鋼筋調(diào)直切斷機能耗試驗方法研究

劉子金，魯衛(wèi)濤，肖 飛

（中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

鋼筋調(diào)直切斷機能耗試驗方法研究

劉子金，魯衛(wèi)濤，肖 飛

（中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

針對鋼筋調(diào)直切斷機綠色性能評價提出了電能消耗試驗方法，分析了調(diào)直機構(gòu)和切斷機構(gòu)電能消耗的影響因素，明確了標準試驗工況、試驗用鋼筋、試驗用儀器、試驗過程和能效計算公式，對推動行業(yè)技術(shù)進步、研發(fā)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品具有重要指導(dǎo)作用。

鋼筋機械；調(diào)直切斷；能耗；試驗方法

隨著人們對綠色環(huán)保型施工設(shè)備需求的日益提高，如何界定是否為節(jié)能環(huán)保型建筑施工設(shè)備問題越來越引起社會重視。鋼筋調(diào)直切斷加工機械是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程施工的重要設(shè)備之一，為了引領(lǐng)施工企業(yè)積極采用節(jié)能環(huán)保型鋼筋加工機械，推動綠色施工和綠色建筑發(fā)展，開展鋼筋調(diào)直切斷加工機械能耗試驗方法研究具有十分重要意義。

鋼筋調(diào)直切斷機的調(diào)直機構(gòu)按照調(diào)直方式主要分為調(diào)直筒矯直塊矯直、調(diào)直筒曲線輥矯直、單（多）方向平行輥矯直、平行輥與調(diào)直筒組合矯直，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。切斷機構(gòu)按照切斷動力源提供方式主要分為液壓切斷和機械切斷；按照切斷時刻是否運動主要分為固定切斷和隨動切斷（簡稱飛剪），如圖5、圖6所示。鋼筋調(diào)直切斷機的電能消耗主要集中在調(diào)直和切斷兩部分，調(diào)直切斷方式不同，對鋼筋加工速度、調(diào)直直線度、切斷長度誤差和橫肋肋損影響是不同的，對加工鋼筋時的耗能大小具有直接影響。

圖1 調(diào)直筒矯直塊矯直

圖2 調(diào)直筒曲線輥調(diào)直

圖3 單（多）方向平行輥矯直

圖4 平行輥與調(diào)直筒組合矯直

圖5 機械式（或液壓式）固定剪切

圖6 機械式（或液壓式）隨動剪切

1 鋼筋調(diào)直能耗影響因素分析

鋼筋調(diào)直主要通過不同類別調(diào)直機構(gòu)消除鋼筋收卷時產(chǎn)生的螺旋內(nèi)應(yīng)力來實現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)：鋼筋直徑越大、強度越高、延性越高、加工速度越快，調(diào)直時所需牽引力和調(diào)直筒旋轉(zhuǎn)阻力越大，加工相同數(shù)量的鋼筋時所需能耗越高；矯直塊偏心距離越大、矯直平行輥內(nèi)槽曲率半徑越大、鋼筋向前運動調(diào)直時鋼筋接觸面包角越大，所需能耗越高；設(shè)置矯直輪組數(shù)量越多或調(diào)直筒內(nèi)調(diào)直塊數(shù)量越多，所需能耗越大；帶肋鋼筋相對于不帶肋鋼筋加工所需能耗要高，調(diào)直精度越高所需能耗越高，起制動時需要克服旋轉(zhuǎn)零部件的慣性，起制動頻次越高耗能越大。

