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1、设 计 说 明 书 第 1 页1 绪论1.1 选题背景及课题意义在设计前期，我们进行了许多调查，了解了钢筋钢管加工的发展和我国现阶段的钢筋钢管加工机械行业的发展情况。钢筋是钢筋砼结构中主要受力材料，钢筋加工是钢筋砼结构施工的前期工序，钢筋加工的质量影响到施工质量，也影响到建筑物质量。钢筋加工产品主要包括：各种规格的定尺钢筋、弯曲成型的钢筋、各种形状的箍筋、螺纹连接用钢筋、套筒式连接用钢筋、钢筋连接接头、钢筋（行架）龙骨架、钢筋笼和钢筋网以及按照建筑施工需要加工成型其它形状的钢筋加工产品等。目前大量的钢筋加工作业分散于各项建筑工程之中，采取人工作业现场制作钢筋加工的生产方式很普遍，只有少数企业在
2、钢筋加工车间生产。在施工现场进行钢筋加工的生产条件较差、加工设备简单、生产效率低，加工出来的钢筋产品质量差异性大、标准化程度不够，可加工产品种类少，可移动性差，占用施工现场，给建筑施工工作带来了诸多不便，同时因现场存放大量钢筋既挤占施工用地也积压了资金，给管理工作带来了麻烦 1。现代建筑工程中广泛采用钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构，钢筋作为一种特殊的建筑材料起着极其重要作用。目前全国每年用于混凝土结构的钢筋，包括非预应力钢筋和预应力钢筋总量超过 5000 万 t，接近我国钢产量的一半。 1999 年我国建筑用螺纹钢筋产量达 2495 万 t，已占钢产量的 1/5。因此钢筋加工成为一个重要
3、的生产环节。在钢筋混凝土结构工程中由于钢筋加工生产落后于商品混凝土和建筑模板，现已成为施工机械化程度提高的瓶颈。在建筑工程中，钢筋的弯曲、切断作业量是非常巨大的，但目前，除钢筋的切断多为机械作业外，弯曲作业仍以人工作业为主，致使所加工出的钢筋在同一规格中尺寸大小不一，质量不好，且工人劳动强度大，效率低。造成这种现象的原因主要是国内钢筋加工设备的型式及规格不全。目前，我国钢筋加工设备主要有两种形式：一是手动操纵设备，如钢筋切断机、钢筋弯曲机等。该类设备的主要缺点是功能单一，基本参数需人为控制(如弯曲角度需人眼确定) ，效率低、操作也不方便，所以该类设备只适用于人力不可及的粗钢筋加工，对于成批大量
4、的细钢筋加工，仍以人工手工作业为主；二是自动化程度高的钢筋加工设备，虽然该类设备效率很高、质量也很好，但价格昂贵，在目前国内经济条件下，大多数施工单位不愿购置。如果将钢筋的弯曲、切断、套丝三种作业设备合三为一，既减少了钢筋加工的设备数设 计 说 明 书 第 2 页量，又节约了能源。通过上述的调查，使我对未来的市场发展前景有了较深入的了解，发现多用途建筑机械的设计是一个非常有研究意义的课题 2。又通过毕业设计指导老师的介绍，我们项目组基本上对课题有了一定的了解，参照一般工程设计步骤和设计方法，我们开展了设计前期的调研工作，展开了资料收集和前提的准备工作。经过几周的收集，掌握了与本设计有关的相关资
5、料、论文，与设计有关的各种参数。依照设计任务要求，选用计算机作为设计的主要工具，使用AUTOCAD 等设计软件。1.2 目前国内外行业的整体状况1.2.1、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
6、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。1.2.2、国内行业的整体现状及发展趋势我国钢筋加工机械的技术水平总体上比较落后，所生产的钢筋切断机、弯曲机、调直机、调直切断机，冷轧带肋钢筋及冷轧扭钢筋加工机械，钢筋镦头机、冷拔机、弯箍机、钢筋笼自动滚焊机等产品，主要是电动机作为动力源、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。 近年来由中国建筑科学研究院机械化分院开发成功的钢筋网自动成型机、钢筋剥肋滚压直螺纹加工机械和钢筋数控弯箍机在技
7、术上占据很大优势，具备国际品质，有很强的竞争力。要提高钢筋机械技术水平、为钢筋加工企业提供先进生产设备、满足市场需求，需要不断创新、不断研发出新产品。 学习国外先进技术经验，加速研发数字化控制、功能集成化的钢筋加工机械是今后发展的目标。要实现钢筋加工机械的升级设 计 说 明 书 第 3 页换代，为发展钢筋加工产品商品化创造条件，为建筑施工企业生产各种钢筋加工产品，推动钢筋加工产品的商品化进程，使我国钢筋加工机械产品跻身于世界先进行列。1.3 液压传动的优缺点1.3.1 液压传动的优点：（1）由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在
