天津市赛洋工业炉有限公司 刘光第
摘要：分析了步进炉步进机构各步运动阻力的计算，并列出了各步运动阻力的计算公式，同时运用于实例计算。 关键词：步进炉、步进机构、力、计算
Walking mechanism driving force calculation
TianJin SAIYANG Industrial Furnace Co.,Ltd. Liu GuangDi
Abstract: the article analyse motion resistance force of each step of
walking mechanism, and list each step of motion resistance
force formula and apply to the actual example .
Key words: walking beam furnace ,walking mechanism ,
force,calculation.
步进梁式加热炉和步进梁式热处理炉及步进底式加热炉，在冶金和机械行业，得到广泛应用。我公司设计、施工、安装了多种不同长度、宽度的步进梁式炉和步进底式炉。工件质量最小的仅为112kg，质量最大的为2826kg，工件最短的为3m。最长的为16m，炉子最短的为4.8m，最长的为16.8m，炉子最窄的为3.9m，最宽的为16.9m。炉内工件总质量最小的为3.8t，最大的为238t。
这些步进梁式和步进底式炉设计中，都必须进行步进机构传动装置的设计与计算。在计算中，发现个别资料计算公式有误。因此，查阅了相关手册、书籍和资料，并对步进机构的运动原理及动力学进行分析，整理出步进梁式炉及步进底式炉步进机构传动装置力学计算公式。
1.步进梁的运动轨迹
步进梁的运动轨迹，如图一所示：
步进梁正常工作状态，是按正循环运动，只在特殊需要时，步进梁才按逆循环运动或作踏步运动。
现代的步进炉，其步进机构，一般由步进梁、水平移动框架、水平移动滚轮、升降框架、升降滚轮、升降斜轨、定心装置及液压传动系统组成。步进机构传动力计算，即按上述结构形式，并按正循环运动分别计算各步动作所需的力。
2.步进梁前进运动时的平移阻力
如图二：a）所示，步进梁前进时的阻力为：
—前进时的阻力，N；
—水平框架上的总质量；
式中：—步进梁上工件的总质量，kg；
—步进梁系统的总质量，kg；
—水平框架的总质量，kg；
g—重力加速度，g=9.81m/s2；
—水平框架平移运动的阻力因数；
式中：—滚轮的附加阻力因数；
滚轮内装滑动轴承时： =1.2~1.5；
滚轮内装滚动轴承时： =2.0~2.5；
滚轮无轮缘时，取小值，有轮缘时取大值；
k— 滚轮的滚动摩擦因数，钢轮对钢轨，k=0.5~0.6mm；
—轴承的摩擦因数；
滚轮内装滑动轴承时， =0.08~0.1；
滚轮内装滚动轴承时， =0.01~0.015；
d—滚轮轴直径，mm；
滚轮内装滑动轴承，d即为轴径；
滚轮内装滚动轴承，d即为轴承内径与外径的平均值；
D—滚轮外圆直径，mm；
—步进梁从静止状态启动至均速前进时的水平移动加速度，m/s2；
—步进梁的平均前进速度，m/s ；
—启动时间，s。
在阻力计算公式中，第一项为静阻力，车轮在直线轨道上滚动，均存在摩擦阻力，该阻力由三部分组成：车轮与轨道之间滚动摩擦阻力、车轮轴承中的摩擦阻力、车轮轮缘与轨道侧面之间的附加阻力。
计算公式中的第二项为步进梁由静止状态启动至均速前进时的惯性阻力。无纺布挂历
3.步进梁上升时的阻力
如图二：b）所示，步进梁上升时的阻力为：
式中：
—升降框架及升降滚轮等的总质量，kg；
—斜轨倾角，一般=10°~20°；
上升时，为正值，下降时为负值；
—升降框架上升时，沿斜轨方向上的加速度，m/s2；
其余同前。
4.步进梁下降时的阻力
如图：c）所示，步进梁下降运动的阻力为：
式中：——升降框架下降时，沿斜轨方向上的加速度，m/s2；
其余同前。
5.步进梁退回时的阻力
如图：d）所示，步进梁退回时的阻力为：
式中：
——步进梁从静止状态启动至均速退回时的加速度，m/s2。、
6．计算实例
6.1已知数据
单件工件质量：m0=2826kg;
炉内工件数量：香蜜果n=70;
炉内工件总质量：mG＝2826kg×70＝197820kg；
步进梁总质量：mL＝53862kg（含包扎料的质量）；
水平移动框架的总质量：msp＝32655kg；
升降框架的总质量：msj＝22975kg；
斜轨倾角：α＝17°；
滚轮外径：D＝Ø 500；
滚轮轴直径：d＝Ø150；
滚动轴承的平均直径：d＝Ø200。
6.2步进梁前进时所需的推力
m1＝mG+mL+msp
mG＝197820kg
mL=53862kg
msp＝32655kg
∴m1＝197820kg+53862kg+32655kg＝284337kg
＝0.08m /s2
∴=284337kg×9.81m/s2×0.021+284337kg×0.08m/s2
=58576N+22747N
=81323N
6.3步进梁上升时所需的推力
式中：α＝17°；
m2＝m1+msj＝284337kg+22975kg＝307312kg；
＝0.021；
＝0.08m/s2。
∴＝284337kg×9.81m/s2×0.021×cos17°
+307312kg×9.81m/s2×sin17°
+307312kg×9.81m/s2×0.021×cos17°
+307312kg工程机械液压系统×0.08 m/s2
＝56016N+937438N+60543N+24585N=1078582N
6.4步进梁下降时的推力
式中：α＝17°；
m1＝284337kg乳酸环丙沙星氯化钠；
m2＝307312kg;
＝0.021；
g＝9.81m/s2;
=0.08m/s2。
∴=284337kg ×9.81 m/s2×0.021×cos(－17°)
+307312kg×9.81 m/s2×sin(－17°)
+307312kg×9.81 m/s2×cos(－17°)×0.021
+307312kg×0.08 m/s2
＝56016N－881422N+65043N+24585N＝－735778N
6.5步进梁退回时的拉力
式中：模具计数器 =53862kg+32655kg=86517kg;
g包装内托＝9.81m/s2;
＝0.021；
=0.08m/s2。
∴=86517kg×9.81m/s2×0.021+86517 kg×0.08m/s2
＝17823N+6921N
＝24744N
由上述计算结果显示步进梁上升时，所需推力最大，下降时，推力为负值，说明步进梁下降时，不需要向上的推力，步进机构系统会因为自身质量产生的重力而自动下滑。因此，在液压传动系统设计中，油缸下腔出口管路，必须具备足够的背压，以保证升降框架不至因为系统自身质量产生的重力而自由滑落，以避免产生事故。
按上述公式计算和设计的步进机构液压传动系统，已成功工作数年。
上述步进炉步进机构各步阻力计算公式，若有不当之处，敬请批评指正。
