弧形鋼筋彎曲設備改制后的成功應用

金治華 李 青 李志紅

1 概述

三峽永久船閘地下輸水系統,混凝土襯砌斷面多為門洞形,弧形鋼筋制作量大,而且分布密度大,其中十字管5個,T形管10個,漸變段 50多個,弧形鋼筋總共有1.5萬t以上,而且工期要求緊。湖北清江水布埡電站地下廠房洞室群工程規模大,工期緊,施工強度高,結構緊湊,洞室結構形式多變,隧洞襯砌圓形斷面多,圓弧鋼筋制作量大,漸變段多。

國內傳統加工設備和弧形筋的制作方法很難解決以上難題,俗話說:“工欲善其事,必先利其器。”改進彎曲機是擺在我們面前必須攻克的一大難題。最初我們使用的設備是GW40型彎曲機,當時弧形筋的傳統制作方法是在彎曲機左右插入座各插入一個中心柱,柱上插入柱套,同時工作盤上插入4個中心柱(4個中心柱呈正方形),然后在4個柱上插入相同型號的柱套,鋼筋隨工作盤運轉方向前進,鋼筋受工作盤柱套的摩擦力、定推力等作用彎成弧形鋼筋。這種加工方法主要靠改變柱套的厚度或改變中心柱的位置,加工成相應弧形鋼筋,并且中心柱與鋼筋接觸有一定的時間差,加工成的鋼筋翹曲不平,平整度很難保證,并且質量不穩定,不安全可靠,地下洞室群體形多變,一個工程斷面半徑有近百個,有幾萬噸鋼筋,相應需要的中心柱和柱套的型號也有幾百個類型,并且中心柱與柱套和鋼筋發生摩擦,厚度不斷改變,不能保證鋼筋的加工半徑準確性,這種方法鋼筋的送料靠人工推進,不但費工、費時、費料,且很難滿足規范和設計要求。為解決以上難題,我們經過反復探索,試驗總結,對GW40型彎曲機進行了改制,制成了弧形彎曲機,使鋼筋加工速度提高了幾倍,而且質量安全性能可靠,操作方便,節省了大量成本,屬國內首創。

2 弧形彎曲機的設計與制作

弧形彎曲機適用于工業及民用建筑工程、水利水電工程、交通樞紐工程等各種類型鋼筋混凝土工程,可彎曲鋼筋直徑范圍:12～40。

弧形彎曲機主要由工作盤、送料滾筒(滾筒由外套、208柱承、柱承柱組裝在一起)、可調絲桿(可調絲桿由兩個內螺絲套筒和一個絲桿組成)和送料底座等組成。我們在設計時考慮到鋼筋制作主要使用的是Ⅰ級鋼和Ⅱ級鋼,工作盤的結構設計主要根據齒輪的強度,剛度和制造工藝要求考慮,要求工作盤具有足夠硬度,齒心有足夠韌性,同時還要便于加工,滿足精度要求,為了節約鋼材可在齒輪圈周圍采用硬度較好的材料,通過過盈配合裝配在一起或采用焊接等其他工藝,但必須保證連接可靠。經過機械力學性能測算(即抗沖、抗剪、抗彎等計算),選用了 45號結構鋼,并對表面進行了淬火處理,組裝時將圓弧機的工作圓盤用中心柱連接在彎曲機工作圓盤上;送料滾筒安裝在送料底座上,最后用銷子將送料底座安裝在左右插入座上,并加以固定。加工安裝過程中,要嚴格控制工作圓盤高度,其工作盤中心平面與左右送料滾筒凹槽中心平面在同一個平面上,一定要保證組裝各部位連接可靠,有利于保證成型鋼筋的平整度。倘若不需要加工弧形鋼筋時,可將工作圓盤、送料底座等取下,就是一臺普通的GW40型彎曲機。

3 弧形機的工作原理

弧形機加工鋼筋的過程中,鋼筋通過送料滾筒送進后,運轉的工作盤通過鋼筋摩擦力、圓周力、定推力和法向力,將鋼筋帶動,鋼筋同時受送料滾筒阻力、摩擦力等作用力,彎曲成不同弧形,制作鋼筋半徑的大小可根據可調絲桿上的標識進行調節(注:可調絲桿上可標識不同長度,對應不同圓弧半徑)。開始時,我們將工作盤制成圓盤,加工時不利于漸變段鋼筋加工,因為漸變鋼筋由圓形變成方形,或由方形變成圓形,同時鋼筋端頭,通常有加工好的直螺紋絲頭,若采用圓盤,一根鋼筋中間是直段,兩端是圓弧段或三個半徑以上的鋼筋是很難加工的,而且到了直段界點或半徑變化界點,鋼筋只能重新退回取出,這樣加工速度明顯減慢,并且不小心易磨損直螺紋絲頭。我們針對鋼筋加工直徑和最大彎曲半徑等因素,認真分析研究,決定把工作盤切去一小部分,就這關鍵一刀,將以上弊端克服了,這樣不但操作方便,而且提高了效率。特別是在制作T形管、十字管和蝸殼等復雜鋼筋時,充分發揮了它的優越性。

4 弧形機的受力分析和強度驗算

根據鋼筋加工時鋼筋與工作盤接觸點受力分析,如不計算摩擦力且將沿工作盤齒寬作用的分布荷載簡化為集中力,接觸部分看成一點,工作盤受圓周力(F),徑向力和法向力,其計算關系式如下:

1)圓周力:Ft=K×F2。

2)徑向力:Fr=Ft×Ga。

3)法向力:Fn=Ft/cosa。

其中,K為綜合拆減分項系數;a為接觸點壓力角。

上面的分析公式是在理想狀態荷載下,實際操作中工作盤轉動受安裝誤差及載后的彈性變形等因素的影響,荷載沿齒寬分布不均勻,既有荷載集中的現象,還會引起附加動荷載,所以在強度計算和設計時,必須反映上述因素,因此對計算荷載乘以相應拆減系數進行驗算:

圓盤強度驗算公式:σ=M/W。

其中,σ為接觸點彎曲應力;M為危險截面所受彎矩;W為危險截面抗彎截面系數。

5 在施工過程中的幾點要求

1)為了安全,工人在使用弧形機制作鋼筋時,注意力一定要集中,操作工與助手一定要配合好,防止夾傷手。

2)為了保證質量,要焊2個～4個與滾筒凹槽中心平面一樣高的架子,減少人為因素造成鋼筋翹曲不平。加工時最好放樣加工,要求放出鋼筋的內皮線和外皮線尺寸。

3)弧形機工作盤的運轉速度快慢可通過切換變速齒輪的位置來進行調節,達到自己所需要的加工速度。

4)弧形機的加工場地必須平整,機器不能擺放在斜坡上作業。

6 結語

弧形機是在實踐工作中摸索和大量總結后改進的產物,經過近2萬 t鋼筋加工實踐證明,創下日產量50 t的加工紀錄。弧形機改制解決了漸變段鋼筋、十字管鋼筋、T形管鋼筋、廠房蝸殼等復雜多變鋼筋的制作難題,它在三峽永久船閘地下輸水系統和清江水布埡地下廠房得到成功應用,使加工速度大大提高,而且質量安全性能穩定,操作簡便,提高了工效,有效地加快了施工速度。