一種智能型鋼筋捆扎系統(tǒng)研究*

汪宋良

（寧波城市職業(yè)技術學院 信息學院，浙江 寧波 315100）

電動工具的智能化是當今世界發(fā)展的必然趨勢，由于其構造輕盈、使用便利、效率高、能耗低等特點，已從產業(yè)上普遍使用發(fā)展到家庭生活中不可缺少的工具之一。近年來，隨著市場經濟全球化，電動工具產業(yè)發(fā)展迅猛。同時，我國制造電動工具比例不斷擴大，已經成為世界上主要的電動工具產品出口國和全球電動工具消費國。因此，未來電動工具行業(yè)發(fā)展的潛力巨大[1]。

建筑業(yè)是一個粗獷型的產業(yè)集群，其手工作業(yè)程度高，機械化程度不高。隨著建筑技術的不斷發(fā)展，建筑工程的成品化、機械化是一個必然的趨勢，施工現(xiàn)場電動工具的普及化對于提高整體施工技術水平、減輕人工作業(yè)、提高勞動效率和提高工程質量水平有積極的意義。目前，國內外建筑工地中的鋼筋捆扎依然使用人力的手工捆扎，即使在歐美等發(fā)達地區(qū)，自動鋼筋捆扎技術也只是一個新興的領域，遠沒達到普及的程度。傳統(tǒng)的手工鋼筋捆扎工效低、勞動力成本高、風險系數(shù)大，而且對操作工人的熟練程度有一定的要求。手持式全自動鋼筋捆扎機實現(xiàn)了以機器替代手工捆扎鋼筋的所有步驟，不僅比手工捆扎速度快、效率高，而且有效提高了勞動效率和操作的安全性[2]。

1 國內外現(xiàn)狀

鋼筋捆扎機是一種建筑用電池類智能型鋼筋快速捆扎電動工具，又名全自動鋼筋捆扎機（Automatic Rebar Tying Machine）。它是一種智能化工具，內置微控制器，能自動完成鋼筋捆扎的所有步驟，可廣泛應用于建筑工程領域（梁、弧、柱、梯等構件鋼筋的綁扎），以代替人工捆扎鋼筋。

鋼筋捆扎機最早從日本開始研制，如日本美克司（MAX）公司[3]的鋼筋捆扎機從 20世紀 90年代初就開始研制，1993年發(fā)明第一代產品并開始推廣市場。到2012年，美克司公司已經成功研制出第二代鋼筋捆扎機產品，其性能非常好，市場份額大，但是價格也很昂貴。近十年來，國內也開始研究鋼筋捆扎機系統(tǒng)，主要是模仿日本產品，也占領了一部分市場。最近，隨著國內廠家質量的逐步改進，部分廠家開始研發(fā)自主知識產權的產品，市場占有率也逐步增加，但是離挑戰(zhàn)日本美克司的地位還有很大的差距。比如：寧波九威實業(yè)有限公司[4]、臺州市新大陸電子科技有限公司[5]、深圳市西鄉(xiāng)冠榮電子廠、廈門美益達機械有限公司、桐鄉(xiāng)市嘉程電子機械有限公司等。該產品目前來說還沒有達到普及的水平，市場價格比其他同類電動工具高，還沒有被大規(guī)模接受和使用。所以，當前主要市場還位于歐美發(fā)達國家，因為其較高的勞動力成本以及個人多不愿意從事勞累辛苦的工作，該產品在歐美發(fā)達市場有著比較大的市場。而國內市場還在開發(fā)之中，但相信國內市場前景更大。

2 系統(tǒng)結構

鋼筋捆扎機主要由機體、專用線盤、電池盒、充電器四部分組成，具有重量輕、操作靈活、效率高、質量穩(wěn)定等特點。它具有自動完成鋼筋捆扎的功能，主要應用于建筑、橋梁、礦山等施工現(xiàn)場，實物中性圖如圖1所示。

機體包括單片機控制電路板、捆扎機械傳動結構和殼體。其中單片機電路板負責控制整個系統(tǒng)工作狀態(tài)及過程；而捆扎機械傳動結構目前國內外都申請了很多專利，比如：鋼筋捆扎機的鋼絲卷筒制動單元[6]，鋼筋捆束機[7],鋼絲卷筒、鋼筋捆扎機及鋼筋捆扎機的操作方法[8]等。線盤為專門定制，一般采用0.8 mm的鍍鋅鐵絲，硬度適中。鐵絲被繞在一個特制的線盤里面，線盤裝入機器里即可操作使用。每盤鐵絲大概長95 m～100 m之間，根據機器型號或者設定的不同，可以捆扎2圈或者3圈,這樣每卷線盤可以捆扎鋼筋的結數(shù)大約為180～270。

