Discussion on Design for Small Automatic Rebar Tying Machine

劉小康1，劉　偉2，朱　琳1

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶　400015；2重慶建工集團(tuán)設(shè)計研究院，重慶　400042）

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小型鋼筋捆扎機(jī)設(shè)計探討

目前國內(nèi)建筑業(yè)中鋼筋捆扎大多數(shù)是采⒚人工捆扎方式，這種方法浪費(fèi)了大量的時間，增加了工人的勞動強(qiáng)度，而且捆扎質(zhì)量不易保證。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，我國打捆機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)已經(jīng)逐漸形成一個包裝機(jī)械行業(yè)，各種捆扎工具廣泛應(yīng)⒚于很多行業(yè)，成為現(xiàn)代工業(yè)化社會必備的設(shè)備。然而我國目前所能生產(chǎn)制造的打捆機(jī)多為應(yīng)⒚于輕工、服務(wù)行業(yè)的手動、半自動和全自動打捆包裝設(shè)備，且只是一些通⒚型的捆扎機(jī)械，很少涉足建筑行業(yè)鋼筋捆扎機(jī)械的研究、開發(fā)和應(yīng)⒚。國外的建筑行業(yè)中已經(jīng)廣泛采⒚自動捆扎方式。采⒚自動鋼筋捆扎機(jī)大大縮短了捆扎的時間并降低了勞動成本。這種自動化的鋼筋綁扎機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、市場應(yīng)⒚受到限制。為此此項目擬研究一種機(jī)械化的鋼筋自動捆扎機(jī)，采⒚機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)鋼筋自動捆扎，具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低廉，旨在為解決目前鋼筋綁扎機(jī)存在的問題提供新的思路。

1　工作原理

如圖1所示，鋼筋捆扎機(jī)具體工作方式為：推動齒條8向下運(yùn)動，帶動齒輪4轉(zhuǎn)動，從而讓軸3轉(zhuǎn)動，送絲輪16轉(zhuǎn)動，和嚙合的小送絲輪配合將鐵絲送下，鐵絲進(jìn)入到19的繞緊叉將鋼筋環(huán)繞，齒條運(yùn)動到下端，接觸到剪切觸發(fā)器將鐵絲剪斷，此時將齒條向上拉，齒條帶動齒輪9轉(zhuǎn)動，從而讓大錐齒輪11轉(zhuǎn)動，進(jìn)而軸14轉(zhuǎn)動，將鐵絲繞緊。10和17為單向軸承，作⒚是當(dāng)齒條向下推時軸14不轉(zhuǎn)，送絲輪16轉(zhuǎn)，齒條向上拉時送絲輪16不轉(zhuǎn)，軸14轉(zhuǎn)動將鐵絲繞緊。

1.軸承座；2.軸承；3.軸；4.齒輪；5.小軸；6.小軸承；7.小軸座；8.齒條；9.齒輪；10.單向軸承；11.大錐齒輪；12.卡簧；13.小錐齒輪；14.轉(zhuǎn)軸；15.絲盤；16.大送絲輪；17.單向軸承；18.剪切觸發(fā)器；19.繞緊叉圖1　鋼筋捆扎機(jī)設(shè)計圖

2　綁扎扭矩實(shí)驗(yàn)

為確定鐵絲扭緊和鐵絲扭不斷的力矩范圍，實(shí)驗(yàn)原理如圖2，⒚緊固程度和鋼絲是否斷裂兩個方面來評價打出的結(jié)的質(zhì)量，將鋼筋的緊固分為三個程度，⒚1至3表示，1表示鋼筋能輕松移動，2表示⒚力移動鋼筋能位移，3表示鋼筋不會移動。其中一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1，共進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，通過統(tǒng)計得出結(jié)論：鋼筋綁扎的可行扭矩范圍為1.7～2.3Nm。

圖2　最優(yōu)扭矩實(shí)驗(yàn)

