60t增壓型鋼筋擠壓機液壓系統的設計

張蘭娣，李 杰，石樹正，李常勝，馬軼群

ZHANG Lan-di, LI Jie, SHI Shu-zheng, LI Chang-sheng, MA Yi-qun

（河北建筑工程學院，張家口 075024）

0 引言

粗鋼筋的用量正在逐年增加，而粗鋼筋連接質量的好壞，將直接影響結構本身的安全，同時也對施工速度和經濟效益有一定的影響。我國常采用的鋼筋連接方法有電弧焊、閃光對焊、電渣壓力焊、氣壓焊等焊接方法以及綁扎搭接法。綁接法不但浪費鋼筋，而且接頭性能不好，搭接鋼筋中的內力通過周圍的剪力傳遞，引起的混凝土中側向分離拉力需要通過加密箍筋來承擔，試驗證明，柱子受壓破壞時粗直徑鋼筋搭接頭混凝土常有提前壓碎現象，因而要求將接頭錯開布置。電弧焊效率低，電渣壓力焊、氣壓焊都要求高水平的技術工人技術管理，焊接接頭的共同缺點是由焊接工藝、材料和人為因素有可能產生脆性破壞造成接頭質量下降，此外，焊接連接常常要求大功率電源，設備移動及高空作業比較困難，有明火或易燃易爆氣體，受操作空間、氣候條件限制、作業不安全、對人體有害處等缺點。

鋼筋擠壓連接是近年來提出的一種粗鋼筋連接的新技術和新工藝。鋼筋擠壓連接技術是把兩根待接鋼筋的端頭先后插入一個鋼筋套筒內，然后用擠壓鉗在側向加壓數道，使套筒塑性變形后將鋼筋緊密咬合達到連接的效果。這種方法改變了傳統焊接的熱操作方法，突出優點是設備結構簡單、操作方便、移動方便，尤其是保證接頭的強度達到鋼筋母材的強度。

1 目前的鋼筋擠壓機存在的問題

目前使用的鋼筋擠壓機的關鍵技術是采用了一套超高壓液壓系統，其壓力可達80—100 MPa，使模具獲得很大的擠壓力。該液壓系統一般由超高壓泵和相配置的超高壓控制閥組成，如圖1所示，其主要元件超高壓泵將電動機(或其他原動機)輸出的機械能轉化成液體超高壓壓力能的轉化裝置，一般采用軸向柱塞泵或徑向柱塞泵2種形式。在超高壓條件下，一般泵的輸出流量較小。超高壓換向閥一般采用手動換向機構，為了減小泄漏大多采用球閥結構。該系統具有體積小、重量輕、輸出力大等優點，適合用來作為鋼筋擠壓連接機的液壓動力源，但實際使用中存在以下問題：

圖1 超高壓泵系統

1）超高壓泵自身流量較小，在超高壓工況下的內泄漏將成為影響泵正常工作的主要因素，過大的泄漏還會使壓力升不到超高壓值。由于軸向柱塞泵或徑向柱塞泵其柱塞在柱塞缸內運動時，除受軸向壓力外還要受到 “殘余”徑向力所產生的彎矩作用，在壓力和彎矩的共同作用下，會加劇柱塞磨損，降低密封效果，引起泄漏；長時間運行還易引起液壓泵發熱。

2）超高壓泵的柱塞和柱塞缸等運動副之間采用的是“間隙密封”，其間隙小、加工精度高，對油液的清潔度和溫度的要求很高，即該液壓泵抗污染能力較差。顆粒性雜質將加大運動副磨損，甚至造成“機械卡死”。油溫過高，引起油液粘度下降，會加大泄漏。由于該設備長期在露天工地使用，粉塵高、溫度變化大，環境惡劣，又是長時間連續工作，加之使用者多為非技術工人，達不到使用要求的水平，更加縮短了超高壓泵的使用壽命。

3）超高壓系統需要配置超高壓控制閥，這類閥與常規高壓閥相比，密封更加困難，對使用環境要求更嚴格，故相對故障率也更高。

4）在實際使用中，為了裝卸工件方便，擠壓缸需帶動模塊軸向位移約5Omm行程。其中約40mm為空行程(空載或低負載)，使得動、定模塊合模，而最終的約10mm行程為擠壓行程(重負載)，使鋼套筒產生塑性變形。為了提高工作效率、縮短工作周期，需要設備提高空行程運動速度，因而要求系統能夠同時滿足合模時的“低壓快進”工況和擠壓行程時的“高壓工進”工況。由于一般超高壓泵的流量較小，不可能滿足快進工況時的供油，故常常需要采用高、低壓泵組合形式供油，此方案會加大設備的自重和制造成本。

