玻璃鋼錨桿生產工藝介紹與生產線技術改造

［摘 要］文章介紹了玻璃鋼錨桿的發展歷程，分析了國內外玻璃鋼錨桿的生產工藝，介紹了國內玻璃鋼錨桿生產線設備發展情況，針對國內某企業玻璃鋼錨桿生產線進行了技術改造和關鍵部件的機械結構設計，提高了產品生產的自動化水平。實踐表明，改造后生產效率和生產質量均得到了提升。

［關鍵詞］玻璃鋼；錨桿；生產工藝；生產線；技術改造

［中圖分類號］TD353.6 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0025–03

1 玻璃鋼錨桿概述

玻璃鋼錨桿是一種新型非金屬材料錨桿，玻璃鋼材料在20 世紀30 年代出現并開始應用，這種材料使用玻璃纖維作為增強相，樹脂基體包裹玻璃纖維，通過熱固成型，可以加工成各種形狀，具有較好的力學性能。20 世紀90 年代，歐美國家開始使用玻璃鋼材料制作錨桿，并很快得到了推廣。目前在生產現場使用的玻璃鋼錨桿，桿體上一般都有螺紋結構，在支護作業時，用螺帽把托盤固定在玻璃鋼錨桿的桿體上，起到比較好的穩定作用。

玻璃鋼材料出現以來，其構成也在不斷發展，具備以下優勢：①玻璃鋼材料的耐腐蝕性好，金屬錨桿在使用過程中通常需要考慮耐腐蝕的問題，玻璃鋼錨桿就沒有這種問題；②玻璃鋼材料的質量較輕，與傳統鋼材料錨桿相比，重量只有鋼材料錨桿的1/4 左右，使其運輸、使用更為便捷；③玻璃鋼材料的各方面強度較高，抗拉強度一般能達到同規格鋼材料錨桿的1.5倍左右，完全達到礦井支護所需的力學要求；④玻璃鋼錨桿價格優于傳統鋼錨桿；⑤玻璃鋼錨桿具有較好的切割特性，通常用于煤層較完整、壓力小的回采巷道、巷幫支護，用以代替金屬錨桿實現采煤機的安全切割。

目前，我國玻璃鋼錨桿的生產工藝落后、生產效率低、手工操作工序多，導致其質量標準、性能穩定性不高。因此提升產品生產的自動化程度、改進生產工藝成為行業研究熱點。

2 玻璃鋼錨桿的生產工藝概況

玻璃鋼錨桿的桿體上有形狀規整的螺紋，用于配合托盤和螺帽的安裝。錨桿表面的螺紋結構如何成型、生產過程中螺紋結構能否實現柔性調整，都是玻璃錨桿自動化生產需解決的重點問題。玻璃鋼錨桿桿體上的螺紋成型主要包括兩種工藝：①拉擠、模壓；②拉擠、纏繞。

拉擠、模壓工藝中，拉擠工序主要指把玻璃纖維充分浸潤樹脂材料，通過拉力使材料通過一個擠壓孔，使浸潤了樹脂的玻璃纖維集束成桿狀的過程。模壓工序是使用模具在集束成型的桿件表面上壓制出螺紋結構。這種生產工藝在玻璃鋼錨桿問世初期，得到了廣泛使用，但是這種工藝的缺點很多：①加工效率較低；②在玻璃鋼錨桿的桿體上壓制螺紋時精度不夠高；③生產設備體積大，自動化程度不高。

拉擠、纏繞工藝中的拉擠工序與拉擠、模壓工藝基本相同，區別主要在桿體上的螺紋結構成型過程。纏繞工序指的是在充分浸潤樹脂的玻璃纖維集束成型后，使用一個繞線機構在桿體表面使用玻璃纖維絲進行纏繞，常把纏繞用的玻璃纖維絲稱作成型絲，其在桿體表面纏繞出螺紋結構。這種工藝的特點是纏繞這個動作比較容易實現自動化加工，通過固化成型后，再將桿體表面的成型絲去除，去除成型絲工作初期都是需要工人手工去除，現在也引入了拆線機構進行自動化生產。

2.1 國外玻璃鋼錨桿生產工藝使用情況

現在，美國、歐洲等國家用的比較多的玻璃鋼錨桿生產工藝是拉擠、纏繞，且已基本實現自動化，生產效率較高，產品性能穩定。

2.2 國內玻璃鋼錨桿生產工藝使用情況

國內玻璃鋼錨桿已廣泛應用于生產現場，但產品開發、生產時間較短，還需在標準制訂、生產工藝自動化上進行進一步研究與嘗試。與國外相比，玻璃鋼錨桿的生產尚處于發展階段，生產自動化程度較低，設計制造錨桿生產線成套設備的企業較少。

淮南金德實業有限公司是一家專業生產玻璃纖維鋼筋、玻璃鋼錨桿、樹脂錨固劑、高強建筑結構膠、高強化學錨栓等錨固產品的專精特新企業。該企業自主研發了玻璃鋼錨桿的系列產品和生產技術，并在2005年左右取得了一系列省級科技成果和獎勵。2010年以來，該公司自主開發了玻璃鋼錨桿生產線，生產自動化水平進一步提升。但隨著產品升級，原有生產線的生產精度和生產效率已不能滿足生產需求，急需進行關鍵設備的重新設計和技術改造。

