际生产需求有关;支撑柱2的数量和间距与放置在纵水 梁1上的坯料3总重量有关。
[0035]步骤130、根据坯料3的尺寸、坯料3的材料密度和相邻坯料3的间距，以及根据相邻 纵水梁1的间距，计算获得纵水梁1承受的坯料3均布载荷q;
[0036] 步骤140、根据支撑柱2的数量和间距、以及坯料3均布载荷q，计算获得纵水梁1的 最大弯矩MmajP纵水梁1的最大挠度f max;
[0037] 步骤150、根据纵水梁1的最大弯矩Mmax，计算纵水梁1的可用截面系数W;并根据纵 水梁1的可用截面系数W和纵水梁1的最大挠度f max，计算并选取纵水梁1的预设截面参数。上 述均布载荷q、纵水梁1的最大弯矩纵水梁1的最大挠度fmax、纵水梁1的可用截面系数W 以及纵水梁1的预设截面参数的计算方式在下文有详细描述，此处暂不做描述。
[0038] 通过上述步骤110~步骤150能够计算出纵水梁1的预设截面参数，相比于现有技 术中凭经验估算，准确度大大提高，因此明显减少了试算的次数，进而简化了纵水梁1的制 作过程。
[0039] 从上述坯料3均布载荷q描述可知，坯料3均布载荷q与坯料3的尺寸、坯料3的材料 密度和相邻坯料3的间距，以及根据相邻纵水梁1的间距有关。而实际计算时，同时还要考虑 步进梁式加热炉内的纵水梁1数量。在步进梁式加热炉内，通常设置有η个纵水梁1，用于对 坯料3进行支撑和输送。在实际生产中，为了提高生产效率，在η个纵水梁1上放置有多个坯 料3,每个坯料3横跨在η个纵水梁1上。为了获得纵水梁1承受的坯料3均布载荷q，步骤130包 括：
[0040] 步骤131、将每个坯料3分成起始段、末尾段以及位于起始段、末尾段之间的（n-1) 个中间段，其中，靠近起始段的纵水梁1为第1纵水梁1，靠近末尾段的纵水梁1为第η纵水梁 1;
[0041] 步骤132、计算获得每个纵水梁1对坯料3的支撑力，具体包括：
[0042] 根据公式办=0〇^+〇.51^)13"/(1^+1^)，计算获得第1纵水梁1的支撑力1?1;
[0043] 根据公SRnzpW.SLrrf+LrObwbh/as+bw)，计算获得第η纵水梁1的支撑力Rn;
[0044] 根据公式1^ = 〇.50〇^i+LObwbhAbs+M，计算获得位于第1纵水梁1和第η纵水梁1 之间的第i纵水梁1的支撑力Ri;
[0045] 步骤133、选取支撑力办、心、1^中的最大值作为纵水梁1的坯料3均布载荷9;
[0046] 其中，P表示坯料3的材料密度;1^表示坯料3的宽度、bh表示坯料3的高度，bs表示相 邻坯料3之间的间距，Lo表示起始段的长度，匕末尾段的长度，U表示第i个中间段的长度，其 中i为大于1且小于(n-1)的整数。
[0047] 在步进梁式加热炉中，每个纵水梁1包括连续梁11和两个悬臂梁12,每个悬臂梁12 一端分别与支撑柱2和连续梁11连接，另一端悬空;连续梁11设置有m个用于连接支撑柱2的 支点，m个支点将连续梁11分成(m-1)个支撑段，在每个支点位置设置一个支撑柱2,用于支 撑纵水梁1和坯料3。当采用具有如上结构的纵水梁1时，步骤140具体包括：
[0048] 步骤141、根据Mix = aiXqLm2计算获得连续梁11的最大弯矩Mix，根据
汁 算获得悬臂梁12的最大弯矩Mxb;
[0049] 步骤142、根据
计算获得连续梁11的最大挠度fix，根据
-计算获得悬臂梁12的最大挠度fxb;
[0050] 步骤143、比较Mix和Mxb，选取其中较大的值作为纵水梁1的最大弯矩Mmax;比较fi x和 f xb，选取其中较大的值作为纵水梁1的最大挠度f max;
[0051] 其中，q表示纵水梁1承受的坯料3均布载荷，m表示连续梁11的弯矩系数，h表示连 续梁11的挠度系数，Lm表示连续梁11中最长的支撑段的长度值，L xb表示悬臂梁12的长度，Elx 连续梁11的弹性模量。Exb表示悬臂梁12的弹性模量，Jlx表示连续梁11的截面惯性矩，J xb表 示悬臂梁12的截面惯性矩。
[0052]在上述步骤140中，通过分段求取连续梁11的弯矩系数&1和连续梁11的挠度系数h 来确定纵水梁1的最大弯矩Mmax和纵水梁1的最大挠度fmax，连续梁11的弯矩系数 &1和连续梁 11的挠度系数bi与支点的个数m有关，具体的，
[0053] 当m = 2时，连续梁11为单跨简支梁，ai = 0.125，bi = 1.302;
[0054] 当m = 3时，连续梁11为两跨连续梁11，ai = 0.07,1^ = 0.521:
