钢筋直螺纹连接端头精准批量切割设备系统的研发与应用

 冯  弥，石东浪，李小勇

 （陕西建工第五建设集团有限公司，陕西西安710032）

[摘要]目前施工现场钢筋直螺纹连接端头切割设备落后，通过分解研究钢筋端头加工工艺，将钢筋吊运、端头对齐、锯切、传输、丝头加工等工艺动作合理集成布局至加工设备系统平台范围内，研发出钢筋直螺纹连接端头精准批量切割成套设备系统，相比传统方式，大大消除了由于钢筋机械连接的质量问题导致的工程结构安全隐患，同时使得钢筋直螺纹连接端头加工操作简便、安全、环保、经济社会效益显著提高。

[关键词]钢筋工程；连接端头；加工；移动车间

[中图分类号]TU755.3+3 [文章编号]1002-8498( 2016)10-0052-04

0  引言

 钢筋等强度滚轧直螺纹连接技术在我国工程建设中广泛应用，钢筋接头作为产品有其特殊性，除连接套筒在工厂生产外，钢筋丝头大都在施工现场加工，钢筋接头的质量控制在很大程度上依赖于施工现场接头的加工和安装。《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010：“钢筋端部应切平；直螺纹钢筋接头的安装应使钢筋丝头在套筒中央位置相互顶紧”。然而施工现场钢筋下料和丝头加工工序分散，未能集中管控，导致钢筋直螺纹接头切割工效低、噪声和粉尘污染严重、安全隐患多、钢筋接头质量合格率低。钢筋直螺纹接头加工和安装质量与

技术规程要求的矛盾，一直困扰着工程技术人员。

1  现状问题调查分析

1.1  钢筋切头现状

 目前钢筋切割设备主要采用钢筋切断机和砂轮切割机，切断机切断钢筋截断面易被挤压变形；砂轮切割机下料，由于高速摩擦导致钢筋端头温度过高易烫伤操作人员，而且作业时噪声大并伴有火花污染环境，容易引发火灾事故。

1.2  钢筋直螺纹端头切割和套丝现状

 钢筋直螺纹端头切割和套丝由不同人员、不同机械、不同场所进行加工，耗时费力工效低。

1.3  钢筋直螺纹端头加工防护棚现状

 通常采用钢管和扣件搭设防护棚，防护效果差，钢筋集中吊运时容易碰撞防护棚，造成车间损坏甚至人员受伤。

1.4钢筋直螺纹端头切割常见质量问题

 工程中钢筋直螺纹连接接头数量巨大，施工中由于各种原因，大量存在钢筋直螺纹端头未进行切平处理或切平处理不满足要求，导致钢筋直螺纹连接套筒外露丝头过长、连接套筒无法拧紧的质量问题，使安装扭矩无法形成有效的丝头相互的对顶力，造成接触端面间相互卡位而消耗大部分拧紧力矩和减少螺纹有效扣数。钢筋直螺纹端头未进行切平处理导致的质量问题严重影响着工程结构安全，给工程质量埋下了严重的隐患。

2研发方案设计

 围绕以上主要问题和研究目标，本研发方案共设计3个关键课题内容进行研究。

2.1  钢筋切断面平整度、垂直度、圆度控制设备

 通过调查分析，决定钢筋直螺纹连接质量的关键因素为钢筋直螺纹端头切断面的平整度、垂直度和圆度。通过对各种钢筋切断设备的调研，在满足多根钢筋端头快速切断和加工工艺要求的前提下，研发一种以金属锯床为核心的成套控制加工设备。

2.2  钢筋直螺纹端头加工全过程集成化自动操作平台

 施工现场经常出现钢筋套丝和切头不能有效协作配合的现象，甚至出现不切头直接进行套丝的违规操作，故此传统的套丝加工工艺存在质量安全隐患且生产效率低下。因而，需研发一种设计合理的钢筋直螺纹加工全过程集成化自动操作平台，从而有效提高钢筋直螺纹加工效率。

 操作平台研发要点：分解直螺纹端头加工工序，将钢筋吊运、钢筋端头对齐、锯切、钢筋纵向、横向传输、丝头加工等工序动作合理布局至施工平台范围内，借助锯切、电动滚筒、液压杆、套丝等机械动作，实现直螺纹端头精准批量加工目的。钢筋直螺纹端头精准批量切割设备系统如图1，2所示。

2.3移动式直螺纹加工防护棚研发

 由于钢筋端头套丝加工和钢筋成品吊运需要不同大小的操作空间，在套丝成品钢筋吊运过程中，需增大空间移开防护棚防止碰撞，故需研发工地移动式防护棚满足生产需要，如图3所示。

