钢筋矫直切断机设计

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

随着我国建筑行业的发展，钢筋材料作为必不可少的材料，也呈现出需求猛增的趋势。钢筋矫直切割机的市场需求也随之猛增。在建筑工地上，我们常见的钢筋大体上分为两类：热轧钢筋和冷轧带肋钢筋。关于热轧钢筋的分类，又可以继续分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋[1]。从外观上看，热轧光滑圆钢的表面无螺纹突起，表面光滑，而热轧带肋钢筋的表面有人字形凸起或月牙形 或螺纹状。这种钢筋在建筑工地上起着十分重要的作用，可以增强钢筋和混凝土结构的预应力，使建筑更加结实可靠。热轧带肋钢筋有很多用途。它用于房屋，道路，桥梁和其他主要承重项目的建设。目前在市场和建筑工地上，我们发现最常见和最常购买的钢筋就是HRB400带肋的[2]。冷轧带肋钢筋与热轧钢筋的区别在于屈服强度高于热轧钢筋，但塑性较差，强度高于热轧钢筋。硬度也比较硬，但比热轧钢脆。因此，通常在现浇板上使用冷轧带肋钢筋。如果用于预应力构件，则可以节省50〜70kg / m3的水泥。如果用于非受力部件，则可以节省20％〜40％的钢材，在很大程度上降低了成本。

在我们当地的钢筋建材市场进行调研发现，大多数的钢筋建材企业属于私人企业，生产的规模较小，生产的效率也比较低。有的钢筋矫直切割机设备还是21世纪初的老设备，占地面积较大，所采用的是孔模式转毂矫直法，钢筋调直的速度比较慢，表面还存在比较重的划伤，该模式的旋转摩擦力较大，磨损很快，消耗大，需要经常更换矫直装置。

为此，在对现有钢筋调直切割机的结构原理进行查阅和现场调查的基础上，利用国内外先进的钢筋调直切割机来进行分析其优缺点，设计了一种用于冷轧带肋钢筋校直切割机，设计轻巧，对装置本身的成本和运输的成本均有降低 [7]，改进了在矫直装置的技术上的难点和解决了`存在的一些问题，对承料槽进行了优化的改进设计，为保证能够实现根据长度自动切断增加了行程开关。

1.2 冷轧带肋钢筋的概述

平时常见的钢筋分类，有以下几种：热轧光圆钢筋、普通热轧钢筋、细晶粒热轧钢筋、余热处理钢筋、冷轧带肋钢筋、冷拔低碳钢丝等许多种类[8]。

由于冷轧带肋钢筋与混凝土之间的相互作用之后，其粘结锚固性能比较好，所以一般用于构件之中，关于构件锚固区的开裂、钢丝滑移产生的破坏等问题，从根本上被解决了，而且构件端部的承载能力和抗裂能力都有所增强。在钢筋混凝土的结构当中，与光圆钢筋和热轧螺纹钢筋进行比较，裂缝的宽度也比较小。

冷轧带肋钢筋常见的牌号分别是CRB550、CRB650、CRB800、CRB970[9]。在中国冷轧带肋钢筋的参考标准为GB 13788-2008，CRB550级钢筋材料主要的用途是在建筑结构构件当中作为重要承受力的钢筋，而CRB650和CRB800级别的冷轧带肋钢筋材料的主要用途是可以在建筑工程项目预应力结构施工中作为重要承受力的钢筋[2]。在钢筋混凝土的结构设计之中，我们通常采用的是极限状态设计方法，利用分项系数表达式进行设计，结构的承载力计算，所应采用的数值为荷载设计值，而在变形、抗裂及裂缝宽度验算是，应选取相应的荷载代表值。在结构构件的承载力计算中，需要参考中华人民共和国行业标准JGJ9595冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程中的第5条规定，钢筋在受力的情况下，最小的混凝土保护层厚度应该从钢筋的外边缘计算。

在国内市场上我们经常见到的钢筋，除了刚刚所讲的三面的带肋钢筋以外，还有两面带肋结构，这些钢筋只有很少的钢筋生产厂生产，生产的部分钢筋表面有压痕。极少数的生产厂家，其生产的钢筋表面还带偶螺纹，目的是为了减少肋周围产生应力集中的现象。

