CN106197016B - 步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件，涉及加热炉技术领域，用于简化冷却支撑构件的制作过程以及提高冷却支撑构件制作的准确性。所述步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法包括：获取冷却支撑构件中纵水梁的预设截面参数、预设截面系数和承受的坯料均布载荷；计算获得纵水梁的最大弯矩和最大挠度；根据纵水梁的预设截面系数、最大弯矩和最大挠度，校验纵水梁的强度和刚度，并确定纵水梁的实际截面参数；根据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冷却支撑构件包括上述技术方案所提的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法。本发明提供的步进梁式加热炉的冷却支撑构件用于输送和支撑坯料。

Description

步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件

技术领域

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冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件。

背景技术

在使用步进梁式加热炉对钢坯进行加热时，通过设置冷却支撑构件来输送和支撑炉内的坯料。冷却支撑构件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，因此冷却支撑构件的制作过程对步进梁式加热炉的功能有着重要影响。

目前，在制作冷却支撑构件的过程中，一般先制作用于冷却支撑构件中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，并确定大致满足工作需求的冷却支撑构件。

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，这就导致在制作冷却支撑构件时，需要进行繁琐的试算，并需要反复调整冷却支撑构件中纵水梁的截面参数，导致冷却支撑构件的制作过程费时、费力，而且，由于现有技术中是根据经验对冷却支撑构件中纵水梁进行试算，因此冷却支撑构件制作的准确性也难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件，用于简化冷却支撑构件的制作过程，提高冷却支撑构件制作的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，其中所述冷却支撑构件包括纵水梁以及多个用于支撑所述纵水梁的支撑柱，所述冷却支撑构件的制作方法包括包括：

步骤100、获取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，计算获得所述纵水梁的预设截面系数W；

步骤300、获取坯料的尺寸、坯料的材料密度和相邻坯料的间距，获取相邻所述冷却支撑构件种所述纵水梁的间距，以及获取所述支撑柱的数量和间距；

步骤400、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，以及根据相邻所述冷却支撑构件中所述纵水梁的间距，计算获得所述纵水梁承受的坯料均布载荷q；

步骤500、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M_max和所述纵水梁的最大挠度f_max；

步骤600、根据所述纵水梁的预设截面系数W、所述纵水梁的最大弯矩M_max和所述纵水梁的最大挠度f_max，校验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700、根据所述纵水梁的实际截面参数制作所需的纵水梁。

基于上述步进梁式加热炉的冷却支撑构件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冷却支撑构件，所述冷却支撑构件包括纵水梁，以及多个用于支撑所述纵水梁的支撑柱，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所述支撑柱和所述连续梁连接，每个所述悬臂梁的另一端悬空。

与现有技术相比，本发明提供的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法的有益效果为：

本发明提供的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法中，通过利用冷却支撑构件中纵水梁的预设截面系数、纵水梁的坯料均布载荷、以及纵水梁的最大弯矩和最大挠度，可以对预先获取的纵水梁的预设截面参数进行刚度校核和强度校核，以验证纵水梁的预设截面参数是否符合要求。这样，在制作冷却支撑构件的过程中，为冷却支撑构件中纵水梁的校核计算提供了科学准确的依据，以使纵水梁参数的选取更加准确合理，从而避免了仅仅根据经验进行试算而导致的误差。同时，如果需要对纵水梁的预设截面参数进行调整，则可以根据之前的校验结果有方向性的选取新的纵水梁的预设截面参数，从而减少了因盲目选取预设截面参数而导致的反复试算，进而简化了冷却支撑构件的制作过程，提高了冷却支撑构件制作的准确性。

附图说明

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：

图1为本发明实施例中步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法流程图；

图2为本发明实施例中冷却支撑构件的结构示意图；

图3为本发明实施例中坯料布置方式示意图；

图4为本发明实施例中纵水梁截面示意图；

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；

附图标记：

1-纵水梁， 11-连续梁，

12-悬臂梁， 13-支撑管，

14-连接块， 2-支撑柱，

3-坯料。

具体实施方式

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冷却支撑构件制作方法及冷却支撑构件进行详细描述。

请参阅图1-图2，本发明实施例中冷却支撑构件包括纵水梁1以及多个用于支撑纵水梁1的支撑柱2，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：

步骤100、获取纵水梁1的预设截面参数，此步骤首先对纵水梁1进行预先判断，以预先获取纵水梁1的预设截面参数，在本实施例中，预设截面参数主要包括纵水梁1的截面形状和截面尺寸，其获取方式可以是根据计算获得，也可以根据已有经验选取；且这里所述纵水梁1的截面形状可以包括如圆形、椭圆形、方形、三角形或其他多边形。