系統(tǒng)電源使用反復可充式鎳氫電池供電，其攜帶操作方便，能滿足施工現(xiàn)場的苛刻環(huán)境，實物中性圖如圖2所示。第一代鋼筋捆扎機的供電電壓為DC9.6 V，目前國內還處于第一代產品的生產研發(fā)中，而以日本美克司為代表的公司已經推出了第二代產品，供電電壓為DC14.4 V[3]。

3 系統(tǒng)原理和性能

鋼筋捆扎機能完成人工鋼筋捆扎的送絲、繞絲、割斷鋼絲及扭絲等所有步驟。上電后，系統(tǒng)進行初始化檢測，該過程包括送絲裝置檢測及異常報警、繞絲裝置檢測及異常報警、扎緊裝置檢測及異常報警、工作溫度檢測及異常報警和其他初始狀態(tài)量檢測及異常報警。系統(tǒng)檢測正常后，工作過程如下：(1)送絲裝置根據系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)送一定長度鋼絲（2圈或者3圈的總長度），誤差在一定范圍內；(2)送絲的同時，繞絲裝置根據系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)繞鋼筋結點，達到預設長度后機械切斷；(3)扎緊裝置根據系統(tǒng)規(guī)定的扭矩擰緊鋼絲；(4)整個捆扎鋼筋結點過程完成，準備下次任務觸發(fā)。程序流程圖如圖3所示。

鋼筋捆扎機產品的型號各異，根據捆扎最大范圍主要分為20 mm、40 mm、60 mm等幾個型號，其中以捆扎范圍約40 mm的型號最受市場歡迎。在國內，60 mm型號生產企業(yè)很少，大部分企業(yè)以生產中小型號的產品為主。產品技術性能如下：(1)操作方便簡單，提高工人操作的安全系數(shù)。(2)捆扎速度快 (約為人力操作的 3～4倍)，捆扎時間短(一個結捆扎 只 需 0.8 s～1.2 s)。 (3)重量輕 (只有 2.5 kg左右)，外觀精巧。(4)電池容量高(可連續(xù)捆扎 1 000個結以上)，充電時間短(約 1 h)。 (5)兼容大小鉗口產品。(6)自動安全保護。包括鉗口異常、送絲齒輪卡死、送絲長度不夠、送絲馬達卡死、送絲線盤轉動異常、主軸卡死或過載、電池電壓過低、系統(tǒng)工作溫度過高等。(7)扎緊力度自動控制,也可手動調節(jié)控制。(8)送絲長度可控。(9)能耐高溫、高強度長時間工作。

圖3 軟件流程圖

鋼筋捆扎機由外殼、拉桿、控制絲杠、傳動系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、切絲系統(tǒng)、擰絲系統(tǒng)和復位系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)是一種供鋼筋捆扎用的手持電動工具，它把簡單的手工推拉運動自動連貫地轉化為鋼筋捆扎所需的一系列動作，具有捆扎效率高、捆扎質量好、節(jié)省材料、體積小、成本低、使用靈活高效、適應場合廣泛等特點，市場前景很好。

[1]智研咨詢集團.2012-2016年中國電動工具市場研究及未來發(fā)展趨勢報告[R].北京：慧典市場研究報告網，2012.

[2]慧典市場研究報告.2010-2015年中國鋼筋捆扎機市場調查研究及投資前景分析預測報告[R].北京：慧典市場研究報告網,2012.

[3]MAX Co.Ltd.鋼筋捆扎機[EB/OL](2012-xx-xx)[2013--02-25].http：//www.max-ltd.co.jp.

[4]寧波九威實業(yè)有限公司.產品展示[EB/OL].(2012-xxxx)[2013-02-25].http：//www.kowytools.com.

[5]臺州市新大陸電子科技有限公司.產品展示[EB/OL].(2012-xx-xx)[2013-02-25].http：//www.xdldz.com.

[6]板垣修.鋼筋捆扎機的鋼絲卷筒的制動單元：日本,CN102556393A[P].2012-07.

[7]草刈一郎,笠原章.鋼筋捆束機：日本,CN102322150A[P].2012-07.

[8]中川康.鋼絲卷筒、鋼筋捆扎機及鋼筋捆扎機的操作方法：日本,CN102133933A[P].2011-07.