步进炉支撑梁设计优化

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1、步进加热炉支撑梁设计优化1．总论支撑梁的设计优化建立在结构力学计算的基础之上。由于采用汽化冷却，饱和蒸汽压力为最高1.27MPa，饱和蒸汽的温度为197℃。因此，支撑梁材料机械性能不能利用常温强度数据，屈服强度和弹性模量均需按200℃温度下的数据取值。由于管道壁厚远远超过承受蒸汽压力所需，故不必核算蒸汽压力造成的管壁强度，只需要核算结构力学方面的数据。整个支撑梁需要核算三部分的数据：1）纵梁核算：a、最大应力。b、挠度。2）立柱核算：立杆稳定性。3）垫块核算：垫块对钢坯的压强。下面以坯料尺寸为160×160×12000mm的步进加热炉为例进行设计计算。2．共同技术参数：钢坯尺寸：

2、160×160×12000mm钢坯单重：2411kg钢坯分布间距：260mm钢材屈服强度（200℃）：σs=185MPa钢材许用应力（200℃）：【σ】=107MPa钢材弹性模量（200℃）：E=192GPa3．活动梁计算纵梁断面尺寸如下图：计算纵梁惯性矩为：I=105558527mm4纵梁最大跨度：L=3100mm活动梁分布如下图：考虑3100mm跨间钢坯总重、纵梁自重、包扎材料重量，经计算得到：F1=9064kg，F2=7045kg。外侧活动梁受力大，强度校核以外侧梁为准。3.1纵梁应力核算纵梁跨中下缘弯矩最大，应力也最大。纵梁载荷为均布载荷，q=28655N/m。弯矩Mma

3、x=ql2/8=28655×3.12/8=34421N·m应力σ=M×y/I=48.6MPa(y为纵梁下缘到截面中心线的距离)纵梁最大应力只有钢材许用应力的45%，安全。3.2纵梁挠度W=5ql4/(384EI)=1.7mm，为跨度的0.5‰（<4‰）符合要求。3.3立柱稳定性核算仅需核算单立柱稳定性。立杆的稳定性必须通过压杆受力稳定性计算公式——欧拉公式进行，而不是简单的计算断面压强。立柱外径D=159mm，内径d=123mm立柱截面面积：A=7973mm2立柱惯性矩I=20137722mm4立柱根部到垫块顶部之间自由摆动长度L=4480mm立柱长细比=170查结构设计手册得：

4、折减系数ω=0.243立柱许用压应力σm=ωπ2E/λ2=14.5MPa立柱允许压力Fm=σm×A=11768kg实际压力F1=9064kg

5、.18MPa4.固定梁计算纵梁断面尺寸如下图：计算纵梁惯性矩为：I=105558527mm4纵梁最大跨度：L=3100mm固定梁分布如下图：考虑3100mm跨间钢坯总重、纵纵梁自重、包扎材料重量，经计算得到：F1=5839kg，F2=6797kg，F3=4940kg。第2、4固定梁受力最大，强度校核以此为准。4.1纵梁应力核算纵梁跨中下缘弯矩最大，应力也最大。纵梁载荷为均布载荷，q=21488N/m。弯矩Mmax=ql2/8=21488×3.12/8=25812N·m应力σ=Mmax×y/I=36.4MPay——纵梁下缘到截面中心线的距离纵梁最大应力只有钢材许用应力的34%，安全

6、。4.2纵梁挠度W=5ql4/(384EI)=1.27mm，为跨度的0.41‰（<4‰）符合要求。4.3立柱稳定性核算立柱外径D=140mm，内径d=104mm立柱截面面积：A=6899mm2立柱惯性矩I=13114880mm4立柱根部到垫块之间自由摆动长度L=2837mm立柱长细比=130查结构设计手册得：折减系数ω=0.401立柱许用压应力σm=ωπ2E/λ2=44.8MPa立柱允许压力Fm=σm×A=31586kg实际压力F2=6797kg

7、g钢坯与垫块最小接触面积：160-40=120mm垫块对钢坯的最大压强：Pmax=482.3×9.8/（120×40）=0.985MP＜1.57MPa(1200℃炉温垫块面压上限)5.总结5．1步进梁在炉宽方向应该合理布置间距，尽量使各梁承载力接近相同，避免各梁载荷的不均匀性。加热炉3#固定梁载荷很小，可以减去一根。5.2纵梁的强度普遍偏大，设计时可以考虑增加立柱间距（减少了立柱个数），或者减少无缝钢管的壁厚（在腐蚀寿命保障的前提下）。经计算固定梁纵梁壁厚低到10mm、活动梁纵梁