[0055] 当m = 4时，连续梁11为三跨连续梁ll，a1 = 0.08，b1 = 0.677;
[0056] 当m = 5时，连续梁11为四跨连续梁11 ^ = 0.077,1^ = 0.632:
[0057] 当 m^6 时，ai = 0.078，bi = 0.644。
[0058] 在上述步进梁式加热炉中，纵水梁1包括两个相平行的支撑管13和将两个相平行 的支撑管13连接为一体的连接块，连接块14的长度1与支撑管13的长度相等。当采用具有如 上结构的纵水梁1时，请参阅图3，步骤150具体包括：
[0059] 步骤151、获取纵水梁1的许用应力[0];具体是根据纵水梁1的材料选取纵水梁1的 许用应力[0]。
[0060] 步骤152、根据纵水梁1的许用应力[0]，计算获取纵水梁1的可用截面系数W，且
[0061] 步骤153、根据可用截面系数W和纵水梁1的最大挠度fmax，选取纵水梁1的预设截面 参数，预设截面参数包括支撑管13的预设外径D和预设内径d，可用截面系数W、预设外径D和 预设内径d三者关系满足如下公式：
[0062]
[0063] 其中，许用应力[0]可以根据实际需求选取，a表示表示纵水梁1中连接块14的宽 度;h表示纵水梁1中接连接块14的高度。
[0064] 另外，在上述实施例中，支撑管13的外径D和内径d还应当同时满足挠度的约束条 件;其中，L表示纵水梁1的最大挠度所对应的悬臂梁12的长度、或者表示纵水梁 1的最大挠度所对应的连续梁11的某个支撑段的长度;N表示挠度判断依据，可以根据工艺 要求选取适当数值。根据上述实施例中纵水梁1最大挠度fmax的计算公式可知，纵水梁1的最 大挠度匕^与纵水梁1截面的惯性矩相关，而纵水梁1截面的惯性矩又与支撑管13的外径D和 内径d相关，其具体计算过程可以通过查表获得，在此不做赘述。
[0065] 请参阅图3-图5,本发明实施例还提供了一种步进梁式加热炉的纵水梁，包括连续 梁11和两个悬臂梁12,每个悬臂梁12-端分别与支撑柱2和连续梁11连接，另一端悬空。在 本发明实施例中，所述步进梁式加热炉的纵水梁的有益效果与上述实施例中的步进梁式加 热炉的纵水梁制作方法的有益效果相同，此处不再赘述。
[0066] 在本发明实施例中，连续梁11设置有m个用于连接支撑柱2的支点，m个支点将连续 梁11分成(m-1)个支撑段，连续梁11上的每个支点位置均连接有一个支撑柱，用于支撑纵水 梁和坯料。其中，连续梁11包括两个相互平行的支撑管13,两个支撑管13之间通过连接块14 连接，且连接块14的长度与支撑管13的长度相等。
[0067] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，所述纵水梁制作方法包括： 步骤100、根据用于支撑所述纵水梁的支撑柱的数量和间距以及所述纵水梁上坯料的 重量，计算获得所述纵水梁的预设截面参数； 步骤200、根据所述纵水梁的预设截面参数，校核所述纵水梁的强度和刚度，并在所述 纵水梁的强度和刚度满足需求时，确定所述纵水梁的实际截面参数； 步骤300、根据所述纵水梁的实际截面参数制作所需的纵水梁。2. 根据权利要求1所述的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，所述步骤 100包括： 步骤110、确定所述纵水梁的截面形状； 步骤120、获取坯料的尺寸、坯料的材料密度和相邻坯料的间距，获取相邻所述纵水梁 的间距，以及获取所述支撑柱的数量和间距； 步骤130、根据所述坯料的尺寸、所述坯料的材料密度和相邻所述坯料的间距，以及根 据相邻所述纵水梁的间距，计算获得所述纵水梁承受的坯料均布载荷q; 步骤140、根据所述支撑柱的数量和间距以及所述坯料均布载荷q，计算获得所述纵水 梁的最大弯矩Mmx和所述纵水梁的最大挠度f max ; 步骤150、根据所述纵水梁的最大弯矩Mmax，计算纵水梁的可用截面系数W;并根据纵水 梁的可用截面系数W和所述纵水梁的最大挠度fmax，计算并选取所述纵水梁的预设截面参 数。3. 