□文/李明 許銀鳳 胡杭 王芳

鋼筋數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用

□文/李明 許銀鳳 胡杭 王芳

某商業(yè)綜合體工程，業(yè)態(tài)較多，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，混凝土梁、柱截面型號(hào)多，相同柱截面的配筋也不盡相同，造成梁柱箍筋型號(hào)多，數(shù)量大，對(duì)鋼筋的加工造成極大的壓力，故鋼筋的加工是主體階段按計(jì)劃完成工期的關(guān)鍵；鋼筋數(shù)控加工可以很好地保證了鋼筋加工質(zhì)量、鋼筋供給、安全文明施工等。

鋼筋；數(shù)控；加工

1　工程概況

某商業(yè)綜合體規(guī)劃用地面積約19.25 hm2，總建筑面積約36.96萬(wàn)m2，其中地上面積34.25萬(wàn)m2，地下面積2.71萬(wàn)m2，包含商業(yè)、室內(nèi)滑雪場(chǎng)、室內(nèi)滑冰場(chǎng)、電影樂(lè)園、停車樓等業(yè)態(tài)。

不同業(yè)態(tài)，設(shè)計(jì)荷載也不相同，故梁柱的型號(hào)相對(duì)較多，最大柱截面為1 800 mm×1 800 mm，最大梁截面700 m×3 500 mm，同截面的梁柱，因其位置及上部施工功能不同其配筋也不盡相同，故造成鋼筋種類多，箍筋的樣式多，鋼筋質(zhì)量多達(dá)3萬(wàn)t，鋼筋加工為主體施工的重點(diǎn)。

2　鋼筋數(shù)控加工選擇

因鋼筋數(shù)量多、體量大，給鋼筋加工帶來(lái)極大的難題。傳統(tǒng)手工加工的鋼材生產(chǎn)加工模式，使得鋼筋加工存在機(jī)械化程度低、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工質(zhì)量和時(shí)間進(jìn)度難以控制、材料和能源浪費(fèi)高、加工成本高、安全隱患多、占地大、噪聲大。

鋼筋數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)在于它是一種高效且整體的施工理念。它的先進(jìn)性在于大量引入了平行作業(yè)、機(jī)械化施工，從而大大地縮短了工期，符合企業(yè)節(jié)能減排，轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然要求。鋼筋集中加工施工并沒(méi)有徹底顛覆傳統(tǒng)施工理念，而是把它進(jìn)行了優(yōu)化。因此，鋼筋集中加工施工在很大程度上依賴于發(fā)達(dá)的制造技術(shù)、加工技術(shù)與信息技術(shù)。同時(shí)，由于鋼筋集中加工設(shè)施投入及其利潤(rùn)需求的制約，其一般適用于生產(chǎn)規(guī)模大、標(biāo)準(zhǔn)要求高的中大型工程。

3　鋼筋數(shù)控加工原理

鋼筋加工包括鋼筋的調(diào)直、切斷、彎曲等，在數(shù)控鋼筋加工過(guò)程中，數(shù)控鋼筋加工機(jī)可以對(duì)鋼筋進(jìn)行調(diào)直、切斷、彎曲一等系列鋼筋加工作業(yè)。數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)是由4部分組成：一是鋼筋的進(jìn)給部；二是校直部分；三是扭頭及切斷部分；最后是計(jì)算機(jī)控制部分。前兩部分由一組伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，第三部分由另一組伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。這4部分組成了一個(gè)有機(jī)整體，是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品。

3.1機(jī)械部分

數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)的機(jī)械部分由3部分組成。

首先是鋼筋的水平校直部分，這部分的主要功能是使彎曲的鋼筋在一組主從動(dòng)輪之間穿過(guò)，利用主從動(dòng)輪之間的相互壓力使鋼筋在水平方向得以校直；其次是鋼筋的垂直校直部分，其方法與水平校直相同；最后進(jìn)行鋼筋成型及切斷部分的設(shè)計(jì)，這部分的主要功能是將鋼筋加工成型及切斷。

鋼筋由兩組主從動(dòng)輪引入加工機(jī)，經(jīng)過(guò)水平校直、垂直校直后，在扭頭部分加工成型。兩組主動(dòng)輪之間由鏈輪連接，計(jì)量輪與光電編碼器相連將鋼筋進(jìn)給的位移信息反饋給控制系統(tǒng)，同時(shí)扭頭與角度傳感器連接將扭轉(zhuǎn)角度信息反饋給控制系統(tǒng)。

3.1.1鋼筋進(jìn)給部分

鋼筋通常由圓盤的形式存放。在數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)中，鋼筋的進(jìn)給和校直是同時(shí)完成的。兩組動(dòng)輪將鋼筋由外部帶入并同時(shí)進(jìn)行水平校直。其中第二組動(dòng)輪由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)，第一組動(dòng)輪與第二組動(dòng)輪之間由鏈輪進(jìn)行連接，第二組動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)同時(shí)用鏈輪帶動(dòng)第一組輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)將鋼筋進(jìn)給的任務(wù)。