3 玻璃鋼錨桿生產線技術改造與關鍵部件機械結構設計

3.1 玻璃鋼錨桿生產線技術改造

目前淮南金德實業有限公司使用的玻璃鋼錨桿主要生產工藝過程如下：玻璃紗浸涂樹脂后，利用繞線機將玻璃紗集束成桿，并通過繞線動作在桿體表面形成螺紋結構，該螺紋結構要與錨桿托盤和螺母進行配合，配合度影響錨桿的使用性能，因此有精度要求。繞線后經過加熱固化就形成了螺紋桿體，進行定長切斷，就完成了生產過程。

在實際生產過程中，玻璃鋼錨桿表面常間斷性出現氣泡和裂紋，物理性能較差，繞線機僅用1 個玻璃紗盤拉擠、纏繞，出料速度僅為0.4～0.8 mm/min。加工出的產品，螺距一般為9±0.3 mm，擰螺母時較困難。

針對實際生產中的問題，對現有玻璃鋼錨桿生產線進行技術改造：①在生產線上設計增加擠壓裝置，在錨桿繞線前，擠出玻璃紗中多余樹脂，實現材料的回收再利用，并消除原生產過程中錨桿表面產生氣泡和裂紋的情況；②對生產線上關鍵設備原齒輪傳動式繞線機進行重新設計，改變傳動形式和單電機驅動模式，實現對電機速比的同步自動化控制；③設計出錨桿解繩裝置（拆線機），放置在切斷之前，以實現拆線工序的自動化生產，節約人力成本，大幅提高生產效率。改造后的玻璃鋼錨桿生產線結構如圖1 所示。

3.2 繞線機和拆線機的結構設計

玻璃鋼錨桿的繞線機和拆線機是錨桿生產中的關鍵設備。繞線機主要用于在錨桿的表面加固層繞制玻璃纖維繞線，而拆線機則用于在繞制完成后將錨桿上的繞線剝離。

3.2.1 繞線機

預先準備玻璃纖維線，通常是經過預處理的高強度玻璃纖維。在繞線機控制系統中設置繞線的參數，包括繞線的直徑、繞線頭的轉速、繞線的層數等。玻璃鋼錨桿經過繞線頭時，玻璃纖維線通過繞線頭的旋轉，均勻地纏繞在錨桿表面。控制系統確保繞線的均勻性和正確性。繞線機傳動系統保證繞線頭的旋轉和錨桿的前進，使得繞線過程持續進行。有些繞線機具有多層繞線的能力，控制系統可以在繞制不同層時自動調整參數。在繞制過程中，通過傳感器檢測繞線的張力、密度等參數，確保繞線的質量。

如圖2 所示，設計了一種全新結構的繞線機，將齒輪傳動改為帶傳動，縮短跳動距離，并設計伸縮氣缸和調節盤結構，伸縮氣缸和調節盤的作用是調整繞線機繞線時的纏繞角度，在玻璃鋼螺桿表面形成不同傾斜角度的螺紋結構。

3.2.2 拆線機

待錨桿上的繞線完成后，在控制系統中設置拆線的參數，例如拆線的速度、刀具的位置等。傳動系統保證拆線刀具的運動，同時保持錨桿的穩定。拆線刀沿著錨桿表面移動，剝離繞制好的玻璃纖維繞線。收集被剝離下來的玻璃纖維繞線，進行回收利用。在拆線的過程中，通過傳感器檢測拆線的張力，確保拆線的質量，也可以通過視覺系統檢查拆線的外觀。

如圖3 所示，設計了一種全新結構的拆線機，替代人工拆線的工序，以提高生產效率，實現自動化生產。

綜上所述，玻璃鋼錨桿的生產涉及多個工藝步驟，包括原材料準備、繞線、固化、拆線等。改進型的繞線機和拆線機通過先進的控制系統和測試裝置，提高了生產過程的穩定性和產品質量。在繞線機方面，均勻性測試、層間切換測試、速度測試及材料利用率測試是關鍵的測試項目。而在拆線機方面，剝離質量測試、剝離速度測試、刀具壽命測試及材料回收率測試是重要的考察點，實測各種指標均有提升。

4 結論

通過對玻璃鋼錨桿生產線的技術改造，得到以下結果。

（1）錨桿生產出料速度提升到1.5～3.2 m/min，產能大幅提高。

（2）產品螺距為9±0.1 mm，可實現桿體全長范圍內與螺母順利旋合，無阻礙。

（3）表面無氣泡和裂紋，物理性能大幅提高。

隨著科技的不斷進步和制造技術的提升，玻璃鋼錨桿生產技術將繼續迎來更多創新。未來可能出現更智能化的繞線機和拆線機，具備更高的自動化程度和智能調控系統，從而提高生產效率。材料科學的發展也可能帶來更高性能的玻璃纖維和樹脂，使得玻璃鋼錨桿在強度、耐腐蝕性等方面更上一層樓。同時，環保意識的提高可能推動玻璃鋼錨桿生產過程更加可持續和環保。

參考文獻

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