步骤200、根据纵水梁1的预设截面参数，获取纵水梁1的预设截面系数W。此步骤根据纵水梁1的预设截面参数中纵水梁1的截面形状和截面尺寸计算纵水梁1的预设截面系数W，并将纵水梁1的预设截面系数W作为后续数据校核的依据之一，预设截面系数W的计算方式在下文有详细描述，此处暂不做描述。

步骤300、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，获取相邻冷却支撑构件中纵水梁1的间距，以及获取用于支撑纵水梁1的支撑柱2的数量和间距。其中，坯料3的尺寸是指坯料3的外形尺寸，如坯料3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。

步骤400、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，以及根据相邻冷却支撑构件中纵水梁1的间距，计算获得纵水梁1承受的坯料均布载荷q。

步骤500、根据支撑柱2的数量和间距、以及坯料均布载荷q，计算获得纵水梁1的最大弯矩M_max和纵水梁1的最大挠度f_max。

上述均布载荷q、纵水梁1的最大弯矩M_max和纵水梁1的最大挠度f_max、的计算方式在下文有详细描述，此处暂不做描述。

步骤600、根据纵水梁1预设截面系数W、纵水梁1的最大弯矩M_max和纵水梁1的最大挠度f_max，校验纵水梁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。此步骤是对上述实施例中纵水梁1的预设截面系数W进行校核，当纵水梁1的预设截面系数W符合纵水梁1的强度和刚度要求时，执行步骤700，当纵水梁1的预设截面系数W不符合纵水梁1的强度和刚度要求时，需要调整纵水梁1的预设截面参数，然后重新执行上述步骤。

步骤700、根据纵水梁1的实际截面参数制作所需的纵水梁1。

通过上述实施例提供的步进梁式加热炉的冷却支撑构件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冷却支撑构件制作方法的有益效果为：

本发明实施例提供的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法中，通过利用冷却支撑构件中纵水梁1的预设截面系数、纵水梁1的坯料均布载荷、以及纵水梁1的最大弯矩和最大挠度，可以对预先获取的纵水梁1的预设截面参数进行刚度校核和强度校核，以验证纵水梁1的预设截面参数是否符合要求。这样，在制作冷却支撑构件中纵水梁1的过程中，为冷却支撑构件中纵水梁1的校核计算提供了科学准确的依据，以使纵水梁1参数的选取更加准确合理，从而避免了仅仅根据经验进行试算而导致的误差。同时，如果需要对纵水梁1的预设截面参数进行调整，则可以根据之前的校验结果有方向性的选取新的纵水梁1的预设截面参数，从而减少了因盲目选取预设截面参数而导致的反复试算，进而简化了冷却支撑构件中1的制作过程，提高了冷却支撑构件中1制作的准确性。

请参阅图3和图4，在步进梁式加热炉中，纵水梁1优选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3，连接块3的长度l与支撑管13的长度相等；且纵水梁的预设截面参数包括支撑管13的预设外径D和预设内径d。当采用具有如上结构的纵水梁1时，为了获取纵水梁1的预设截面系数，进一步的，步骤200包括：根据公式计算纵水梁1的预设截面系数W；其中，a表示纵水梁1中连接块3的宽度；h表示纵水梁1中连接块3的高度。需要说明的是纵水梁1的截面系数的计算公式与纵水梁1的截面形状有关，在实际计算时，可以根据纵水梁1具体的截面形状查表获得相应的计算公式，在此不做赘述。

请继续参阅图2，从上述坯料均布载荷q描述可知，坯料均布载荷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n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n个纵水梁1上放置有多个坯料3，每个坯料3横跨在n个纵水梁1上。为了获得纵水梁1承受的坯料均布载荷q，步骤，400包括：

步骤410、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，靠近末尾段的纵水梁1为第n纵水梁；

步骤420、计算获得每个纵水梁1对坯料3的支撑力，具体包括：

根据公式R₁＝ρ(L₀+0.5L₁)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得第1纵水梁的支撑力R₁；

根据公式R_n＝ρ(0.5L_n-1+L_n)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得第n纵水梁的支撑力R_n；

根据公式R_i＝0.5ρ(L_i-1+L_i)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得位于第1纵水梁和第n纵水梁之间的第i纵水梁的支撑力R_i；