1.3 国内外关于矫直切断设备的研究现状

建筑行业的发展对切割机的研究有很大的推动作用，因此需求也大大增加，国内外对钢筋矫直切割机的研究也持续关注。但是由于历史原因，我国在这方面的技术起步比较晚，因此总体上是落后于国际先进技术。在矫直技术方面，国外研究的进度快于国内，如德日两国等。我国相对来说研究进展较慢，在很多技术是明显处于一个落后的状态，但是经过一批批国内精英人才的研究，我们在技术上基于自身的设计水平上有了许多方面的突破，部分的研究成果水平处于较为先进的地位，但仍需加大研发力度。从整体来说，目前国内的钢筋矫直标准仅处于一般水平，其切割的高精度和高质量对现在的技术来说很难达到。为此，我国的钢筋矫直装置还需依赖采购，增加了成本，技术方面也受制于人。

国内相关技术人员在理顺理论和技术的研究上也付出了巨大的努力，其中一些成果已为之指明了方向。例如，1998年河北省企业技术发展计划第二批上市的GTK6/12数控冷控制肋筋校直切割机。通过数控技术来提高矫直质量，矫直后钢筋的表面不会出现明显的划痕。自动化的水平明显提高，并实现定长切割和计数。

目前市面上的矫直技术有以下几种：

a.调直模式：从矫直方面来说，矫直后的钢筋比较直，设备控制简易。但是矫直速度比较低，而且钢筋的加工表面划伤严重，工作噪声大，磨损大，需要经常进行更换，提高了成本。

b.曲线辊式：从矫直速度来看，比调直模式要快，矫直质量也比调直模式的好，而且易控制。但钢筋的加工表面划伤也较重，工作噪声大，但是这是属于滚动摩擦，磨损相比较调直模式较小；通常用在对钢筋表面质量要求低和各种光圆钢筋的场合。

c.对辊式：从矫直速度来看，要比其他三种方式要快，工作噪声比较小，但被加工钢筋表面也有轻微的划伤；从钢筋调直质量来看，与其他三种方式相比质量较低，对控制的要求比较严。

d.调直和对辊复合式：与其他三种方式相比，钢筋调直质量比较好，而且设备容易控制。从调直速度方面来看，与其他三种方式进行比较，高于b类型，低于c类型。相比有明显的缺点，在加工后的钢筋表面会留下轻微划伤，优点是其工作时制造的噪声比较小；适用于各种钢筋的矫直。

1.4 研究的主要内容

1.4.1 研究内容

本论文是针对于冷轧带肋钢筋，设计一台矫直切割机，满足建筑施工要求。列举出总体的机器可行的设计方案。根据设计方案，本文对钢筋矫直切割机的总体结构、传动装置、矫直装置、切断装置进行了设计，从结构上保证实现钢筋矫直定长自动切割。

1.4.2 研究方法

在中国知网，万方等数据库上，对国内外相关文献进行相关的查阅，对钢筋的基本结构、分类、用途有了一定的了解，然后去当地的建筑工地进行调研，针对现有的钢筋矫直技术，分析其优劣，确定合理的运动方案；通过增加了凸轮结构、行程开关分别改进了切割技术，实现根据指定长度自动切断。然后将这些可行方案进行优缺点剖析，确定最后的设计方案。2 总体方案的确定

2.1 钢筋尺寸的要求

在钢筋矫直切割机工作过程中，主要由送料机构、矫直装置、切割装置和落料机构实现对钢筋的矫直和切断，采用斜辊式转毂矫直能够保证对钢筋的磨损减少，并高效实现矫直。本文设计要求的钢筋直径为4~12mm，钢筋的抗拉强度为650MPa。

2.2 钢筋矫直切割机的机理分析

在钢筋矫直切割机工作过程中，首先将冷轧带肋钢筋插入送料机构，矫直装置采用的是斜辊式转毂矫直方法，该方法可以将钢筋通过压紧轮进给进行移动。在钢筋进给的过程中，矫直装置中的斜辊轮会对钢筋进行矫直，在这过程当中，钢筋是不会转动的，斜辊轮与钢筋保持着一定角度，绕着自身的轴线进行自转，在斜辊轮的自转过程中，钢筋的各个断面将受到许多次的弹性弯曲，最后钢筋被矫直。矫直后的钢筋继续沿直方向移动，移动到一定的尺寸会碰到行程开关，两个电磁离合器进行运作，电磁离合器1将断开矫直装置的矫直运动，电磁离合器2将使切断装置的切刀下移进行切割，切割装置中的切刀是在凸轮机构上，钢筋切断后，行程开关关闭，切刀回到原来位置，矫直装置继续矫直，如此进行循环运动。最后实现钢筋的矫直，定长并自动切断，落料。

