课题名称 数控建筑钢筋多角度快速折弯装置

1 课题名称 数控建筑钢筋多角度快速折弯装置数控建筑钢筋多角度快速折弯装置 2 课题研究背景 随着国内经济和城市化的发展 建筑业是我国国民经济发展的支柱产业 建筑用钢材是 建筑工程用基础材料之一 对建筑业的发展起着举足轻重的作用 2008年以来 国内新增建 筑钢材产能产线数量占现有总数的两成以上 建筑用钢筋是高层建筑大型工程承重结构 抗 震设计最佳选材 我国土木工程 房屋建筑的主要结构形式是钢筋混凝土结构 据粗略估计 全国每年用 于混凝土结构件配筋 包括非预应力钢筋和预应力钢筋 总重超过5000万吨 约占钢材使用 量的一半 我国混凝土配筋用钢筋品种较多 有 热轧钢筋 带肋 光面 冷轧带肋钢筋 精轧螺旋钢筋 冷拉钢筋 变形钢筋 冷轧扭 冷轧螺旋 扭耳等 热处理钢筋 低碳冷拔 丝 在逐步淘汰 普通松弛 低松弛预应力钢丝 钢绞线等等 钢筋是土木混凝土结构中的 关键材料 其强度等级直接影响建筑工程质量和安全 三 课题研究意义 钢筋弯曲机是建筑业常用的工程机械之一 主要是将钢筋加工成各种形状以满足生产需 要 随着工业生产的发展 各种钢筋制品广泛地应用在现代工程领域的各个方面 如建筑 船舶 航天等行业 尤其在建筑上应用非常广泛 因此 有很多技术人员正在研究钢筋弯曲 机 以实现高效率的生产 当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设 各种建筑耗费了大量的钢筋 其中钢箍 加工的效率和质量是最难解决的问题之一 钢箍不仅使用量非常大 而且形状和尺寸变化复 杂 尺寸精度要求高 钢箍的制作在原钢筋加工中是劳动强度大 人力物力消耗大 低效率 低质量保证的环节 随着我国建筑行业的快速发展 为了响应政府及各建筑单位对钢筋制做自动化技术的迫 切要求 急需一种适用特殊范围钢筋弯曲机 通过对比现今各种钢筋弯曲机的性能 不难发 现仍有很多的不足之处 各零部件仍有很大设计余量 还有很大的发展改进潜力 因此 需要在原有各种钢筋弯曲机的基础上 对原有的传动能力和承载性能进行改进 设计一种满足高水准工程建设的需要 并且尽可能的扩大对钢筋的适用范围 四 国内外发展现状与趋势 1 国外行业整体现状及发展趋势 国外行业整体现状及发展趋势 在发达国家己经普遍采用工厂化生产建筑用钢筋加工产品 如意大利OSCAM公司 奥地 利EVG公司 德国PEDAX公司和美国KRB公司等 他们采用钢筋数控弯箍机 切断机 弯曲机 调直弯曲切断于一体的加工机械 可建成钢筋加工中心 为施工企业生产建筑用钢筋加工 产品 或者提供钢筋加工企业的成套设备 具体的说 OSCAM公司的弯曲机可以将钢筋弯曲 成螺旋状 大直径钢筋自切断的端头非常整齐 加工效率高 EVG公司生产的钢筋自动弯箍 机采用程序控制 按照所需箍筋的尺寸 形状和数量生产 自动化程度高 加工速度快 操 作方便 形状尺寸一致性好 可生产标准化的钢筋加工产品 2 国内行业的整体现状及发展趋势 国内行业的整体现状及发展趋势 总体而言 我国钢筋加工机械的技术水平总体上比较落后 所生产的钢筋等产品 主要 品种规格少 结构形式比较传统 自动化程度差 制造精度较低 创新力不强 参与国际竞 争能力弱 具体上由于传统的弯曲加工逐渐适应不了加工精度和通用性的要求 基于绕弯工艺的弯 曲机成为了最普遍的弯曲加工方式 我国的弯曲机从70年代开始起步 小规模生产制造一些 简易的弯曲件 结构形式为机械传动并以手动辅助 80年代初形成一定的规模 其中以GW40 A型钢筋弯曲机为代表 GW40A采用蜗轮蜗杆传动 通过齿轮变速箱调节弯曲速度 弯曲操作 机构由机体台面上的带有插入孔的插入座 工作圆旁 中 山柱 