3  设备系统加工试运行

3.1设备系统加工

 根据图纸设计尺寸，在生产车间进行产品的制备、安装及校核。生产工作内容包括：金属锯床改装、支架系统制作、传输系统制作、轨道式移动车间制作、组装及控制系统完善。

3.1.1  金属锯床改装

 改装某品牌4028型金属锯床，主要通过增加液压三向夹紧设备，将整套设备系统的控制系统集成在金属锯床的控制面板上，实现控制钢筋下料的同时控制钢筋横向和纵向运输。

3.1.2  钢筋自动传输系统

 制作标准化钢筋直螺纹加工支撑架体，使用电动机带动滚筒对钢筋进行纵向传输，采用电动液压系统对钢筋进行横向传输。

 给标准化加工架体增加动力设施的目的是使被加工钢筋能在加工平台上实现满足加工需要的自动传输，其传输动作如下：①钢筋原材料由塔式起重机吊放至原材料堆放架（见图4a）；②人工将需加工的钢筋放置于传输平台，并进行纵向一侧传输锯切（见图4b）；③进行纵向另一侧传输锯切(见图4c)；④钢材锯切完成后，由传输平台横向传输至套丝加工架体，套丝完成后，由塔式起重机将钢筋直螺纹成品吊离平台。

3.1.3轨道式移动车间

 制作组合式标准化全钢轨道式移动车间，钢筋直螺纹端头加工时推至作业点上方，对作业人员进行严密防护，当钢筋吊运时将轨道式移动车间推向两侧，避免钢筋吊运时撞到车间。

3.1.4  主要设备构件（见表1）

3.2试运行

 设备系统加工完成在制造车间进行组装试运行，完全模拟钢筋直螺纹端头加工工序，检验设备系统是否能满足加工需要。制作车间试运行发现液压翻料时液压杆不能同步动作；未安装行程开关，经制造车间试运行改进后在施工现场再次进行正式试运行，对该设备的各项技术参数进行试验测定。

4设备系统应用及效果

4.1  设备系统工艺原理

 本工艺以改装后的金属锯床为直螺纹钢筋切头和下料设备，借助标准化加工架体，使用电动机带动滚筒对钢筋进行纵向传输，采用液压系统对钢筋进行横向传输，将轨道式移动车间、钢筋切割设备和套丝加工设备进行集中优化整合于1个加工平台范围内，钢筋下料长度通过行程开关及运输设备同步精确控制下料，实现了利用塔式起重机吊人原材吊出直螺纹成品的集成化，形成了直螺纹钢筋端头精准批量切割工艺。

4.2工艺流程及操作要点

4. 2.1工艺流程

 钢筋直螺纹端头精准批量切割工艺流程如图5所示。

4.2.2操作要点

 1)钢筋就位

 利用塔式起重机将钢筋从原材料堆放场地吊运至钢筋原材堆放架上，吊运前需要将轨道式车间相背推行2m，钢筋吊运至原材堆放架后，轨道式车间复位。 

2)钢筋锯切

 工人根据钢筋切头需要或下料长度要求将8～12根钢筋摆放在传输架体上并纵向传输至锯切位置。钢筋就位后启动液压三向夹紧系统，确保将钢筋全部夹紧。启动锯床进行锯切。

 3)钢筋传输

 将钢筋液压夹紧系统完全解除，确保钢筋传输通道畅通，纵向、横向传输时合理控制传输速度。

 4)丝头加工

 根据所加工钢筋的直径，选择相适应的滚丝轮，调整剥肋行程档块，将套丝机调试后先试加工，试件质量检验合格后再展开正常的加工作业，直螺纹丝头加工完毕验收合格后应立即戴上塑料保护帽或拧上连接套筒，防止吊运钢筋时损坏丝头。

4.3应用效果

 某项目位于西安朱雀大街，项目总建筑面积73 075m2，由1栋34层住宅楼和1栋30层商业楼以及3层地下室组成。工程钢筋直径≥18mm，使用直螺纹连接，共施工直螺纹接头130 600个。项目围墙外有2所学校和3个居民区，周边对环境因素敏感。本项目施工过程中钢筋直螺纹端头加工采用了钢筋直螺纹端头精准批量加工设备系统，取得了很好的经济社会效益。

4.3.1经济效益对比分析

 以100根币25钢筋两头直螺纹切割为分析对象，采用钢筋直螺纹端头精准批量切割设备，单根钢筋加工费用为1. 03元，采用砂轮切割设备单根钢筋加工费用为1. 835元。

4.3.2设备系统综合性能检测对比

 检测采用比较法，试验用钢材为直径20mm、长度为9m的螺纹钢筋，甲组采用砂轮切割机，乙组采用直螺纹精准批量切割设备，在保证工作质量的前提下，切出10个断头为结束，要求切断面平、圆，与钢筋垂直，而且尽量短，根据甲、乙2组设备的加工工况，同时计时进行检测，由测量数据可以看出，钢筋直螺纹连接端头精准批量切割设备各项性能明

显优于砂轮切割机。

5  结语

 钢筋直螺纹连接端头精准批量切割设备系统的研发和应用是对钢筋等强度滚轧直螺纹连接技术在施工现场应用现状的深化改进，是施工现场普遍使用的创新技术，它充分利用了塔式起重机及加工平台机械作用，工人操作简单，大幅提高了工作效率，是钢筋直螺纹接头加工的新模式，解决了钢筋直螺纹端头切割常见问题，提高了工程质量；杜绝了噪声和粉尘污染，减少安全隐患，符合绿色施工的要求。