步骤430、选取支撑力R₁、R_i、R_n中的最大值作为纵水梁1的坯料均布载荷q；

其中，ρ表示坯料3的材料密度；b_w表示坯料3的宽度、b_h表示坯料3的高度，b_s表示相邻坯料3之间的间距，L₀表示起始段的长度，L_n末尾段的长度，L_i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。

请参阅图4，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500包括：

步骤510、根据M_lx＝a₁×qL_m ²计算获得连续梁11的最大弯矩M_lx，根据计算获得悬臂梁12的最大弯矩M_xb；

步骤520、根据计算获得连续梁11的最大挠度f_lx，根据计算获得悬臂梁12的最大挠度f_xb；

步骤530、比较M_lx和M_xb，选取其中较大的值作为纵水梁1的最大弯矩M_max；比较f_lx和f_xb，选取其中较大的值作为纵水梁1的最大挠度f_max；

其中，q表示纵水梁1承受的坯料均布载荷，a₁表示连续梁11的弯矩系数，b₁表示连续梁11的挠度系数，L_m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，E_lx连续梁11的弹性模量。E_xb表示悬臂梁12的弹性模量，J_lx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。

在上述步骤500中，通过分段求取连续梁11的弯矩系数a₁和连续梁11的挠度系数b₁来确定纵水梁1的最大弯矩M_max和纵水梁1的最大挠度f_max，连续梁11的弯矩系数a₁和连续梁11的挠度系数b₁与支点的个数m有关，具体的，

当m＝2时，连续梁11为单跨简支梁，a₁＝0.125，b₁＝1.302；

当m＝3时，连续梁11为两跨连续梁，a₁＝0.07，b₁＝0.521；

当m＝4时，连续梁11为三跨连续梁，a₁＝0.08，b₁＝0.677；

当m＝5时，连续梁11为四跨连续梁，a₁＝0.077，b₁＝0.632；

当m≥6时，a₁＝0.078，b₁＝0.644。

在本发明实施例中，不仅可以对上述纵水梁1的预设截面参数进行校核，还可以在校核后调整纵水梁1的预设截面参数时，根据纵水梁1的强度校核条件和纵水梁1的刚度校核条件，有方向性的调整纵水梁1的预设截面参数，具体的，步骤600包括，

步骤610、获取纵水梁1的许用应力[σ]、纵水梁1的挠度判断系数N、以及纵水梁1挠度最大部位所在支撑段的最大挠度支撑段长度L；具体的，纵水梁1的许用应力[σ]根据纵水梁1的材料进行选取，纵水梁1的挠度判断系数N根据实际工作经验选取。

步骤620、根据纵水梁1的许用应力[σ]、纵水梁1的预设截面系数W、纵水梁1的最大弯矩M_max校核纵水梁1的强度；纵水梁1的许用应力[σ]、纵水梁1的预设截面系数W、纵水梁1的最大弯矩M_max三者关系应满足

步骤630、根据纵水梁1的挠度判断系数N、纵水梁1的最大挠度f_max、最大挠度支撑段长度L校核纵水梁1的刚度，纵水梁1的挠度判断系数N、纵水梁1的最大挠度f_max、最大挠度支撑段长度L三者关系应满足：

请参阅图2-图5，本发明实施例还提供了一种步进梁式加热炉的冷却支撑构件，该冷却支撑构件包括纵水梁1，以及多个用于支撑纵水梁1的支撑柱2，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。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。

在本发明实施例中，在每个纵水梁1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2，用于支撑纵水梁1和坯料3。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通过连接块3连接，且连接块3的长度与支撑管13的长度相等。

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。

Claims (8)

1.一种步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，其特征在于，所述冷却支撑构件包括纵水梁以及多个用于支撑所述纵水梁的支撑柱，所述冷却支撑构件的制作方法包括：

步骤100、获取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，计算获得所述纵水梁的预设截面系数W；

步骤300、获取坯料的尺寸、坯料的材料密度和相邻坯料的间距，获取相邻所述冷却支撑构件中所述纵水梁的间距，以及获取所述支撑柱的数量和间距；

步骤400、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，以及根据相邻所述冷却支撑构件中所述纵水梁的间距，计算获得所述纵水梁承受的坯料均布载荷q；

步骤500、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M_max和所述纵水梁的最大挠度f_max；

步骤600、根据所述纵水梁的预设截面系数W、所述纵水梁的最大弯矩M_max和所述纵水梁的最大挠度f_max，校验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700、根据所述纵水梁的实际截面参数制作所需的纵水梁；