3.1.2扭頭與切斷部分

扭頭是鋼筋加工的關(guān)鏈部分，鋼筋最終加工成型是由扭頭部分完成的。鋼筋彎曲的扭頭是裝在一個(gè)可活動(dòng)盤上的，這個(gè)盤由兩部分組成：一部分是處在盤一端的扭爪，鋼筋的加工成型是通過(guò)扭爪對(duì)鋼筋施加作用力來(lái)完成的。另一部分是軸心部分，扭爪在運(yùn)動(dòng)時(shí)是圍繞軸心進(jìn)行的。通過(guò)圖所示的需加工的鋼筋形狀對(duì)扭頭的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 a為設(shè)計(jì)加工鋼筋制品，這種加工形狀在鋼筋加工中屬于比較復(fù)雜的，因?yàn)樗婕暗脚ゎ^的反轉(zhuǎn)問(wèn)題。圖1b通過(guò)扭爪與鋼筋的相互作用力將鋼筋扭為圖中的形狀。為將鋼筋加工為圖1a的形狀，扭爪必須轉(zhuǎn)到鋼筋的下方對(duì)鋼筋進(jìn)行彎曲，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)可活動(dòng)盤的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體過(guò)程：活動(dòng)盤朝垂直紙面向里移動(dòng)，這主要是為防止活動(dòng)盤作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)與鋼筋發(fā)生接觸；活動(dòng)盤向上運(yùn)動(dòng)直至整個(gè)活動(dòng)盤處于鋼筋的上方；活動(dòng)盤朝垂直紙面向外移動(dòng)；活動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)軸心處于鋼筋的上方，而扭爪在鋼筋的下方。完成上述步驟后，就可以進(jìn)行鋼筋向上彎曲的加工，鋼筋就被彎曲為圖1c中的形狀。最后采用同樣的方法將扭爪恢復(fù)圖b中的位置，再完成一次圖1b中的加工就可以得到鋼筋制品。在整個(gè)加工過(guò)程中，扭爪始終圍繞軸心運(yùn)動(dòng)。

切斷刀頭位于扭頭部分之前。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品加工結(jié)束時(shí)，工控機(jī)發(fā)出信號(hào)使電液閥開(kāi)啟以驅(qū)動(dòng)刀頭運(yùn)動(dòng)切斷鋼筋。

圖1　設(shè)計(jì)加工鋼筋制品

3.2控制部分

數(shù)控鋼筋彎箍機(jī)采用兩組伺服系統(tǒng)，一組用來(lái)控制鋼筋的校直和進(jìn)給，另一組用來(lái)控制扭頭的運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)中伺服驅(qū)動(dòng)器采用工業(yè)控制機(jī)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。采用C語(yǔ)言及VISUALBASIC進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，依據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)模轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，控制部分的重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋進(jìn)給位移及鋼筋彎曲角度的控制?？刂葡到y(tǒng)需要完成兩方面的控制，首先控制鋼筋的進(jìn)給長(zhǎng)度使其達(dá)到加工要求，這部分通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋的位移信息由一組閉環(huán)控制完成；其次對(duì)扭頭的加工角度進(jìn)行控制，一次扭轉(zhuǎn)就達(dá)到加工設(shè)計(jì)角度是有困難的，因此由角度傳感器傳送的角度信息利用另一組閉環(huán)控制系統(tǒng)完成對(duì)角度的控制。

4　鋼筋數(shù)控加工效益分析

鋼筋數(shù)控加工對(duì)于施工成本的降低主要體現(xiàn)在4個(gè)方面，見(jiàn)表1。

表1　經(jīng)濟(jì)效益分析

與鋼筋手工加工施工相比，鋼筋數(shù)控加工將以往多個(gè)工點(diǎn)的分散加工轉(zhuǎn)為數(shù)控集中加工，節(jié)省了大量的施工臨時(shí)用地，從而可以節(jié)省場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)用的投入，降低施工成本。

一個(gè)數(shù)控集中加工廠的設(shè)置取代多個(gè)加工點(diǎn)，相應(yīng)的設(shè)備投入必然減少，從而減小施工成本。

從鋼筋加工損耗率看，手工加工由于沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一的安排，分散的鋼筋加工損耗一般在2%～3%，有的甚至更高。而采用鋼筋數(shù)控集中加工，損耗一般在1.5%左右，甚至更低。

另外鋼筋制作工費(fèi)也會(huì)相應(yīng)降低。由于鋼筋數(shù)控集中加工生產(chǎn)任務(wù)量加大，其總的成本必然降低。鋼筋數(shù)控集中加工總成本約為240 元/t，手工分散加工總成本約260 元/t。

分散加工轉(zhuǎn)為集中加工可節(jié)省大量的施工用電設(shè)施，從而可以節(jié)省臨時(shí)用電

5　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于鋼筋需求量大、工期緊的工程，鋼筋數(shù)控加工，可以較好地解決鋼筋加工速度不足制約現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的矛盾，同時(shí)節(jié)約施工成本，提高了鋼筋加工精度、減少勞動(dòng)力投入，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)施工用地。

□許銀鳳、胡杭、王芳/中建二局第四建筑工程有限公司。

TU649

C

1OO8-3197（2O16）O1-3O-O2

2O15-O7-O9

李明/男，1985年出生，工程師，中建二局第四建筑工程有限公司，從事工程技術(shù)營(yíng)理工作。

□DOI編碼：1O.3969/j.issn.1OO8-3197.2O16.O1.O11