钢筋调直机的设计

钢筋调直机的设计 摘 要：钢筋加工机械是建筑施工中不可缺少的机械设备。钢筋调直机减少了施工时间，加快生产速度，解决了人工调直所存在的问题，提高了生产率。本次设计的钢筋调直机采用了斜辊转彀式调直方式，它的作用实质是施加频率较高的周期性交变应力，使材料产生超过其弹性限度的变形，交替变形达一定程度后，原来的弯曲即被抵消，达到调直的目的。本设计设计了钢筋调直机的滚轮，齿轮，滚筒轴等主要部件。本设计具有传动结构简单、效率高、调制效果良好等特点，产品性能稳定，符合生产要求。关键词：钢筋;斜辊;滚筒;滚轮 Design of Steel Strainhtening Machine Abstract：Steel processing machinery is indispensable to the construction. Steel bar straightening machine reduces construction time, speed up production, instead of artificial straightenings deficiency, For engineering construction shorten project period, and so on. The steel bar straightening machine plays a large role. My design of reinforced straightening machine adopts the wheel of roller, the role of the essence is imposed higher frequency periodic alternating stress is material, produced the elastic deformation of the limit over. To a certain degree of alternate deformation, the original bending is offset, achieve the purpose of the alignment. This design of the reinforced straightening machine has transmission system, straightening institutions, such as the major components. Its structure is simple, it has the efficiency high characteristic, accord with the production requirements. Keywords：Rebar; Inclined roller; Rotary drum; Trolley1 前言1.1 设计钢筋调直机的目的意义在土木工程中，钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土是主要的建筑构件，担当着极其重要的承载作用，其中混凝土承受压力，钢筋承担压力。钢筋混凝土构件的形状千差万别，从钢材生产厂家购置的各种类型钢筋，根据生产工艺与运输需要，送达施工现场时，其形状各异。为了满足工程的需要，必须先使用各种钢筋机械对钢筋进行预处理及加工。为了保证钢筋与混凝土的结合良好，必须对锈蚀的钢筋进行表面除锈、对不规则弯曲的钢筋进行拉伸于调直；为了节约钢材，降低成本，减少不必要的钢材浪费，可以采用钢筋的冷拔工艺处理，以提高钢筋的抗拉强度。在施工过程中，根据设计要求进行钢筋配制时，由于钢筋配制的部位不同，钢筋的形状、大小与粗细存在着极大差异，必须对钢筋进行调直加工。随着社会与经济的高速发展，在土木工程与建筑施工中，不同类型的钢筋机械与设备的广泛应用，对提高工程质量、确保工程进度，发挥着重要作用。钢筋调直机械作为钢筋及预应力机械的一种类型，在土木与建筑工程建设中有重要应用，钢筋调直也是钢筋加工中的一项重要工序。通常钢筋调直机用于调直14mm以下的盘圆钢筋和冷拔钢筋，在调直过程中将钢筋表面的氧化皮、铁锈和污物除掉。1.2 国内外技术发展现状钢筋技术推广的社会和经济效益十分显著，因此高强钢筋得到了广泛的应用。欧美等工业发达国家对混凝土结构中钢筋的性能要求较高，多采用400到500MPa可焊钢筋，其实物的质量高于标准规定。盘卷供料的钢筋需要调直后才能使用，目前国内还没有能满足调直性能较高的钢筋调直机，国内钢筋调直机现有的调直强度都在350MPa左右。20世纪70年代我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果。有小到16mm金属丝调直机和大到600mm管材调直机。