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一种多功能钢筋弯曲机的结构设计

文章来源:兴达建筑?? 编辑:兴达建筑 ?? 发布时间:2019-01-04 20:04?? 浏览次数:

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  钢筋弯曲机是用来将切断配料的钢筋,按配筋图要求弯曲成需要的形状和尺寸的专业设备.输电铁塔基础施工过程中,需要大量的钢筋材料,一般钢筋经常需要进行一定弯曲以满足工程需要.目前工程上使用较为广泛的是国产GW40型电动钢筋弯曲机,其特点是构造简单、适用性强,能将直径在40mm以下的钢筋弯制成各种角度.我国对钢筋弯曲成形的技术也达到很高的水平,钢筋弯曲机已经出现了多种型号和弯曲类型,如由中国建筑科学研究院建筑机械化研究所与沈阳市建筑施工机械厂共同研制的GW32型、GW40型钢筋弯曲机,于1986年11月相继在沈阳和合肥通过了部级技术鉴定.这两种新型的钢筋弯曲机都是在参照国外样机的基础上并结合我国的具体国情研制成功的换代新产品.其中GW32弯曲机填补了我国钢筋弯曲机系列产品的空白.

  本文设计的钢筋弯曲机是针对钢筋直径为12~30mm 20MnSi设计的,其型号为 GW30,相对于GW40型、GW32型来说有了一些改进,主要是在控制和模具的改进方面.控制方面对角度控制和自动回位控制做了一定的设计.传统的手动型钢筋弯曲机是采用点动按钮设计的,在打弯钢筋和归位时,手都要一直按住按钮,劳动强度大,人精神要非常集中,容易产生疲劳.另外弯曲钢筋的角度纯依赖于工人操作的熟练程度.相对传统弯曲机需要人工操作才可以回位来说,本钢筋弯曲机使得工作人员的工作量减轻了不少;钢筋弯曲角度控制使得钢筋可以弯曲成所需要的角度,形成各种形状以适应建筑和其他行业的需要.对于模具来说,尽量设计简单实用,且设计各种可以调节的机构,使得模具具有通用性,对于不同直径的钢筋都可以使用,这样提高了模具的使用性.工人进行一定的训练,操作熟练后则生产效率有大幅提高,当然对于大批件的加工来说,更可以体现本钢筋弯曲机的高效率.

  1 钢筋弯曲受力分析与计算

  1.1 工作状态

  钢筋受力情况及计算有关的几何尺寸标记如图1所示.

  

 

  图1 钢筋的受力分析

  1.工作转盘;2.中心套(直径D);3.拨料杆;4.挡料杆(直径d);5.钢筋d0;6.插入座

  设弯曲钢筋所需弯矩:

  

 

  式中,F为拔料杆对钢筋的作用力;Fr为F的径向分力;α为F与钢筋轴线夹角.

  当MT一定时,α越大则拔料杆及主轴径向负荷越小;α=arccos(L1/L2),L2 一定,L0 越大,则α 越大,因此,弯曲机的工作盘应加大直径,增大拔料杆中心到主轴中心距离L0.

  1.2 弯曲钢筋所需主轴扭矩及功率

  按照钢筋弯曲加工规范规定的弯曲半径弯曲钢筋,其弯曲部分的变形量均接近或超过材料的额定延伸率,钢筋应力超过屈服极限产生塑性变形.

  1.3 材料达到屈服极限时的始弯矩

  根据设计条件按Φ30螺纹钢筋公称直径计算:

  

 

  式中,M0为始弯矩,W 为抗弯截面模数,其抗弯截面模数W 在设计手册中查取,K1为截面系数,对圆截面K1=1.7.

  参考文献,对于20MnSi可以进行180°弯转,螺纹钢筋σs=335N/mm2(GB1499),则得出始弯矩M0=1 528.47N·m.

  1.4 钢筋变形硬化后的终弯矩

  材料的弯曲过程刚刚开始主要是弹性变形,接着将发生塑性变形,当其达到屈服极限之后开始变形硬化(强化),将产生变形硬化后的终弯矩:

  

 

  式中,K1 为相对强化系数,K1=1.7,K2=0.63~0.7,取为0.7,D 为弯心直径,D=3d,则得出终弯矩M=1 780.28N·m.

  1.5 钢筋弯曲所需弯矩

  根据以上的设计计算20MnSiΦ30钢筋(σb≤490 N/mm2)弯曲所需弯矩:

  

 

  式中,K为弯曲时的滚动摩擦系数,K=1.05.

  2 控制原理与控制电路设计

  2.1 工作盘角度控制原理与自动回位原理

  如图2所示,工作盘圆周均匀分布有80个直径为6.4mm的圆孔,用于插入公称为M6的小螺栓,以控制工作盘工作转动的角度,如此来控制钢筋弯曲的角度.

  

 

  图2 工作盘工作原理图

  1.角度控制行程开关;2.螺栓;3.工作盘;4.回位行程控制开关

  圆周为360°,所以相邻两孔间的夹角为:360°/80=4.5°,所以一些比较特殊的角度可以用孔的数目表示出来:45°相当于10个孔,90°相当于20个孔;60°相当于13.3个孔,允许有一定角度误差,可以取整为13个;120°相当于26.7个孔,可以取整为27个,以此类推,其它的特殊角度都可以用孔数表示出来,也可以在这些比较常用的角度相对应的孔上做一定的标记,以便识别.