2 鋼筋切斷能耗影響因素分析

根據(jù)鋼筋切斷力計算公式P=πd2×0.9σb/4可知，鋼筋切斷力的大小不僅與鋼筋直徑d有關(guān)，而且與鋼筋抗拉極限強度σb有關(guān)。根據(jù)鋼筋切斷機功率計算公式：可知，鋼筋切斷能耗與電機軸端阻力矩M、電機軸端轉(zhuǎn)速n和傳動系統(tǒng)傳動效率η有關(guān)。電機軸端阻力矩與鋼筋切斷力有關(guān)，切斷力越大所需輸出力矩越高；電機軸端輸出轉(zhuǎn)速與動刀切斷頻率有關(guān)，在一定傳動減速比下，轉(zhuǎn)速越高切斷頻率越高。傳動系統(tǒng)傳動效率與傳動減速機構(gòu)的設(shè)計有關(guān)，不同類型的傳動系統(tǒng)傳動效率是不同的，如V型皮帶傳動效率取0.96，齒輪傳動效率取0.97，還有曲柄滑塊傳動效率、聯(lián)軸器傳動效率、軸承傳動效率等，傳動系統(tǒng)總傳動效率為從電機輸出軸到動刀片之間各傳動機構(gòu)效率的乘積。因此鋼筋調(diào)直切斷機的切斷能耗主要與鋼筋直徑、鋼筋抗拉極限強度、切斷機切斷頻次和傳動系統(tǒng)效率等主要因素有關(guān)。由于鋼筋切斷是一個斷續(xù)過程，切斷時刻切斷力峰值較大，非切斷時刻處于空載狀態(tài)，為了降低能耗，在傳動系統(tǒng)中增設(shè)飛輪機構(gòu)，以減少峰值時的能耗。

3 鋼筋調(diào)直切斷機能耗試驗方法研究

鋼筋調(diào)直切斷機加工鋼筋能耗主要集中在調(diào)直和切斷兩部分，調(diào)直和切斷兩個過程既有同步工作時刻，也有非同步工作時刻，而且大部分工作為調(diào)直時間。影響鋼筋調(diào)直切斷機能耗因素是多方面的，為了使能耗試驗?zāi)苡幸粋€統(tǒng)一的衡量標準，我們通過研究確定對試驗工況、試驗用鋼筋、鋼筋定尺長度和加工鋼筋數(shù)量做了統(tǒng)一規(guī)定。試驗用鋼筋采用HRB400熱軋帶肋鋼筋，試驗工況規(guī)定設(shè)備最大加工鋼筋規(guī)格直徑，包括單筋和雙筋。關(guān)于電機轉(zhuǎn)速問題，對于定速、可調(diào)速或者多檔牽引速度的鋼筋調(diào)直切斷機，應(yīng)調(diào)節(jié)到與可加工最大規(guī)格單筋或雙筋最經(jīng)濟加工速度相對應(yīng)的運轉(zhuǎn)速度，由制造企業(yè)確定，并在檢測報告中明確。對于具有預(yù)設(shè)置鋼筋加工參數(shù)的設(shè)備和沒有預(yù)設(shè)置鋼筋加工參數(shù)的設(shè)備統(tǒng)一按照連續(xù)加工一個試驗周期進行，加工鋼筋數(shù)量以3m、6m、9m各5個工作循環(huán)為一試驗周期，測取從啟動到加工完成的全過程加工用時，其中包含了加工參數(shù)中間調(diào)整過程的輔助用時。

國外鋼筋加工機械的電能消耗用在某一加工鋼筋平均每小時電能消耗量條件下，加工每噸鋼筋的電能消耗值來評價；我們通過研究確定采用電能消耗效率（簡稱能效）即設(shè)備在規(guī)定加工HRB400最大規(guī)格直徑鋼筋工況下每消耗一度電能所能加工鋼筋的質(zhì)量指標來評價，兩者沒有本質(zhì)區(qū)別，形成互為倒數(shù)關(guān)系。

電能消耗測量使用一種多參數(shù)電量檢測智能儀表與上位機軟件程序相結(jié)合的電能消耗測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用高精度多功能電參數(shù)儀表，同時配合使用Modbus協(xié)議通信器件，并采用基于C#程序語言的上位機軟件構(gòu)成，從而實現(xiàn)對鋼筋調(diào)直切斷機能耗參數(shù)的實時測量。通過對鋼筋調(diào)直切斷機的電耗測量，測取電能消耗數(shù)值，結(jié)合加工效率對鋼筋調(diào)直切斷機能效指標進行評價。鋼筋調(diào)直切斷機電能消耗測量和測量接線如圖7、圖8所示。