有速度达到300mmin的高速调直机和精度达到0038mmm的高精度调直机。同时也引进许多先进的调直设备。如英国的布朗克斯(BRONX)调直机；德国的凯瑟林(Kieserling)调直机、德马克(Demag)连续拉弯调直机及高精度压力调直机；日本的薄板调直机等。值得自豪的是我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。从20世纪50年代起就有刘天明提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的调直曲率方程式。6080年代在辊形理论方面有许多学者进行了深入的研究并取得了十分可喜的成果，还召开了全国性的辊形理论讨论会；产生了等曲率反弯辊形计算法。与此同时，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机器厂为代表的设计制造部门完成了大量的调直机设计研制工作。不仅为我国生产提供了设备保证，还培养了一大批设计研究人员。进入90年代我国在赶超世界先进水平方向又迈出了一大步，一些新研制的调直机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省及部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊调直机，多斜辊薄壁管材调直机、3斜辊薄铜管调直机、双向反弯辊形2辊调直机、复合转式调直机，平行辊异辊距调直机及调直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。在矫直高强度合金钢方面也已获得很好的矫直质量。其校后的残留挠度为。此外，从20世纪60年代以后拉伸与拉弯调直设备得到很大发展，对带材生产起到重要作用。1.3 设计内容1.3.1 总体设计钢筋调直机结构主要有机架，调直机构和进料机构和出料机构组成。机架主要是由钢板焊接而成。调直机构采用是轮辊式，主要是由调直轮、轴、齿轮组成。进料机构和出料机构主要由电动机、减速机和V带轮构成。1.3.2 调直系统的设计钢筋调直机的调直机构，采用的是斜辊转彀式，轮辊采用的是相互交错分布并与水平方向成夹角，对钢筋施加交变应力，使原来的弯曲抵消。1.3.3 传动系统的设计进料机构的传动系统采用的是V带传动，电机通过蜗轮减速机降低转速再通过V带传动传递到钢筋调直机的主轴上，主轴转动带动滚筒，起到输送钢筋到调直机构的作用；出料机构则是电机通过二级圆柱齿轮减速器降低转速再通过轴带动滚筒，达到输出加工完毕的钢筋的目的。2 总体结构和工作原理概述2.1 工作原理 由总结构示意图，钢筋调直机以电动机1为动力元件，电动机通过二级V带轮机构2，降低转速传至主动轴，使主动轴上的滚筒4达到输送钢筋到调直机构进行调直。调制机构中滚轮5呈垂直交错分布，并与水平方向呈45夹角。进料机构主要包括两对相同型号的滚筒4，根据钢筋的粗细，通过弹簧螺栓调节滚筒将钢筋压紧，通过摩擦力完成送料。进料机构和出料结构相似。进料机构使用涡轮减速机2，出料机构则使用二级圆柱齿轮减速机7由进料机构输送钢筋到调直机构，钢筋在调直机构中进行调直，再送到出料机构，完成调直过程。2.2 总体结构1.电机2.涡轮减速机3.V带4.进料滚筒5.滚轮6.出料滚筒7.二级减速机8.电机图1 总结构示意图Fig l Total Structure Schematic Diagram3 主要技术参数的确定 3.1 电机型号的确定 由参考文献可知，钢筋调直机的生产为： （1） 式中：D-牵引轮直径（mm） N-牵引轮转速（r/min） -每米钢筋重量（kg） K-滑动系数，一般取K=0.950.98 带入相应数据得： 调直机构所需的功率： （2） 式中: 调直机构的扭矩： （3）式中: 带入相应数据，得： 钢筋牵引功率： （4）式中: 牵引力： （5）式中: -牵引钢筋所需的拉力 -钢筋对滚筒的摩擦系数取0.2 -轮槽角度，一般为 综上所述，对于进料机构，选择电机型号为Y100L1-4，额定功率为p=2.2kw，转速为n=1430r/min，最大转矩2.3，重量34kg。对于出料机构，选电机型号为Y90s-2，额定功率为p=1.5kw，转速为n=2840r/min,最大转矩为2.3，重量为22kg。3.2 主要技术指标和参数表1 调直机参数Table 1 Straightening machine parameters项目数据调直钢筋范围6-12调直钢筋长度45m/min进料机构滚筒转速40r/min进料机构滚筒直径80mm调直机构转速1400r/min出料机构滚筒转速150r/min出料机构滚筒直径160mm电动机型号Y90S-2Y100L1-4电动机转速2840r/min1430r/min电动机功率1.5kw2.2kw4 主要零件的设计4.1 滚轮的设计4.1.1 调直原理材料的弯曲可以看成是受到某种应力的作用而产生，可根据材料的特性和各种曲率算出应施力的点与力的大小，但这往往是极复杂而不必要的，实际生产中代之以施加交变应力的方法。