拨叉和档料架等组成 利 用可逆转换开关通过操作手动直接控制电动机来进行启动 停闭弯曲及换向动作 弯曲角度 的精度靠操作工人的技术水平保证 而不能依靠机器本身结构设计的先进性 合理性来保证 工人的劳动强度也比较大 弯曲机可以对钢筋进行不同弯曲角度的弯曲加工 通用性有了 一定的提高 但同一种弯曲件只能有一种弯曲角度 且加工精度不高 自动化水平仍比较低 随着计算机技术的快速发展 其应用已广泛的渗透并影响着社会生产和社会生活的各个领 域 并在全球形成了一场新的技术革命 数控系统便是计算机技术在机械制造领域的一种典 型应用 它集计算机 机械加工 微电子和自动控制等多项技术子一体 是近年来应用领域 中发展十分迅速的一项高新技术 随着数控技术的发展和在生产过程中的广泛应用 传统的 机械工业的产业结构和生产模式发生了深刻的革命性的变化 数控技术应用于各种建筑机械 当中 同时也制造出了数控弯曲机 数控技术应用于弯曲机上使加工精度和速度提高 生产 效率大幅度增长 加工质量得到极大完善 并实现了人工很难做到的对各种复杂弯曲条件的 自动加工 最近几年钢筋弯曲机也是在全速的发展 各项投入都在增加 下图 图1 1 为最近五年内钢筋弯曲机的行业总投资的发展情况 图1 1钢筋弯曲机的行业总投资的发展情况 从上图可以看出 最近五年钢筋弯曲机仍然是在持续的发展中 行业的投入依然在增加 钢筋弯曲机的市场需求也在增加 因此钢筋弯曲机值得我们进行进一步的研究 对其进行 优化 使其更加完善 近来国产钢筋弯曲机的生产 使用呈现快速增长的趋势 其传动方案主要有两种 即 带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传动 及 带一三级齿轮传动 其中以 带一两级齿轮一蜗轮蜗杆传 动 方案的弯曲机的生产 应用较为普遍 市场占有率高 随着所需加工弯曲的钢材尺寸逐 渐加大 钢材技术性能的不断改良 在使用中发现有弯不动的情况或者电机发热严重的现象 从理论上讲 可以通过增加驱动电机的功率来解决此类问题 但这会增加产品的生产及使 用成本 因此设计生产性价比优良的钢筋弯曲机一直是生产厂家努力的目标 国内设计工作 者很早就对此问题进行了研究 但相关文献主要探讨钢筋弯曲变彤所需功率的大小 而未涉 及传动方案不同对 说明书摘要 说明书摘要 1 绪论绪论 1 1国内建筑用钢主要情况国内建筑用钢主要情况 随着国内经济和城市化的发展 建筑业是我国国民经济发展的支柱产业 建筑用钢材是 建筑工程用基础材料之一 对建筑业的发展起着举足轻重的作用 2008年以来 国内新增建 筑钢材产能产线数量占现有总数的两成以上 建筑用钢筋是高层建筑大型工程承重结构 抗 震设计最佳选材 我国土木工程 房屋建筑的主要结构形式是钢筋混凝土结构 据粗略估计 全国每年用 于混凝土结构件配筋 包括非预应力钢筋和预应力钢筋 总重超过5000万吨 约占钢材使用 量的一半 我国混凝土配筋用钢筋品种较多 有 热轧钢筋 带肋 光面 冷轧带肋钢筋 精 轧螺旋钢筋 冷拉钢筋 变形钢筋 冷轧扭 冷轧螺旋 扭耳等 热处理钢筋 低碳冷拔丝 在逐步淘汰 普通松弛 低松弛预应力钢丝 钢绞线等等 钢筋是土木混凝土结构中的关 键材料 其强度等级直接影响建筑工程质量和安全 钢筋弯曲机是建筑业常用的工程机械之一 主要是将钢筋加工成各种形状以满足生产需 要 随着工业生产的发展 各种钢筋制品广泛地应用在现代工程领域的各个方面 如建筑 船舶 航天等行业 尤其在建筑上应用非常广泛 因此 有很多技术人员正在研究钢筋弯曲 机 以实现高效率的生产 当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设 各种建筑耗费了大量的钢筋 