弧形钢筋弯曲设备改制后的成功应用

金治华 李 青 李志红

1 概述

三峡永久船闸地下输水系统,混凝土衬砌断面多为门洞形,弧形钢筋制作量大,而且分布密度大,其中十字管5个,T形管10个,渐变段 50多个,弧形钢筋总共有1.5万t以上,而且工期要求紧。湖北清江水布垭电站地下厂房洞室群工程规模大,工期紧,施工强度高,结构紧凑,洞室结构形式多变,隧洞衬砌圆形断面多,圆弧钢筋制作量大,渐变段多。

国内传统加工设备和弧形筋的制作方法很难解决以上难题,俗话说:“工欲善其事,必先利其器。”改进弯曲机是摆在我们面前必须攻克的一大难题。最初我们使用的设备是GW40型弯曲机,当时弧形筋的传统制作方法是在弯曲机左右插入座各插入一个中心柱,柱上插入柱套,同时工作盘上插入4个中心柱(4个中心柱呈正方形),然后在4个柱上插入相同型号的柱套,钢筋随工作盘运转方向前进,钢筋受工作盘柱套的摩擦力、定推力等作用弯成弧形钢筋。这种加工方法主要靠改变柱套的厚度或改变中心柱的位置,加工成相应弧形钢筋,并且中心柱与钢筋接触有一定的时间差,加工成的钢筋翘曲不平,平整度很难保证,并且质量不稳定,不安全可靠,地下洞室群体形多变,一个工程断面半径有近百个,有几万吨钢筋,相应需要的中心柱和柱套的型号也有几百个类型,并且中心柱与柱套和钢筋发生摩擦,厚度不断改变,不能保证钢筋的加工半径准确性,这种方法钢筋的送料靠人工推进,不但费工、费时、费料,且很难满足规范和设计要求。为解决以上难题,我们经过反复探索,试验总结,对GW40型弯曲机进行了改制,制成了弧形弯曲机,使钢筋加工速度提高了几倍,而且质量安全性能可靠,操作方便,节省了大量成本,属国内首创。

2 弧形弯曲机的设计与制作

弧形弯曲机适用于工业及民用建筑工程、水利水电工程、交通枢纽工程等各种类型钢筋混凝土工程,可弯曲钢筋直径范围:12～40。

弧形弯曲机主要由工作盘、送料滚筒(滚筒由外套、208柱承、柱承柱组装在一起)、可调丝杆(可调丝杆由两个内螺丝套筒和一个丝杆组成)和送料底座等组成。我们在设计时考虑到钢筋制作主要使用的是Ⅰ级钢和Ⅱ级钢,工作盘的结构设计主要根据齿轮的强度,刚度和制造工艺要求考虑,要求工作盘具有足够硬度,齿心有足够韧性,同时还要便于加工,满足精度要求,为了节约钢材可在齿轮圈周围采用硬度较好的材料,通过过盈配合装配在一起或采用焊接等其他工艺,但必须保证连接可靠。经过机械力学性能测算(即抗冲、抗剪、抗弯等计算),选用了 45号结构钢,并对表面进行了淬火处理,组装时将圆弧机的工作圆盘用中心柱连接在弯曲机工作圆盘上;送料滚筒安装在送料底座上,最后用销子将送料底座安装在左右插入座上,并加以固定。加工安装过程中,要严格控制工作圆盘高度,其工作盘中心平面与左右送料滚筒凹槽中心平面在同一个平面上,一定要保证组装各部位连接可靠,有利于保证成型钢筋的平整度。倘若不需要加工弧形钢筋时,可将工作圆盘、送料底座等取下,就是一台普通的GW40型弯曲机。

3 弧形机的工作原理

弧形机加工钢筋的过程中,钢筋通过送料滚筒送进后,运转的工作盘通过钢筋摩擦力、圆周力、定推力和法向力,将钢筋带动,钢筋同时受送料滚筒阻力、摩擦力等作用力,弯曲成不同弧形,制作钢筋半径的大小可根据可调丝杆上的标识进行调节(注:可调丝杆上可标识不同长度,对应不同圆弧半径)。开始时,我们将工作盘制成圆盘,加工时不利于渐变段钢筋加工,因为渐变钢筋由圆形变成方形,或由方形变成圆形,同时钢筋端头,通常有加工好的直螺纹丝头,若采用圆盘,一根钢筋中间是直段,两端是圆弧段或三个半径以上的钢筋是很难加工的,而且到了直段界点或半径变化界点,钢筋只能重新退回取出,这样加工速度明显减慢,并且不小心易磨损直螺纹丝头。我们针对钢筋加工直径和最大弯曲半径等因素,认真分析研究,决定把工作盘切去一小部分,就这关键一刀,将以上弊端克服了,这样不但操作方便,而且提高了效率。特别是在制作T形管、十字管和蜗壳等复杂钢筋时,充分发挥了它的优越性。

4 弧形机的受力分析和强度验算

根据钢筋加工时钢筋与工作盘接触点受力分析,如不计算摩擦力且将沿工作盘齿宽作用的分布荷载简化为集中力,接触部分看成一点,工作盘受圆周力(F),径向力和法向力,其计算关系式如下:

1)圆周力:Ft=K×F2。

2)径向力:Fr=Ft×Ga。

3)法向力:Fn=Ft/cosa。

其中,K为综合拆减分项系数;a为接触点压力角。

上面的分析公式是在理想状态荷载下,实际操作中工作盘转动受安装误差及载后的弹性变形等因素的影响,荷载沿齿宽分布不均匀,既有荷载集中的现象,还会引起附加动荷载,所以在强度计算和设计时,必须反映上述因素,因此对计算荷载乘以相应拆减系数进行验算:

圆盘强度验算公式:σ=M/W。

其中,σ为接触点弯曲应力;M为危险截面所受弯矩;W为危险截面抗弯截面系数。

5 在施工过程中的几点要求

1)为了安全,工人在使用弧形机制作钢筋时,注意力一定要集中,操作工与助手一定要配合好,防止夹伤手。

2)为了保证质量,要焊2个～4个与滚筒凹槽中心平面一样高的架子,减少人为因素造成钢筋翘曲不平。加工时最好放样加工,要求放出钢筋的内皮线和外皮线尺寸。

3)弧形机工作盘的运转速度快慢可通过切换变速齿轮的位置来进行调节,达到自己所需要的加工速度。

4)弧形机的加工场地必须平整,机器不能摆放在斜坡上作业。

6 结语

弧形机是在实践工作中摸索和大量总结后改进的产物,经过近2万 t钢筋加工实践证明,创下日产量50 t的加工纪录。弧形机改制解决了渐变段钢筋、十字管钢筋、T形管钢筋、厂房蜗壳等复杂多变钢筋的制作难题,它在三峡永久船闸地下输水系统和清江水布垭地下厂房得到成功应用,使加工速度大大提高,而且质量安全性能稳定,操作简便,提高了工效,有效地加快了施工速度。