根据权利要求2所述的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，所述步进梁 式加热炉包括η个所述纵水梁，在η个所述纵水梁上放置有多个所述坯料，每个所述坯料横 跨在η个所述纵水梁上;所述步骤130包括： 步骤131、将每个所述坯料分成起始段、末尾段以及位于起始段、末尾段之间的(η-1)个 中间段，其中，靠近所述起始段的纵水梁为第1纵水梁，靠近所述末尾段的纵水梁为第η纵水 梁； 步骤132、计算获得每个所述纵水梁对所述坯料的支撑力，具体包括： 根据公SRfPao+OUbwbhAbs+bw)，计算获得所述第1纵水梁的支撑力R1; 根据公式Rr^P^.SLrrf+LrObwbh/as+bw)，计算获得所述第η纵水梁的支撑力Rn; 根据公SRiiO.Span+LObwbhAbs+bw)，计算获得位于所述第1纵水梁和所述第η纵水 梁之间的第i纵水梁的支撑力R1; 步骤133、选取所述支撑力办^^匕中的最大值作为所述纵水梁的坯料均布载荷^ 其中，P表示所述坯料的密度;1^表示所述坯料的宽度、bh表示所述坯料的高度，bs表示 相邻所述坯料之间的间隙长度，L〇表示所述起始段的长度，Ln所述末尾段的长度，U表示第i 个所述中间段的长度，其中i为大于1且小于(η-1)的整数。4. 根据权利要求2所述的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，每个所述纵 水梁包括连续梁和两个悬臂梁，每个所述悬臂梁一端分别与支撑柱和连续梁连接，另一端 悬空;所述连续梁设置有m个用于连接所述支撑柱的支点，m个支点将所述连续梁分成(m-1) 个支撑段;所述步骤140包括： 步骤141、根据Mix = ai X qLm2计算获得所述连续梁的最大弯矩Mix，根据.4#^ = - $计算 2 获得所述悬臂梁的最大弯矩Mxb; 步骤142、根据计算获得所述连续梁的最大挠度fix，根据 计算获得所述悬臂梁的最大挠度fxb;步骤143、比较所述Mix和所述Mxb，选取其中较大的值作为所述纵水梁的最大弯矩Mmax;比 较所述fix和所述fxb，选取其中较大的值作为所述纵水梁的最大挠度fmax; 其中，q表示所述纵水梁承受的坯料均布载荷，ai表示所述连续梁的弯矩系数，h表示所 述连续梁的挠度系数，Lm表示所述连续梁中最长的所述支撑段的长度值，Lxb表示所述悬臂 梁的长度，E lx所述连续梁的弹性模量。Exb表示所述悬臂梁的弹性模量，Jlx表示连续梁的截 面惯性矩，J xb表示所述悬臂梁的截面惯性矩。5. 根据权利要求4所述的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，当m = 2时， 所述连续梁为单跨简支梁，所述ai = 0.125，所述bi = 1.302; 当m=3时，所述连续梁为两跨连续梁，所述ai = 0 · 07，所述bi = 0 · 521; 当m=4时，所述连续梁为三跨连续梁，所述ai = 0.08，所述bi = 0.677; 当m=5时，所述连续梁为四跨连续梁，所述ai = 0 · 077，所述bi = 0 · 632; 当 m^6时，ai = 0 · 078，bi = 0 · 644。6. 根据权利要求2所述的步进梁式加热炉的纵水梁制作方法，其特征在于，所述纵水梁 包括两个相平行的支撑管，两个支撑管之间通过连接块连接，且所述连接块的长度与所述 支撑管的长度相等;所述步骤150包括： 步骤151、获取所述纵水梁的许用应力[〇]; 步骤152、根据所述纵水梁的许用应力[〇]，计算获取所述纵水梁的可用截面系数W、且步骤153、根据所述可用截面系数W和所述纵水梁的最大挠度fmax，选取所述纵水梁的预 设截面参数，所述预设截面参数包括支撑管的预设外径D和预设内径d，所述可用截面系数 W、预设外径D和预设内籽d二者关系滿足如下公式：其中，a表示连接块的宽度;h表示连接块的高度。7. -种步进梁式加热炉的纵水梁，其特征在于，所述纵水梁包括连续梁和两个悬臂梁， 每个所述悬臂梁一端分别与支撑柱和连续梁连接，另一端悬空。8. 根据权利要求7所述的步进梁式加热炉的纵水梁，其特征在于，所述连续梁设置有m 个用于连接所述支撑柱的支点，m个支点将所述连续梁分成(m-1)个支撑段。9. 根据权利要求7所述的步进梁式加热炉的纵水梁，其特征在于，所述连续梁包括两个 相互平行的支撑管，两个所述支撑管之间通过连接块连接，且所述连接块的长度与所述支 撑管的长度相等。
【文档编号】F27B9/30GK105953579SQ201610498964
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】王浩, 詹茂华, 周炜, 严云福, 叶学农
【申请人】中冶华天工程技术有限公司, 中冶华天（安徽）节能环保研究院有限公司