其中钢箍 加工的效率和质量是最难解决的问题之一 钢箍不仅使用量非常大 而且形状和尺寸变化复 杂 尺寸精度要求高 钢箍的制作在原钢筋加工中是劳动强度大 人力物力消耗大 低效率 低质量保证的环节 随着我国建筑行业的快速发展 为了响应政府及各建筑单位对钢筋制做自动化技术的迫 切要求 急需一种适用特殊范围钢筋弯曲机 如图1 1 为建筑用钢常用型号明细表部分截 图 可以看出部分形状要求中间较长两端弯曲 给弯曲机造成了一定困难 所以急需一种特 殊用途的钢筋弯曲机 级别直径钢筋图形总根数单长m总长m单重kg总重kg 1041 0654 260 9463 782 10 120 795 128 682104 18 4 7 70892 496 1041 2464 9841 1064 425 1041 2655 061 1234 492 10241 7441 761 54537 072 10181 8934 021 67830 204 1064 0224 123 56921 414 1064 1925 143 7222 32 1064 6728 024 14624 877 1064 55527 334 04424 264 1024 829 644 2798 559 10404 902196 084 352174 08 3 1025 50511 014 8879 775 图1 1 建筑钢筋常用型号明细表 1 2 钢筋弯曲机国内外研究现状钢筋弯曲机国内外研究现状 1 2 1国外行业整体现状及发展趋势国外行业整体现状及发展趋势 在发达国家己经普遍采用工厂化生产建筑用钢筋加工产品 如意大利OSCAM公司 奥 地利EVG公司 德国PEDAX公司和美国KRB公司等 他们采用钢筋数控弯箍机 切断机 弯曲机 调直弯曲切断于一体的加工机械 可建成钢筋加工中心 为施工企业生产建筑用钢 筋加工产品 或者提供钢筋加工企业的成套设备 具体的说 OSCAM公司的弯曲机可以将 钢筋弯曲成螺旋状 大直径钢筋自切断的端头非常整齐 加工效率高 1 2 2国内行业的整体现状及发展趋势国内行业的整体现状及发展趋势 总体而言 我国钢筋加工机械的技术水平总体上比较落后 所生产的钢筋等产品 主要 品种规格少 结构形式比较传统 自动化程度差 制造精度较低 创新力不强 参与国际竞 争能力弱 具体上由于传统的弯曲加工逐渐适应不了加工精度和通用性的要求 基于绕弯工艺的弯 曲机成为了最普遍的弯曲加工方式 我国的弯曲机从70年代开始起步 小规模生产制造一些 简易的弯曲件 结构形式为机械传动并以手动辅助 80年代初形成一定的规模 其中以GW 40A型钢筋弯曲机为代表 GW40A采用蜗轮蜗杆传动 通过齿轮变速箱调节弯曲速度 弯曲 操作机构由机体台面上的带有插入孔的插入座 工作圆旁 中 山柱 拨叉和档料架等组成 利用可逆转换开关通过操作手动直接控制电动机来进行启动 停闭弯曲及换向动作 弯曲 角度的精度靠操作工人的技术水平保证 而不能依靠机器本身结构设计的先进性 合理性来 保证 工人的劳动强度也比较大 弯曲机可以对钢筋进行不同弯曲角度的弯曲加工 通用性 有了一定的提高 但同一种弯曲件只能有一种弯曲角度 且加工精度不高 自动化水平仍比 较低 随着计算机技术的快速发展 其应用已广泛的渗透并影响着社会生产和社会生活的各 个领域 并在全球形成了一场新的技术革命 数控系统便是计算机技术在机械制造领域的一 种典型应用 它集计算机 机械加工 微电子和自动控制等多项技术子一体 是近年来应用 领域中发展十分迅速的一项高新技术 随着数控技术的发展和在生产过程中的广泛应用 传 统的机械工业的产业结构和生产模式发生了深刻的革命性的变化 数控技术应用于各种建筑 机械当中 