步进炉支撑梁设计优化.docx

文档介绍：步进加热炉支撑梁设计优化

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。
:
钢坯尺寸: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=192GPa

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。

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Mmax=ql2/8=28655×=34421N·m
应力σ=M×y/ I=(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。

W=5ql4/(384EI)=,‰(<4‰)
符合要求。

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:折减系数ω=
立柱许用压应力σm=ωπ2E/λ2=
立柱允许压力Fm=σm×A=11768kg
实际压力F1 =9064kg<Fm,表明立柱安全。

垫块顶面宽度:40mm
垫块长度:160mm
垫块之间空隙:40mm
垫块对钢坯的最大支撑力:
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=×/(120×40)=<
注:1000℃
1100℃
1200℃
1200℃

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: