金治華 李 青 李志紅

1 概述

三峽永久船閘地下輸水系統(tǒng),混凝土襯砌斷面多為門洞形,弧形鋼筋制作量大,而且分布密度大,其中十字管5個(gè),T形管10個(gè),漸變段 50多個(gè),弧形鋼筋總共有1.5萬(wàn)t以上,而且工期要求緊。湖北清江水布埡電站地下廠房洞室群工程規(guī)模大,工期緊,施工強(qiáng)度高,結(jié)構(gòu)緊湊,洞室結(jié)構(gòu)形式多變,隧洞襯砌圓形斷面多,圓弧鋼筋制作量大,漸變段多。

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)加工設(shè)備和弧形筋的制作方法很難解決以上難題,俗話說:“工欲善其事,必先利其器。”改進(jìn)彎曲機(jī)是擺在我們面前必須攻克的一大難題。最初我們使用的設(shè)備是GW40型彎曲機(jī),當(dāng)時(shí)弧形筋的傳統(tǒng)制作方法是在彎曲機(jī)左右插入座各插入一個(gè)中心柱,柱上插入柱套,同時(shí)工作盤上插入4個(gè)中心柱(4個(gè)中心柱呈正方形),然后在4個(gè)柱上插入相同型號(hào)的柱套,鋼筋隨工作盤運(yùn)轉(zhuǎn)方向前進(jìn),鋼筋受工作盤柱套的摩擦力、定推力等作用彎成弧形鋼筋。這種加工方法主要靠改變柱套的厚度或改變中心柱的位置,加工成相應(yīng)弧形鋼筋,并且中心柱與鋼筋接觸有一定的時(shí)間差,加工成的鋼筋翹曲不平,平整度很難保證,并且質(zhì)量不穩(wěn)定,不安全可靠,地下洞室群體形多變,一個(gè)工程斷面半徑有近百個(gè),有幾萬(wàn)噸鋼筋,相應(yīng)需要的中心柱和柱套的型號(hào)也有幾百個(gè)類型,并且中心柱與柱套和鋼筋發(fā)生摩擦,厚度不斷改變,不能保證鋼筋的加工半徑準(zhǔn)確性,這種方法鋼筋的送料靠人工推進(jìn),不但費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)料,且很難滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。為解決以上難題,我們經(jīng)過反復(fù)探索,試驗(yàn)總結(jié),對(duì)GW40型彎曲機(jī)進(jìn)行了改制,制成了弧形彎曲機(jī),使鋼筋加工速度提高了幾倍,而且質(zhì)量安全性能可靠,操作方便,節(jié)省了大量成本,屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

2 弧形彎曲機(jī)的設(shè)計(jì)與制作

弧形彎曲機(jī)適用于工業(yè)及民用建筑工程、水利水電工程、交通樞紐工程等各種類型鋼筋混凝土工程,可彎曲鋼筋直徑范圍:12～40。

弧形彎曲機(jī)主要由工作盤、送料滾筒(滾筒由外套、208柱承、柱承柱組裝在一起)、可調(diào)絲桿(可調(diào)絲桿由兩個(gè)內(nèi)螺絲套筒和一個(gè)絲桿組成)和送料底座等組成。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮到鋼筋制作主要使用的是Ⅰ級(jí)鋼和Ⅱ級(jí)鋼,工作盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)齒輪的強(qiáng)度,剛度和制造工藝要求考慮,要求工作盤具有足夠硬度,齒心有足夠韌性,同時(shí)還要便于加工,滿足精度要求,為了節(jié)約鋼材可在齒輪圈周圍采用硬度較好的材料,通過過盈配合裝配在一起或采用焊接等其他工藝,但必須保證連接可靠。經(jīng)過機(jī)械力學(xué)性能測(cè)算(即抗沖、抗剪、抗彎等計(jì)算),選用了 45號(hào)結(jié)構(gòu)鋼,并對(duì)表面進(jìn)行了淬火處理,組裝時(shí)將圓弧機(jī)的工作圓盤用中心柱連接在彎曲機(jī)工作圓盤上;送料滾筒安裝在送料底座上,最后用銷子將送料底座安裝在左右插入座上,并加以固定。加工安裝過程中,要嚴(yán)格控制工作圓盤高度,其工作盤中心平面與左右送料滾筒凹槽中心平面在同一個(gè)平面上,一定要保證組裝各部位連接可靠,有利于保證成型鋼筋的平整度。倘若不需要加工弧形鋼筋時(shí),可將工作圓盤、送料底座等取下,就是一臺(tái)普通的GW40型彎曲機(jī)。