同时也制造出了数控弯曲机 数控技术应用于弯曲机上使加工精度和速度提高 生产效率大幅度增长 加工质量得到极大完善 并实现了人工很难做到的对各种复杂弯曲条 件的自动加工 1 31 3本次钢筋弯曲机设计的目的意义本次钢筋弯曲机设计的目的意义 为了提高工人的劳动效率和降低工人的劳动强度 同时解决当今市场上钢筋弯曲机由于 场地空间问题不能解决的弯曲长钢筋的问题 本次设计的钢筋弯曲机能够很好地解决这个问 题 同时 本次设计将钢筋矫直机 切断机和弯曲机融为一体 方便快捷的实现盘条钢筋的 矫直弯曲 1 41 4设计研究的内容设计研究的内容 设计一种能将盘条钢筋矫直后弯曲并能够切断的一体化数控弯曲机 该弯曲机的主要特 点是工人将盘条钢筋的一头装入到钢筋矫直部分后 即可以通过数控部分来实现对钢筋弯曲 角度和弯曲长度的自动化控制 期间人工只需要小小的操作步骤就可以完成钢筋的弯曲加工 该钢筋弯曲机主要由机械控制系统 操作系统 回转系统 工作台面和动力驱动装置等部 分组成 本设计的最大特点是实现5 10mm的盘条长钢筋的自动弯曲 解决了现有的钢筋弯曲机 不能快速完成的问题 操作简单 效率高 并提高了弯曲角度的控制精度 以及最大限度的 提高了所设计弯曲机的适用范围 2 总体方案的确定总体方案的确定 2 12 1钢筋弯曲机的组成钢筋弯曲机的组成 为了方便运输 建筑用钢大部分都是用盘条的形式存放的 要实现钢筋的弯曲 故要涉 及到钢筋的矫直和剪切过程 同时为了方便操作 提高生产效率 本设计将集矫直 弯曲和 切断于一身 整体上说 该钢筋弯曲机设计由三大部分组成 钢筋的矫直机构 钢筋的切断机构以及 钢筋的弯曲机构 2 22 2钢筋矫直机构钢筋矫直机构 矫直在钢筋弯曲加工的前部工序 这道工序可以大幅度的提高产品的质量水平 大大改 善产品在轧制 冷却和运输过程中产生的各种形状缺陷 矫直机已经成为轧制车间不可缺少 的设备 矫直机按照结构可以分为压力矫直机 辊式矫直机 管棒材矫直机 拉伸矫直机和拉伸 弯曲矫直机 20世纪以来 矫直技术得到了很大的发展 但在快速发展的矫直理论背后 矫直技术在 实际生产中的应用却非常滞后 矫直理论总体来说还很粗糙 因为矫直机的许多参数还需要 依靠经验公式和经验数据来决定 矫直机矫直辊负辊距的破坏作用的机理直到20世纪80年代 才被阐明 落后于实际30多年 辊数 辊距 压弯量 辊径 矫直速度等许多数据还没有权 威的理论公式 直到20世纪80年代 矫直理论才逐步走向完善 现已开发出万能矫直机 行 星矫直机 旋转反弯矫直机 辊距改变的9 1辊矫直机 并且矫直机实现了利用计算机程序 实现自动控制 随着矫直技术的发展四种矫直技术逐步发展成熟 它们是弯曲矫正技术 拉 伸矫正技术 拉弯矫正技术和扭转矫正技术 随之而来的还有平动矫直技术 行星矫直技术 全长矫直技术 变凸度及变辊距矫直技术等 矫直设备的分类 现代矫直设备品种较多 规格更多 按工作原理不同划分为五大类 第一类称为反复弯 曲式矫直机 如压力矫直机及辊式矫直机 它们是靠压头或辊子在同一平面内对工件进行反 复压弯并逐渐减小压弯量 直到压弯量与弹复量相等而变直 第二类称为旋转弯曲式矫直机 是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡 在走出塑 性区时弹复变直 旋转者可以是工件 可以是矫直工具 也可以是变形方位 如常见的斜辊 矫直机 转毅式矫直机及平动式 过去常称为振动式 矫直机 第三类称为拉伸矫直机 它依 靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直 如钳式拉伸矫直机及连续拉伸矫直机 第四类称为拉弯矫直机 它是把拉伸与弯