新型鋼筋樁圈快速成型機設(shè)計與應(yīng)用

劉小平

（天津天鐵冶金集團機裝部，河北涉縣 056404）

1 引言

現(xiàn)代建筑工程項目基礎(chǔ)設(shè)計普遍采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，在灌注樁施工中的鋼筋樁的制作，尤其是樁圈作為鋼筋樁的重要部件，由于采用人工繞制樁圈效率低，甚至當(dāng)混凝土灌注樁的樁圈采用大直徑鋼筋的情況下，還出現(xiàn)了不能彎曲的問題，嚴(yán)重制約著工程節(jié)點順利展開。后來采用普通彎曲機來制作大直徑鋼筋樁圈的方法，每次只能盤制單圈鋼筋，效率低，不能滿足工程施工的需要。為此，對混凝土灌注樁中大直徑鋼筋樁圈繞制成型難度大、加工速度慢、人工勞動強度大的問題進行研究探討后，設(shè)計完成了新型大直徑鋼筋的樁圈快速成型機。該機械結(jié)合了普通彎曲機能繞制大直徑鋼筋和人工繞制鋼筋樁圈的工藝特點，實現(xiàn)了制作大直徑鋼筋的樁圈快速成型，原需要人工彎制幾天才能完成的工作量，現(xiàn)只要幾小時就可以完成，比人工繞制速度提高了8～10 倍。

2 人工和普通彎曲機制作鋼筋樁圈成型工藝概述

人工繞制制作樁圈工藝，是用相應(yīng)直徑的鋼制圓桶作為制作樁圈模具，模具鋼桶在人工推動下繞一固定軸轉(zhuǎn)動，由鋼桶帶動的鋼筋在鋼桶的轉(zhuǎn)動中實現(xiàn)樁圈的彎曲成型。這種人工繞制的工藝在原來樁基礎(chǔ)比較少用、樁圈鋼筋采用強度HPB235、直徑16 mm 以下鋼筋時，由于工作量相對較少，繞制的難度也不大，這種工藝還是比較適用的。但是隨著建筑設(shè)計的要求不斷發(fā)展，混凝土灌注樁基礎(chǔ)的廣泛采用，制作鋼筋加強圈采用鋼筋的類型也出現(xiàn)了比較大的變化，有的樁圈鋼筋甚至采用了強度HPB235、直徑20 mm 以上的鋼筋,再用人力繞制就非常困難，甚至不能實現(xiàn)預(yù)期的彎曲。其工藝原理見圖1。

鋼筋彎曲機是由中央的工作盤、兩邊的插座及十字撐、圓套、擋軸和基座組成，工作原理是靠工作盤的轉(zhuǎn)動及工作盤上的鋼軸套為支點，插座板的鋼軸為擋鐵。制作彎曲鋼筋工藝是以兩邊插座板上的鋼軸為支點，以十字架和圓套為頂點，鋼筋從一邊由工人推進，工作盤轉(zhuǎn)動，使鋼筋彎曲。使用普通彎曲機能夠彎制樁圈，它是在原有鋼筋彎曲機的工作盤中央固定一圓盤，該圓盤通過其下的兩個芯軸插入工作盤的兩個插孔中，這樣該圓盤就可隨工作盤一起轉(zhuǎn)動，其主動輪作用，把原有兩個插座板去掉，在該位置連接一個燕尾槽，以便于固定頂軸。在燕尾槽內(nèi)各嵌入一個滑動體，滑動體上帶有固定芯軸，芯軸上插套筒，起擋軸頂彎作用。這樣，鋼筋通過圓盤和兩個套筒后，隨著圓盤轉(zhuǎn)動，就會自然彎曲成型。

圖1 混凝土灌注樁鋼筋加強圈傳統(tǒng)制作方式原理圖

這種通過適當(dāng)改造彎曲機，解決了采用大直徑鋼筋的樁圈用傳統(tǒng)工藝無法完成的問題，但這種方法一次只能完成一個鋼筋樁圈的彎曲，不能實現(xiàn)連續(xù)彎曲繞制，效率低下，不能適應(yīng)現(xiàn)在項目多、工期緊、短時間內(nèi)需要大量樁圈的要求。其工藝原理圖見圖2。