3 弧形機(jī)的工作原理

弧形機(jī)加工鋼筋的過程中,鋼筋通過送料滾筒送進(jìn)后,運(yùn)轉(zhuǎn)的工作盤通過鋼筋摩擦力、圓周力、定推力和法向力,將鋼筋帶動(dòng),鋼筋同時(shí)受送料滾筒阻力、摩擦力等作用力,彎曲成不同弧形,制作鋼筋半徑的大小可根據(jù)可調(diào)絲桿上的標(biāo)識(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)(注:可調(diào)絲桿上可標(biāo)識(shí)不同長(zhǎng)度,對(duì)應(yīng)不同圓弧半徑)。開始時(shí),我們將工作盤制成圓盤,加工時(shí)不利于漸變段鋼筋加工,因?yàn)闈u變鋼筋由圓形變成方形,或由方形變成圓形,同時(shí)鋼筋端頭,通常有加工好的直螺紋絲頭,若采用圓盤,一根鋼筋中間是直段,兩端是圓弧段或三個(gè)半徑以上的鋼筋是很難加工的,而且到了直段界點(diǎn)或半徑變化界點(diǎn),鋼筋只能重新退回取出,這樣加工速度明顯減慢,并且不小心易磨損直螺紋絲頭。我們針對(duì)鋼筋加工直徑和最大彎曲半徑等因素,認(rèn)真分析研究,決定把工作盤切去一小部分,就這關(guān)鍵一刀,將以上弊端克服了,這樣不但操作方便,而且提高了效率。特別是在制作T形管、十字管和蝸殼等復(fù)雜鋼筋時(shí),充分發(fā)揮了它的優(yōu)越性。

4 弧形機(jī)的受力分析和強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)鋼筋加工時(shí)鋼筋與工作盤接觸點(diǎn)受力分析,如不計(jì)算摩擦力且將沿工作盤齒寬作用的分布荷載簡(jiǎn)化為集中力,接觸部分看成一點(diǎn),工作盤受圓周力(F),徑向力和法向力,其計(jì)算關(guān)系式如下:

1)圓周力:Ft=K×F2。

2)徑向力:Fr=Ft×Ga。

3)法向力:Fn=Ft/cosa。

其中,K為綜合拆減分項(xiàng)系數(shù);a為接觸點(diǎn)壓力角。

上面的分析公式是在理想狀態(tài)荷載下,實(shí)際操作中工作盤轉(zhuǎn)動(dòng)受安裝誤差及載后的彈性變形等因素的影響,荷載沿齒寬分布不均勻,既有荷載集中的現(xiàn)象,還會(huì)引起附加動(dòng)荷載,所以在強(qiáng)度計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí),必須反映上述因素,因此對(duì)計(jì)算荷載乘以相應(yīng)拆減系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算:

圓盤強(qiáng)度驗(yàn)算公式:σ=M/W。

其中,σ為接觸點(diǎn)彎曲應(yīng)力;M為危險(xiǎn)截面所受彎矩;W為危險(xiǎn)截面抗彎截面系數(shù)。

5 在施工過程中的幾點(diǎn)要求

1)為了安全,工人在使用弧形機(jī)制作鋼筋時(shí),注意力一定要集中,操作工與助手一定要配合好,防止夾傷手。

2)為了保證質(zhì)量,要焊2個(gè)～4個(gè)與滾筒凹槽中心平面一樣高的架子,減少人為因素造成鋼筋翹曲不平。加工時(shí)最好放樣加工,要求放出鋼筋的內(nèi)皮線和外皮線尺寸。

3)弧形機(jī)工作盤的運(yùn)轉(zhuǎn)速度快慢可通過切換變速齒輪的位置來進(jìn)行調(diào)節(jié),達(dá)到自己所需要的加工速度。

4)弧形機(jī)的加工場(chǎng)地必須平整,機(jī)器不能擺放在斜坡上作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

弧形機(jī)是在實(shí)踐工作中摸索和大量總結(jié)后改進(jìn)的產(chǎn)物,經(jīng)過近2萬(wàn) t鋼筋加工實(shí)踐證明,創(chuàng)下日產(chǎn)量50 t的加工紀(jì)錄。弧形機(jī)改制解決了漸變段鋼筋、十字管鋼筋、T形管鋼筋、廠房蝸殼等復(fù)雜多變鋼筋的制作難題,它在三峽永久船閘地下輸水系統(tǒng)和清江水布埡地下廠房得到成功應(yīng)用,使加工速度大大提高,而且質(zhì)量安全性能穩(wěn)定,操作簡(jiǎn)便,提高了工效,有效地加快了施工速度。