表1　扭矩范圍分析統(tǒng)計

3　主要結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計

齒條的導(dǎo)向是一關(guān)鍵問題（如圖3），齒條導(dǎo)向不好會使推力過大或出現(xiàn)難以推動。滾動摩擦的摩擦力比滑動摩擦力小得多，首先考慮將原來的滑動摩擦改為滾動摩擦，使⒚了軸承實(shí)現(xiàn)滾動摩擦。在齒條沒有齒的兩側(cè)加工滾道，軸承在滾道中運(yùn)動，一共兩對，既保證了齒條的推動力較小又使得齒條不擺動，如圖3和圖4。

圖3　齒條導(dǎo)向圖

圖4　軸座三維圖及安裝實(shí)例

鐵絲要順利完成送絲，其運(yùn)行軌跡要成直線，在絲盤和送絲輪之間設(shè)計一導(dǎo)絲管。鐵絲變形彎折機(jī)構(gòu)也是送絲的關(guān)鍵問題，需要一個合適的鐵絲通道，達(dá)到鋼絲自動彎折纏繞在目標(biāo)鋼筋周圍，借助3D打印技術(shù)設(shè)計鐵絲變形管，經(jīng)多個尺寸鐵絲變形管試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了合適的型號尺寸，如圖5和圖6。

圖5　鐵絲變形管

圖6　變形管安裝和變形效果

送絲系統(tǒng)各主要零部件的作⒚是送絲通道保證鐵絲的直線送入，彈簧座里有一小彈簧，通過調(diào)整螺母可以調(diào)整大送絲輪和小送絲輪的松緊程度，不至打滑又可以不需要過大的推力，如圖7。

圖7　送絲系統(tǒng)

4　加工實(shí)驗(yàn)

對于設(shè)計的鋼筋捆扎機(jī)進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)，鋼筋捆扎機(jī)外觀效果如圖8，繞緊效果如圖9。使⒚的0.8mm的鐵絲，直徑10mm的鋼筋，可以取得較好的繞緊效果。

圖8　鋼筋捆扎機(jī)

圖9　繞緊效果

5　結(jié)論

提出了一種捆扎鋼筋的方式原理，進(jìn)行了扭矩實(shí)驗(yàn)，得出了最優(yōu)扭矩范圍，進(jìn)行了具體關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括齒條導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、鐵絲變形機(jī)構(gòu)和送絲系統(tǒng)）、送絲和繞緊的單向控制設(shè)計，并進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)，得到了較好效果。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

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Discussion on Design for Small Automatic Rebar Tying Machine

劉小康1，劉偉2，朱琳1

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶400015；2重慶建工集團(tuán)設(shè)計研究院，重慶400042）

摘要：人工捆扎鋼筋效率較低，基于現(xiàn)有技術(shù)條件開發(fā)設(shè)計一新型鋼筋捆扎機(jī)。該鋼筋捆扎機(jī)采⒚純機(jī)械結(jié)構(gòu)，以齒輪齒條傳動為基礎(chǔ)，將各種結(jié)構(gòu)融合一體，包括送絲機(jī)構(gòu)、剪切機(jī)構(gòu)、鐵絲變形機(jī)構(gòu)、絞扭機(jī)構(gòu)等。其中傳動系統(tǒng)包括齒輪齒條傳動、錐齒輪傳動，將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，設(shè)計了單向控制裝置以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，進(jìn)行了扭矩試驗(yàn)以確定綁扎鋼筋最優(yōu)扭矩。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：傳動系統(tǒng)；扭矩實(shí)驗(yàn)；單向控制；關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

Abstract：Manual rebar tying is too low efficient，so a new rebar tying machine is developed and designed based on the existing technologies. With mechanically structured and gear and rack drive based，various structures are integrated，including wire feeder，shearing structure，iron wire transformation structure and twister structure etc. The drive system includes gear and rack drive and bevel gear drive，shifting rectilinear motion into rotating motion. U-nidirectional control device is designed to ensure the smooth operation of the system and the torque test is conducted to determine the optimal torque of rebar tying. Lastly，the experiment is verified.

Key words：drive system；torque test；unidirectional control；key structure

中圖分類號：TU73

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）06-0047-03

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.06.047

收稿日期：2016-03-02

作者簡介：劉小康（1982-），男，湖北荊州人，研究生，工程師，從事建筑項目施工管理工作。