新型钢筋桩圈快速成型机设计与应用

2013-11-08刘小平

天津冶金 2013年1期

刘小平

（天津天铁冶金集团机装部，河北涉县 056404）

1 引言

现代建筑工程项目基础设计普遍采用混凝土灌注桩基础，在灌注桩施工中的钢筋桩的制作，尤其是桩圈作为钢筋桩的重要部件，由于采用人工绕制桩圈效率低，甚至当混凝土灌注桩的桩圈采用大直径钢筋的情况下，还出现了不能弯曲的问题，严重制约着工程节点顺利展开。后来采用普通弯曲机来制作大直径钢筋桩圈的方法，每次只能盘制单圈钢筋，效率低，不能满足工程施工的需要。为此，对混凝土灌注桩中大直径钢筋桩圈绕制成型难度大、加工速度慢、人工劳动强度大的问题进行研究探讨后，设计完成了新型大直径钢筋的桩圈快速成型机。该机械结合了普通弯曲机能绕制大直径钢筋和人工绕制钢筋桩圈的工艺特点，实现了制作大直径钢筋的桩圈快速成型，原需要人工弯制几天才能完成的工作量，现只要几小时就可以完成，比人工绕制速度提高了8～10 倍。

2 人工和普通弯曲机制作钢筋桩圈成型工艺概述

人工绕制制作桩圈工艺，是用相应直径的钢制圆桶作为制作桩圈模具，模具钢桶在人工推动下绕一固定轴转动，由钢桶带动的钢筋在钢桶的转动中实现桩圈的弯曲成型。这种人工绕制的工艺在原来桩基础比较少用、桩圈钢筋采用强度HPB235、直径16 mm 以下钢筋时，由于工作量相对较少，绕制的难度也不大，这种工艺还是比较适用的。但是随着建筑设计的要求不断发展，混凝土灌注桩基础的广泛采用，制作钢筋加强圈采用钢筋的类型也出现了比较大的变化，有的桩圈钢筋甚至采用了强度HPB235、直径20 mm 以上的钢筋,再用人力绕制就非常困难，甚至不能实现预期的弯曲。其工艺原理见图1。

钢筋弯曲机是由中央的工作盘、两边的插座及十字撑、圆套、挡轴和基座组成，工作原理是靠工作盘的转动及工作盘上的钢轴套为支点，插座板的钢轴为挡铁。制作弯曲钢筋工艺是以两边插座板上的钢轴为支点，以十字架和圆套为顶点，钢筋从一边由工人推进，工作盘转动，使钢筋弯曲。使用普通弯曲机能够弯制桩圈，它是在原有钢筋弯曲机的工作盘中央固定一圆盘，该圆盘通过其下的两个芯轴插入工作盘的两个插孔中，这样该圆盘就可随工作盘一起转动，其主动轮作用，把原有两个插座板去掉，在该位置连接一个燕尾槽，以便于固定顶轴。在燕尾槽内各嵌入一个滑动体，滑动体上带有固定芯轴，芯轴上插套筒，起挡轴顶弯作用。这样，钢筋通过圆盘和两个套筒后，随着圆盘转动，就会自然弯曲成型。

图1 混凝土灌注桩钢筋加强圈传统制作方式原理图

这种通过适当改造弯曲机，解决了采用大直径钢筋的桩圈用传统工艺无法完成的问题，但这种方法一次只能完成一个钢筋桩圈的弯曲，不能实现连续弯曲绕制，效率低下，不能适应现在项目多、工期紧、短时间内需要大量桩圈的要求。其工艺原理图见图2。

图2 改造普通弯曲机前后结构原理图

3 新型快速成型机设计与应用

3.1 可加工大直径钢筋的新型桩圈快速成型机设计

结合人工制作钢筋桩圈工艺和有关单位对桩圈加工工艺的改进实践经验，进行了多方面的比较和研究，提出了可加工大直径钢筋的新型桩圈快速成型机设计要求：（1）整根钢筋能够连续作业；（2）电力驱动，能够绕制大直径的钢筋；（3）就地取材，缩短制作周期；（4）绕制速度快，劳动生产率高；（5）运行稳定，易于控制，安全可靠；（6）结构简单，易于维护检修，能够适合建筑工地恶劣的环境要求。

借鉴传统工艺制作方法，成型机的本体设计采用在底座的下面加装锥齿轮副，通过电机和减速器的二级减速后，使主动锥齿轮驱动大锥齿轮，带动模具钢桶的转动，实现桩圈的绕制。

为了实现桩圈连续绕制中不至于出现乱圈，在转动钢桶外侧设置一挡辊，挡辊除了使钢筋紧贴钢桶以保证桩圈曲率精度的作用外，随着钢筋的卷曲，逐圈提升送料端位置，防止了乱圈现象的发生。

绕制桩圈结束时，如果不及时停车，由于钢筋尾部脱离挡辊的束缚，桩圈会突然弹开，而且操作工会由于手忙脚乱而出现事故。因此，为了实现桩圈盘制的安全性，应设计自动停车机构。当钢筋桩圈成型机处于工作状态，逐渐提升的钢筋桩圈推动挡辊上的导向套，挡辊上端置一可根据钢筋盘制可达到最高点调节位置的限位器。当钢筋盘制至末端，推动导套使限位器动作切断电源而结束工作状态。混凝土灌注桩大直径钢筋加强圈成型机本体见图3。

图3 新型桩圈快速成型机本体示意图

3.2 选用设备及零部件

按照设计可加工大直径钢筋的新型桩圈快速成型机的要求，零部件的选用充分体现了修旧利废的原则。通过对桩圈成型机各零部件的功能分析，选用了报废设备的可用零部件。锥齿轮选用移动式滚筒搅拌机传动齿轮，减速机、电机选用淘汰下来的龙门吊备件，模具钢桶选用生产中剩下的料头卷制，大大减少了需加工的零件数量，缩短加工周期，降低了加工成本。

加工环形钢筋的模具钢桶直径选择，由于钢筋有弹性，模具钢桶直径应比混凝土灌注桩大直径钢筋加强圈直径略小。在实践中通过试验各种型号的钢筋弯曲成型结果研究，环形钢筋直径和滚筒直径的对应关系见表1。

表1 混凝土灌注桩、加强圈和模具滚筒直径实验对应表

4 应用效果

新型桩圈快速成型机在使用过程中，使用钢筋规格覆盖了12-φ25 各种常用规格，运行平稳，限位装置可靠灵敏，安全性能好，整机维修性能优良，制作精度符合要求，简洁的设计对建筑工地恶劣的环境适应性较强。

实践证明，采用该机生产，由于连续绕制而不用产生废头，可节约钢材8%，在实际考核中，仅用8 h 就制作出φ20 圆钢加强圈1 500 多个，由于一人即可操作此设备，相比传统制作方式综合平均每台机可节约人工2 人。综上所述，该机达到了设计前的预想要求，几年来的使用情况表明，该机的使用满足了生产施工大规模、快节奏的需要，比人工绕制速度提高了8～10 倍。