  如图2所示,有两个行程控制开关来控制角度与回位,左边的行程开关1为角度行程控制开关,用于角度的控制,其操动器触头位于工作盘下方.当小螺栓插在不同的孔位时,工作状态下,当螺栓下端碰触到行程开关1的操动器后,行程开关的一个触电断开,另一个触电接触,工作盘便会反向转动,直到回到原位(原点)才停止转动.具体电路控制参看图4和图5.图2行程开关4为回位行程控制开关,用于工作盘的自动回位控制,其操动器的触头位于工作盘的侧壁,在侧壁上设计有一个小孔用来进行原点位置的设定.工作原理为:在工作盘转动时,其操动器处于压缩状态,例如在以上的情况下,当工作盘转动一定角度开始反转的时候,工作盘的侧壁孔位接触回位行程开关4的操动器的触头时,触头在弹簧弹力作用下恢复原位,触电断开,于是工作盘停止工作.

  2.2 控制面板与控制电路

  此多功能钢筋弯曲机的控制面板如图3所示.控制电路图如图4~5所示.

  

 

  2.3 控制过程

  其具体控制如下(对照控制面板上的旋钮、按钮与电路图).

  

 

  图5 钢筋弯曲机反转时的电路图

  1)关机:Q断开(此时旋钮2打在2档位);开机:Q闭合(此时旋钮2打在1或3档位).

  2)点动:Q1断开(此时旋钮1打在1档位);连动:Q1闭合(此时旋钮1打在2档位).

  3)停车:常闭开关SB1控制.

  4)顺转行程:旋钮1处于档位2连动,旋钮2处于档位1顺转行程;操作完成功能:工作盘顺时针转动达到所设定角度后自动反转回到原点.

  5)逆转行程:旋钮1处于档位2连动,旋钮2处于档位3逆转行程;操作完成功能:工作盘逆时针转动达到所设定角度后自动反转回到原点.

  图4到图5的变化是旋钮2由档位1变到3,这个过程可以通过组合开关来实现.

  3 结构设计与实现功能

  3.1 结构设计

  钢筋弯曲机的结构设计如图6所示:原动机为电动机,查阅文献[5],选型号为 Y100L2-4,传动部分由V带传动、减速器、蜗轮蜗杆传动构成;实行部分则由工作转盘及其附属零部件、孔眼条板上设置的各种工作装置构成;孔眼条板上的装置包括可调挡架(如图7所示)还有可调支撑(如图8所示)等.其台面布置如图9所示.

  

 

  图6 钢筋弯曲机的结构

  

 

  图10为带刻度的可调挡块,其作用如下:

  1)挡住钢筋,保证钢筋的弯曲.先取来钢筋估计一下钢筋的粗细,调节可调螺母,使挡块可以在竖直方向(即孔眼条板的中心线方向)调节,以使钢筋与挡块的侧壁表面贴合,保证钢筋在弯曲的时候不会有蠕动等情况.

  2)粗略测量钢筋弯曲的长度.挡块上边设计有刻度,由于工作盘中心距板眼条板中心距离为250mm,所以可以设计挡块中心的刻度为250,由于左右板眼条板都可能要用到挡块,所以可以把刻度设计成左右对称的,如图10所示.这样一来,挡块左右都可以进行钢筋长度的粗略估计.如图12所示,开始工作时如有长度测量要求,可以在左右两边都放上一个挡架,右边的挡块可以利用可调挡块来调整长度.钢筋夹紧装置(如图11所示)的作用是把钢筋和可调挡架的挡板进行夹紧,以完成矩形、正六边形等弯曲形状.

  

 

  图12 钢筋弯曲机的示意图

  1.钢筋;2.挡架;3.挡架支撑;4.工作盘;5.挡块

  3.2 实现功能

  此多功能钢筋弯曲机可以弯制出各种形状的钢筋型材,供建筑和其他行业使用.列举一些常用和常见的形状如图13所示.

  

 

  图13 钢筋弯曲常见的几何形状

  1)矩形的实现:其实现形式如图14所示,首先如图14(a),先在两块刻度挡块下测量要弯曲的长度,再移去右边的挡块进行弯曲,如图14(b),弯曲了90°,再把弯曲的90°角拿到左边挡块上,用90°的挡板加以固定,弯曲长度可以在左挡块上读出(粗略),在挡板上用钢筋夹紧装置夹紧钢筋,再进行弯曲,得到结果如图14(d)所示;同理再把刚弯曲好的90°角放置在左边的挡块并用90°挡板固定,并调整弯曲长度,如此反复,则可以将矩形(正方形,长方形)轻易地成型出来.

  2)正六边形的实现如图15所示.原理同上面的矩形成型法,这里不敷述.

  

 

  3)圆形的实现如图16所示.

  

 

  图16 曲线钢筋成型方法

  1.钢筋;2.挡轴钢套;3.顶弯钢套;4.推进十字架

  4 结 语

  该多功能钢筋弯曲机总体设计结构较为简单,可以实现各种钢筋形状,易于操作,大大提高了工作人员的工作效率,控制电路简单且易于掌握,控制面板也简单易控,可以实现点动、连动、顺转行程(即顺转弯曲达到预定角度后自动回位)、逆转行程(即逆转弯曲达到预定角度后自动回位),同时具有行走轮,便于转移.使用时要注意一些事项:①进行钢筋加工时先进行试弯,找到需要弯曲角度所需要的孔在圆周上的位置;②挡块上所设计的刻度只是给予粗略读取钢筋的长度,同时起到标记位的作用.因为弯曲后钢筋的长度可能有所变化,所以要得到理想的长度,也要进行试验,找到较为理想的刻度标记;③由于有些零部件设计成利用螺栓的预紧力来紧固,所以要保证预紧力足够大,使得紧固可靠.

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