2.3 方案分析及确定

本台机器主要是围绕钢筋传动装置、矫直装置、切断装置和整体的机构进行设计，通过压紧轮和矫直装置带动钢筋移动。在钢筋矫直后进给的过程中，斜辊轮与钢筋保持着一定角度，绕着自身的轴线进行自转；切割装置由凸轮式间歇运动机构控制，切刀绕轴心上下转动，行程开关打开后，电磁离合器打开，切刀下移，最后钢筋在落料机构下实现落下。

2.3.1传动装置

在传动装置的设计中，上料的方式有开卷式和非开卷式，非开卷式的传动装置虽然能够完成钢筋进料过程，但也有明显的缺点，如传动方式单一、放线时容易发生扭转速度慢、等问题；开卷式的设备比较复杂，放线速度比较快、钢筋不会发现扭转，但是该设备的设计成本比较高，主要适用于高速的矫直工作状态。

2.3.2矫直装置 在矫直装置的设计中，矫直的方式有以下四种：调直模式、曲线辊式、对辊式和调直模式+对辊的复合式[3]。调直模式从矫直方面来说，矫直后的钢筋比较直，设备控制简易。但是矫直速度比较低，而且钢筋的加工表面划伤严重，工作噪声大，磨损比较多，需要经常进行更换，提高了成本；对辊式和调直模式+对辊的复合式，钢筋的矫直效果都比较好，矫直速度也比较快，表面划伤也比较轻微，工作噪声比较小，但是整体比较复杂，制造比较困难，成本也很高。因此我们采用的是曲线辊式，矫直的效果比较好，速度比较快，并且比较容易控制，成本比较低。采用这种矫直方式既可以提升矫直效率，又可以节约成本。

2.3.3切断装置

在切断装置设计中，目前切断方式按驱动方式的分类有锤击切断方式、飞剪切断方式和液压切断方式三种[4]。飞剪切断方式一般来说，主要用于高速钢筋的调直，很少出现连切现象，但是它的缺点是工作的噪声会比较大，而且定位的精度不高，工作不连续，这种切断方式一般情况下适合大、中直径的钢筋进行被切断；液压切断方式，这种方式我在调研时看到过，一个单独的液压装置进行驱动，虽然他有很多的优点，比如说工作的噪声比较小且不会出现连续切割的现象，比较适合中、小直径的钢筋，但是结构比较复杂，占地面子比较大，成本比较高；锤击切断方式定尺寸误差比较小，虽然噪声比较大，但是通过凸轮机构连接，占地面积比较小，成本比较低，在矫直速度方面和切割钢筋的直径方面也满足要求，因此采用的切断方式是锤击切断方式。

2.3.4落料机构

落料装置在钢筋矫直切断机中起着一个辅助作用，对钢筋矫直切断机实现整体的功能来说，这是一个必不可少的部分。落料装置在钢筋矫直切断机上主要起的作用是承料和落料，装置结构简单并要求动作流利速度快，并且同时保证对切割后的钢筋没有任何划伤。落料机构对被矫直的钢筋进行支撑的作用，是在钢筋被定尺寸切割之前；钢筋定尺寸切割之后，要是切割后的钢筋迅速落下，对后面的继续矫直钢筋起着承料作用。

2. 4 机器的组成

钢钢筋矫直切割机在工程建筑，水利电力工程，道路桥梁的建设等领域起着非常重要的作用。为了满足市场的需求，因此对钢筋矫直切断机有较高的要求。高精度高速度保证钢筋按照设定的尺寸实现自动进行切断，完成落料。这就对设备的要求较高，不仅要易于操作，还要保证操作人员的安全和便利，同时也要提高装置的部件使用寿命，实现矫直装置的高精度和高质量以及高完成度，并且不会对矫直的钢筋不造成损伤。图2-1为机器工