2 液壓系統工作原理的改進設計

為了提高工作效率，減少超高壓泵、閥的液壓故障和停機維修時間，用常規高壓泵帶動增壓裝置來取代超高壓泵、閥，組成超高壓系統，如圖2所示。

該系統采用1臺額定壓力20 MPa的小排量齒輪泵，加設1臺增壓比P2／p1=4的增壓器，無需另加超高壓控制元件，即可方便組成超高壓鋼筋擠壓連接系統。它具有成本低、工作穩定、壽命長、抗溫度變化和環境污染能力強、維護方便等優點，適合于建筑施工工地長期露天使用。

3 增壓型鋼筋擠壓機的技術參數

1、液壓站系統壓力為20MPa，增壓缸的增壓比為4，增壓缸壓力為80MPa；

2、最大擠壓力為60t；

3、擠壓痕跡為三道；

4、擠壓器應能實現空行程快進、緩慢擠壓等操作；

5、擠壓操作要實現半自動化，擠壓操作時間不大于20s；

6、擠壓頭最大行程為50mm；

7、擠壓器總重不大于15kg；材料可以選用航空用高強度合金鋁。

圖2 增壓式液壓系統原理圖

4 疊加閥式集成液壓控制裝置的設計

疊加閥是在板式閥集成化基礎上發展起來的新型液壓控制元件，它被安裝在基塊和換向閥之間，每個疊加閥除了具有液壓閥本身功能外，還兼起通油孔道的作用。疊加閥及其閥孔設計應注重通用性，其重要性在于大批量生產。就某一規格的插裝閥為例，為了批量生產，其閥口的尺寸是統一的。此外，不同功能的閥如：單向閥、錐閥、流量調節閥、節流閥、兩位電磁閥等可采用同一規格的閥腔，如果同一規格、不同功能的閥無法采用不同的閥體，那么閥塊的加工成本勢必增加，疊加閥的優勢就不復存在。

圖3 疊加閥式集成液壓控制裝置

疊加閥式集成是在閥塊集成基礎上發展起來的，液壓控制元件間的連接不需要另外的連接塊，而是以特殊設計的疊加閥的閥體做為連接體，通過螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊（底板塊）上。基塊側面開有螺紋口孔，通過管接頭作為通向執行器、液壓泵或油箱的孔道，并可根據需要用螺塞封堵或打開。由于同一系列、規格的疊加閥的油口和連接螺栓孔的大小、位置及數量與相匹配的板式換向閥相同，所以，只要把同一規格的疊加閥按一定順序疊加起來，在將板式換向閥直接安裝與這些疊加閥上面，即可構成各種典型的液壓回路。

圖4 鋼筋擠壓連接機液壓站

減少泄露是液壓閥塊的最大優點。液壓閥塊是由實心金屬塊加工而成的塊體，其表面有安裝板式閥的安裝面，其內部有溝通閥的連接口以構成局部回路的孔道。使用閥塊大大地減小了所需外部連接點數目，大幅度縮短了裝配時間并減少了泄露機會。由于許多閥組合成一體，因此所占用的空間減小。由于流動路徑縮短并拉直，因此，執行元件的響應時間縮短。由于減少對管子、軟管和管接頭的需要，縮短了裝配時間，因此系統成本可以降低。為了減小閥塊體積，把蓄能器單獨放在另一個閥塊上，再用液壓油管把兩個閥塊連起來。

為了減小過多的疊加閥疊在一起容易松動引起的漏油，將疊加閥分為三排疊加，螺栓擰緊后不容易松動，提高了密封性。在疊加閥上疊一個閥塊從而使液壓油從疊加閥的其他油路回到基塊，再進入另一排疊加閥。疊加閥式集成液壓控制裝置如圖3所示。

用電的液壓裝置，通常需設計和制作電氣控制柜（箱），其內部用來安放各類繼電器、接觸器或可編程序控制器等電器元件，外露各種控制按鈕及訊號指示燈等及其標牌。電氣控制柜（箱）應造型美觀，外露按鈕及訊號指示燈等及其標牌應整齊并便于操作和維護。

電氣控制柜（箱），可直接搭載于液壓站或主機上，也可以將其獨立安放在液壓站的臨近處。鋼筋續接機液壓站整體設計如圖4所示。

5 結論

增 增壓式鋼筋擠壓連接系統具有成本低、工作穩定、壽命長、抗溫度變化和環境污染能力強、維護方便等優點，適合于建筑施工工地長期露天使用。目前用這種方法連接質量的可靠性、穩定性和現場抽樣合格率很高，突出優點是減少了擠壓設備的重量、減小了勞動強度和加快了施工速度。

[1]雷天覺.新編液壓工程手冊.北京理工大學出版社,1999.

[2]黎啟柏.液壓元件手冊.冶金工業出版社,2000.

[3]章宏甲,黃誼.液壓傳動.機械工業出版社,1997.

[4]成大光,機械設計手冊(第四版)(第二卷).化學工業出版社,2003.

[5]煤炭工業部、煤炭科學研究院上海研究所編,液壓傳動設計手冊.上海科學技術出版社,1981.