调直机构的作用实质是在转彀内交错安装具有凹曲率辊型的斜辊 斜辊，斜辊与转彀中心线成角。调直时，转彀转动，斜辊与钢筋为滚动摩擦。其摩擦力的轴向分力为。由于斜辊能产生牵引力，所以牵引辊和曳拉辊可以省略。每个滚轮受力可按集中力来考虑，调直力为： （6） 式中:-第辊的调直力 -辊距 -弹性弯曲力矩 塑弯比由查参考文献5，取塑弯比=1.2，=1.25，=1.5，=0.06由附录可知，辊距为80mm,故每个滚轮钢筋调直力为：图2 滚轮受力示意图Fig 2 Roller bearing schemes图中，为摩擦系数，为正压力，为斜角，其轴向分力为钢筋的牵引力。4.1.2 滚轮主要参数的确定当辊数i=5时，等塑性区,由于（d为钢筋直径），根据生产要求，常用故，故。当辊数i增多时，如i=7时，如i=7时，如取p=12d,则调直效果增加1倍。辊型的确定如下：辊长，滚轮斜角。 调直机构如图所示：图3 调直机构示意图Fig 3 Straightening Institutions Schemes4.2 齿轮传动设计4.2.1 选择材料及确定许用应力 因传递功率不大，转速不高，材料按表11-1选取，都采用45号钢，锻选项毛坯，均采用调质处理，均用软齿面。齿轮精度用8级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为占蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=22 则Z2=Z1i=22x5.3=116.6117，齿面硬度。由参考文献9表11-5得，则 （7） （8） 4.2.2 按齿面接触强度设计设齿轮按8级精度制造。由参考文献1，取K=1.5,， ,则 （9） 取，,故实际传动比。模数： （10） 齿宽： （11） 取，按由参考文献7取，实际取，。中心距： （12）考虑到大齿轮的尺寸要求，采用腹板式设计大齿轮。相关参数如下：， ，根据参考文献5可以计算其他相关参数： （13） （14） （15） （16） 经过分析整合数据之后，我们得到的最终结果是，高速级小齿轮齿宽55mm，高速级大齿轮的齿宽50mm，详细尺寸结构见图纸，高速极大齿轮。4.2.3 验算轮齿弯曲强度由参考文献1知，齿轮系数为: ； （17） （18） 按疲劳强度计算： （19） =524.5MP=545.5MP （20） =236MP=545.5MP 故所设计齿轮尺寸满足工作要求。4.3 轴的设计根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调质处理，按扭转强度法进行最小直径估算，则 （21）选定轴最小直径d=34mm。电动机轴的扭矩： （22） 式中：p-额定功率（kw） N-电动机转速（r/min）动力轴的扭矩： （23）式中：T-电动机轴的扭矩（N/m） -传动效率 -传动比从动轴和动力轴尺寸相同，动力轴比从动轴多轴和V带轮连接的部分。动力轴的尺寸确定：图4 主动轴示意图Fig4 Driving Shaft Schemes 轴的最小直径尺寸: ，。根据传动齿轮确定轴的尺寸：，。根据轴承，确定尺寸：，。轴环的尺寸：，。轴承内径确定轴的尺寸：，。滚筒内径确定轴的尺寸：，。图5 从动轴示意图Fig5 Output Shaft Schemes从动轴尺寸确定： 根据从动齿轮确定轴的尺寸: ,。根据轴承，确定尺寸：，。轴环的尺寸：，。轴承内径确定轴的尺寸：，。送料轮内径确定轴的尺寸：，。4.4 轴的强度校核 输出轴转矩：齿轮圆周力： （24） （25）齿轮轴向力： （26） 齿轮径向力： 支反力：XOY面 （垂直面） XOZ面（水平面） XOY面上的弯矩： 图6 主轴受力扭矩图 Fig 6 The force of spindle XOZ面上的弯矩： 合成弯矩： 当量弯矩： （27） 转矩为一般性质，故。由于材料为45钢，查参考文献7，,则 取危险截面按当量弯矩验算直径。危险截面取左轴承处（载荷最大）及安装带轮（轴径最小且载荷较大、有键槽）。 右轴承部位验算： （28） d=45mm35mm,合格。 安装带轮部位验算: 因为d=30mm20mm,合格。该轴段有键槽，计算轴径加大4%，d=30201.04=20.8，合格。综上计算结果，该轴强度足够，所以主从动轴都满足要求。4.5 轴承的选用表3 钢筋调直机的轴承型号及用量Tab3 Bearing size and number of reinforcement bar straightening machine轴承名称型号数量安装部位轴承名称型号数量安装部位单列圆锥滚子轴承72061齿轮轴左端单列向心球轴承75121齿轮轴右端4.6 轴承的润滑 采用涂黄油的方式进行润滑。