圖2 改造普通彎曲機前后結(jié)構(gòu)原理圖

3 新型快速成型機設(shè)計與應(yīng)用

3.1 可加工大直徑鋼筋的新型樁圈快速成型機設(shè)計

結(jié)合人工制作鋼筋樁圈工藝和有關(guān)單位對樁圈加工工藝的改進實踐經(jīng)驗，進行了多方面的比較和研究，提出了可加工大直徑鋼筋的新型樁圈快速成型機設(shè)計要求：（1）整根鋼筋能夠連續(xù)作業(yè)；（2）電力驅(qū)動，能夠繞制大直徑的鋼筋；（3）就地取材，縮短制作周期；（4）繞制速度快，勞動生產(chǎn)率高；（5）運行穩(wěn)定，易于控制，安全可靠；（6）結(jié)構(gòu)簡單，易于維護檢修，能夠適合建筑工地惡劣的環(huán)境要求。

借鑒傳統(tǒng)工藝制作方法，成型機的本體設(shè)計采用在底座的下面加裝錐齒輪副，通過電機和減速器的二級減速后，使主動錐齒輪驅(qū)動大錐齒輪，帶動模具鋼桶的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)樁圈的繞制。

為了實現(xiàn)樁圈連續(xù)繞制中不至于出現(xiàn)亂圈，在轉(zhuǎn)動鋼桶外側(cè)設(shè)置一擋輥，擋輥除了使鋼筋緊貼鋼桶以保證樁圈曲率精度的作用外，隨著鋼筋的卷曲，逐圈提升送料端位置，防止了亂圈現(xiàn)象的發(fā)生。

繞制樁圈結(jié)束時，如果不及時停車，由于鋼筋尾部脫離擋輥的束縛，樁圈會突然彈開，而且操作工會由于手忙腳亂而出現(xiàn)事故。因此，為了實現(xiàn)樁圈盤制的安全性，應(yīng)設(shè)計自動停車機構(gòu)。當(dāng)鋼筋樁圈成型機處于工作狀態(tài)，逐漸提升的鋼筋樁圈推動擋輥上的導(dǎo)向套，擋輥上端置一可根據(jù)鋼筋盤制可達到最高點調(diào)節(jié)位置的限位器。當(dāng)鋼筋盤制至末端，推動導(dǎo)套使限位器動作切斷電源而結(jié)束工作狀態(tài)。混凝土灌注樁大直徑鋼筋加強圈成型機本體見圖3。

圖3 新型樁圈快速成型機本體示意圖

3.2 選用設(shè)備及零部件

按照設(shè)計可加工大直徑鋼筋的新型樁圈快速成型機的要求，零部件的選用充分體現(xiàn)了修舊利廢的原則。通過對樁圈成型機各零部件的功能分析，選用了報廢設(shè)備的可用零部件。錐齒輪選用移動式滾筒攪拌機傳動齒輪，減速機、電機選用淘汰下來的龍門吊備件，模具鋼桶選用生產(chǎn)中剩下的料頭卷制，大大減少了需加工的零件數(shù)量，縮短加工周期，降低了加工成本。

加工環(huán)形鋼筋的模具鋼桶直徑選擇，由于鋼筋有彈性，模具鋼桶直徑應(yīng)比混凝土灌注樁大直徑鋼筋加強圈直徑略小。在實踐中通過試驗各種型號的鋼筋彎曲成型結(jié)果研究，環(huán)形鋼筋直徑和滾筒直徑的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 混凝土灌注樁、加強圈和模具滾筒直徑實驗對應(yīng)表

4 應(yīng)用效果

新型樁圈快速成型機在使用過程中，使用鋼筋規(guī)格覆蓋了12-φ25 各種常用規(guī)格，運行平穩(wěn)，限位裝置可靠靈敏，安全性能好，整機維修性能優(yōu)良，制作精度符合要求，簡潔的設(shè)計對建筑工地惡劣的環(huán)境適應(yīng)性較強。

實踐證明，采用該機生產(chǎn)，由于連續(xù)繞制而不用產(chǎn)生廢頭，可節(jié)約鋼材8%，在實際考核中，僅用8 h 就制作出φ20 圓鋼加強圈1 500 多個，由于一人即可操作此設(shè)備，相比傳統(tǒng)制作方式綜合平均每臺機可節(jié)約人工2 人。綜上所述，該機達到了設(shè)計前的預(yù)想要求，幾年來的使用情況表明，該機的使用滿足了生產(chǎn)施工大規(guī)模、快節(jié)奏的需要，比人工繞制速度提高了8～10 倍。

5 結(jié)語

新型混凝土灌注樁大直徑鋼筋加強圈成型機能夠快速完成混凝土灌注樁鋼筋加強圈的成型作業(yè)，降低了鋼筋工的勞動強度，保證了工程質(zhì)量，降低了操作人員的勞動強度，提高了工作效率，滿足了施工要求。

[1]中國建筑工業(yè)出版社.建筑施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]王良文.國產(chǎn)鋼筋彎曲機的技術(shù)現(xiàn)狀與改良方向[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2010（4）：37-40.