其中，所述步进梁式加热炉包括n个所述纵水梁，在n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n个所述纵水梁上；所述步骤400包括：

步骤410、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(n-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n纵水梁；

步骤420、计算获得每个所述纵水梁对所述坯料的支撑力，具体包括：

根据公式R₁＝ρ(L₀+0.5L₁)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得所述第1纵水梁的支撑力R₁；

根据公式R_n＝ρ(0.5L_n-1+L_n)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得所述第n纵水梁的支撑力R_n；

根据公式R_i＝0.5ρ(L_i-1+L_i)b_wb_h/(b_s+b_w)，计算获得位于所述第1纵水梁和所述第n纵水梁之间的第i纵水梁的支撑力R_i；

步骤430、选取所述支撑力R₁、R_i、R_n中的最大值作为所述纵水梁的坯料均布载荷q；

其中，ρ表示所述坯料的材料密度；b_w表示所述坯料的宽度、b_h表示所述坯料的高度，b_s表示相邻所述坯料之间的间距，L₀表示所述起始段的长度，L_n所述末尾段的长度，L_i表示第i个所述中间段的长度，其中i为大于1且小于(n-1)的整数。

2.根据权利要求1所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，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；所述纵水梁的预设截面参数包括所述支撑管的预设外径D和预设内径d，所述步骤200包括：

根据公式计算所述纵水梁的预设截面系数W；其中，a表示连接块的宽度；h表示连接块的高度。

3.根据权利要求1所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，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所述支撑柱和所述连续梁连接，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500包括：

步骤510、根据M_lx＝a₁×qL_m ²计算获得所述连续梁的最大弯矩M_lx，根据计算获得所述悬臂梁的最大弯矩M_xb；

步骤520、根据计算获得所述连续梁的最大挠度f_lx，根据计算获得所述悬臂梁的最大挠度f_xb；

步骤530、比较所述M_lx和所述M_xb，选取其中较大的值作为所述纵水梁的最大弯矩M_max；比较所述f_lx和所述f_xb，选取其中较大的值作为所述纵水梁的最大挠度f_max；

其中，q表示所述纵水梁承受的坯料均布载荷，a₁表示所述连续梁的弯矩系数，b₁表示所述连续梁的挠度系数，L_m表示所述连续梁中最长的所述支撑段的长度值，L_xb表示所述悬臂梁的长度，E_lx所述连续梁的弹性模量；E_xb表示所述悬臂梁的弹性模量，J_lx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。

4.根据权利要求3所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，其特征在于，当m＝2时，所述连续梁为单跨简支梁，所述a₁＝0.125，所述b₁＝1.302；

当m＝3时，所述连续梁为两跨连续梁，所述a₁＝0.07，所述b₁＝0.521；

当m＝4时，所述连续梁为三跨连续梁，所述a₁＝0.08，所述b₁＝0.677；

当m＝5时，所述连续梁为四跨连续梁，所述a₁＝0.077，所述b₁＝0.632；

当m≥6时，a₁＝0.078，b₁＝0.644。

5.根据权利要求2所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件制作方法，其特征在于，所述步骤600包括，

步骤610、获取所述纵水梁的许用应力[σ]、所述纵水梁的挠度判断系数N、以及所述纵水梁挠度最大部位所在支撑段的最大挠度支撑段长度L；

步骤620、根据所述纵水梁的许用应力[σ]、所述纵水梁的预设截面系数W、所述纵水梁的最大弯矩M_max校核所述纵水梁的强度；所述纵水梁的许用应力[σ]、所述纵水梁的预设截面系数W、所述纵水梁的最大弯矩M_max三者关系应满足

步骤630、根据所述纵水梁的挠度判断系数N、所述纵水梁的最大挠度f_max、所述最大挠度支撑段长度L校核所述纵水梁的刚度，所述纵水梁的挠度判断系数N、所述纵水梁的最大挠度f_max、所述最大挠度支撑段长度L三者关系应满足：

6.一种如权利要求1所述方法制作的步进梁式加热炉的冷却支撑构件，其特征在于，所述冷却支撑构件包括纵水梁，以及多个用于支撑所述纵水梁的支撑柱，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所述支撑柱和所述连续梁连接，另一端悬空。

7.根据权利要求6所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件，其特征在于，每个所述纵水梁中，所述连续梁设置有m个用于连接所述支撑柱的支点，所述m个支点将所述连续梁分成(m-1)个支撑段。

8.根据权利要求6所述的步进梁式加热炉的冷却支撑构件，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。