圖7 鋼筋調(diào)直切斷機電能消耗測量示意圖

圖8 電能消耗測量接線示意圖（三相四線法）

加工每組鋼筋用時間的測量，采用上位機軟件程序計時；加工每組鋼筋質(zhì)量的采用電子秤稱量。試驗方法如下。

1）對產(chǎn)品說明書中鋼筋調(diào)直切斷機基本參數(shù)進行確認，并記錄填表。

2）按照電能消耗測量接線示意圖，將多功能電量檢測儀通過互感器接入到鋼筋調(diào)直切斷機的控制箱電源線輸入端。

3）將試驗用鋼筋穿入調(diào)直切斷機調(diào)制機構(gòu)，設(shè)定加工參數(shù)或做好人工上料準備。

4）啟動設(shè)備加工鋼筋，同時開始計時和測量鋼筋加工用電量消耗，以連續(xù)生產(chǎn)長度分別為3m、6m、9m定尺鋼筋各5個工作循環(huán)為一個試驗周期，一個試驗周期加工結(jié)束后設(shè)備停機，計時結(jié)束。從上位機讀取加工用時間T（s）和電量值W（度），將一個試驗周期加工的鋼筋用電子秤稱量其質(zhì)量M（kg）。

5）按照標準試驗工況連續(xù)進行3個試驗周期的鋼筋加工，3個試驗周期鋼筋的加工和數(shù)據(jù)測量應(yīng)在同一臺設(shè)備、同一地點、同一鋼筋盤卷完成。

6）根據(jù)試驗結(jié)果按下列公式，分別計算鋼筋調(diào)直切斷機電能消耗率、加工效率、能耗效率，計算結(jié)果應(yīng)記錄填表

電能消耗率G

式中 G——單位時間的電能消耗，kWh/h；

W—— 一組鋼筋電量消耗值，kWh；

T——一組鋼筋加工用時間，s。

加工效率Q

式中 Q——鋼筋加工效率，t/h；

M——一組加工鋼筋質(zhì)量，kg。

能耗效率E

式中 E—— 鋼筋調(diào)直切斷機能效，t/kWh。

7）取3次試驗結(jié)果中能效E值的算術(shù)平均值為最終試驗結(jié)果。

4 鋼筋調(diào)直切斷機能耗數(shù)據(jù)測試

根據(jù)上述確定的鋼筋調(diào)直切斷機能耗試驗方法，我們對某一公司生產(chǎn)的GT5-12鋼筋調(diào)直切斷機的能耗進行了測試。該設(shè)備采用平行輥調(diào)直、機械飛剪切斷方式加工鋼筋。選擇直徑8mm和直徑10mm兩種HRB400規(guī)格鋼筋進行試驗，從試驗結(jié)果可以看出：該設(shè)備加工直徑8mm的HRB400鋼筋能耗效率為0.3649t/kWh，加工效率為1.9907t/h，電能消耗率為5.4561kWh/h，每組鋼筋的計算值離散度很小，能效相對誤差最大僅為0.6%。如果用國外常用的平均能耗指標來計算，只要計算能效指標的倒數(shù)即為加工每噸鋼筋的電能消耗值，本機加工每噸鋼筋平均能耗值為2.7405kWh。

5 研究結(jié)論

鋼筋調(diào)直切斷機的能耗試驗方法研究是在參考我國其它主要工程機械能耗試驗和評價方法標準條件下進行的，該技術(shù)成果已形成協(xié)會標準。該標準填補了我國鋼筋加工機械能耗效率試驗標準的空白。通過對設(shè)備的檢測驗證，該試驗方法是可行的，測量數(shù)據(jù)的精度和各性能指標計算與設(shè)備運行的實際狀況是相符合的，能夠應(yīng)用到鋼筋機械綠色性能評價方法中。

［1］GXB/TY0025-2014，輪胎式裝載機燃油消耗試驗方法［S］.

［2］ GXB/TY0026-2014，液壓挖掘機燃油消耗試驗方法［S］.

［3］JB/T12078，建筑施工機械與設(shè)備鋼筋調(diào)直切斷機［S］.

［4］侯寶佳.我國綠色施工機械發(fā)展研究［J］.建筑機械化，2015，（4）：27-31.

［5］吳學(xué)松.液壓挖掘機油耗測試與綠色性能評價探討［J］.建筑機械化，2015，（4）：32-35.

（編輯 吳學(xué)松）

Research of reinforcing bars straighten cutter energy consumption

LIU Zi-jin， LU Wei-tao， XIAO Fei

國家“十二五”科技支撐計劃項目“綠色建造與施工協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2012BAJ03B01）

TU64+9

B

1001-1366（2015）08-0025-04

2015-06-15