4.7 V带轮传动设计4.7.1 V带设计（1）确定计算功率，查参考文献1，查得工况系数，由公式： （29） 代入数据得，因为转速为，由参考文献2，可以选择V带型号为Z型。（2）确定带轮的基准直径并验算带速v1）根据V带带型由参考文献1，因为=，故取小带轮直径=。2）验算带速 V= 3）根据参考文献1计算大带轮的基准直径,V带的传动比，取。= （30） = 根据参考文献1表8-8圆整=。4）确定V带的中心距和基准长度，根据参考文献1，得 （31）初定中心距=。由参考文献1 ，知 （32）由参考文献1 选带的基准长度=。按参考文献1 计算实际中心距: （33） （34） （35）计算得: 。5）验算小带轮上的包角： （36） 满足V带包角要求。6）计算单根V带的额定功率，由和，查参考文献1得。根据，=2和Z型带，于是 （37） （38） 故取V带数为两根。7）由参考文献1得A型带的单位长度质量,所以 （39） 应使带的实际拉力。8）压轴力的最小值为 （40）4.7.2 V带轮的设计 （1）V带轮的设计要求带轮的各轮槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使带的载荷分布较为均匀，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损。（2）V带轮材料的选择因为V带轮的转速则，转速较低，因此材料通常采用铸铁，常用材料为HT150或HT200。（3）带轮的结构与尺寸带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带轮轮槽的尺寸。设计如下：当（为轴径）时，可用实心式；当时，可采用腹板式；当同时时，可采用孔板式；当时可采用轮辐式。故轮槽工作表面粗糙度为1.6或3.2。表4 带轮参数表Table 4 Belt Wheel Parameter Table项目符号YZABSPYSPZSPASPB基准宽度5.38.511.014.0基准线上槽深度1.62.02.753.5槽间距80.3120.3150.3190.4第一槽对称面至端面的距离7181最小轮缘厚55.567.5带轮宽（4）V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选的V带的型号相对应，由参考文献1 ，可知V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面的夹角发生变化，为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密结合，将V带轮轮槽的工作面的夹角做成小于。V带轮安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮的外圆，也不应与轮槽底部接触，为此规定了轮槽基准直径到外圆和底部的最小高度和。（5）主动带轮计算：根据，第一槽对称面至端面的距离：，槽间距：，基准线上槽深度：，最小轮缘厚：，基准宽：（6）取，轮缘宽度： （41） =在总要求范围内。槽宽： 顶圆直径： （42） 取，取轮缘宽;。而，所以采用实心式带轮。从动带轮计算：，从动轮的设计方法与主动轮基本相同，只是轮毂与轴配合处的直径由轴的直径确定。第一槽对称面至端面距离：，槽间距：，基准线上槽深：，最小轮缘厚：，基准宽：。取，轮缘宽度： =在总要求范围内。槽宽： （43） 顶圆直径： （44） 4.8 滚筒的设计本设计进料机构和出料机构都需要用到滚筒，根据实际工作需要，设定滚筒轴孔的直径为28mm,滚筒直径为80mm,由于出料机构所需牵引力较大，故设定滚筒轴的直径为36mm,滚筒直径为120mm。滚筒长度皆为50mm,所有滚筒都开有深度6mm的槽，滚筒结构如下：图7 滚筒结构示意图Fig7 Roller structure schematic drawing4.9 机架设计 由于机架只要能架起钢筋调直机即可，故采用板焊接的方式，将钢板焊接成为机架。选用材料为50505规格的角钢。5 结论 本设计根据钢筋调直机的设计原则和具体要求，结合工地的实际需要进行设计，该钢筋调直机具备良好的机动性，它体积小，重量轻，能快速的在不同场地之间转移，它能量大，结构简单，操作方便，最大限度的发挥设备的利用率和生产率。本次设计借助于AUTOCAD进行绘图，基本上达到了设计要求。当然，还存在一些问题钢筋在调直过程中是否会有卡住问题，不能进行调直。一旦发生卡住情况，则必须停止调直，需操作工人重新调整钢筋位置，再次调直。参考文献1 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