8、井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程机械上，已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。（2）液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的 12%13% 。液压泵和液压马达单位功率的重量指标，目前是发电机和电动机的十分之一，液压泵和液压马达可小至 0.0025N/W(牛/瓦)，发电机和电动机则约为 0.03N/W。（3）可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无级调速，调速范围可达 12000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。（4）传递运
9、动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。正因为此特点，金属切削机床中的磨床传动现在几乎都采用液压传动。（5）液压装置易于实现过载保护借助于设置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。（6）液压传动容易实现自动化借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。（7）液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，便于设计、制造和推广使用。1.3.2 液压传动的缺点（1）液压系统中的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使得液压传动不能保证严格的传动比。（2）液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体粘性变化，引起运动特性的变化，使得工作
10、的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环境条件下工设 计 说 明 书 第 4 页作。（3）为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。（4）液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。（5）液压系统发生故障不易检查和排除。总之，综合分析液压传动的优缺点，其优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。只要我们综合利用液压传动的优点，采用合适的密封方法和提高元件的制造质量等措施就可以很好的控制泄漏和噪声等缺点，方便的实现建筑机械自动化。液压传动有着广泛的发展前景。1.4 液压传动在机械中的应用驱动机械运动的机
11、构以及各种传动和操纵装置有多种形式。根据所用的部件和零件，可分为机械的、电气的、气动的、液压的传动装置。经常还将不同的形式组合起来运用四位一体。由于液压传动具有很多优点，使这种新技术发展得很快。液压传动应用于金属切削机床也不过四五十年的历史。航空工业在 1930 年以后才开始采用。特别是最近二三十年以来液压技术在各种工业中的应用越来越广泛 3。在机床上，液压传动常应用在以下的一些装置中：(1) 进给运动传动装置磨床砂轮架和工作台的进给运动大部分采用液压传动；车床、六角车床、自动车床的刀架或转塔刀架；铣床、刨床、组合机床的工作台等的进给运动也都采用液压传动。这些部件有的要求快速移动，有的要求慢速
12、移动。有的则既要求快速移动，也要求慢速移动。这些运动多半要求有较大的调速范围，要求在工作中无级调速；有的要求持续进给，有的要求间歇进给；有的要求在负载变化下速度恒定，有的要求有良好的换向性能等等。所有这些要求都是可以用液压传动来实现的。(2) 往复主体运动传动装置龙门刨床的工作台、牛头刨床或插床的滑枕，由于要求作高速往复直线运动，并且要求换向冲击小、换向时间短、能耗低，因此都可以采用液压传动。 (3) 仿形装置车床、铣床、刨床上的仿形加工可以采用液压伺服系统来完成。其精度可达 0.010.02mm。此外，磨床上的成形砂轮修正装置亦可采用这种系统。(4) 辅助装置机床上的夹紧装置、齿轮箱变速操纵
13、装置、丝杆螺母间隙消除装置、设 计 说 明 书 第 5 页垂直移动部件平衡装置、分度装置、工件和刀具装卸装置、工件输送装置等，采用液压传动后，有利于简化机床结构，提高机床自动化程度。(5) 静压支承重型机床、高速机床、高精度机床上的轴承、导轨、丝杠螺母机构等处采用液体静压支承后，可以提高工作平稳性和运动精度 4。设 计 说 明 书 第 6 页2 方案论证及其设计计算本设计的题目是液压式组合建筑机械液压部分设计, 该机适用于建筑单位，因此要求操作灵活方便，液压系统要安全可靠；主机为可移动式，移动、固定要灵活方便。由于建设机械在野外作业较多，工作条件较为恶劣，油液溶液污染，因此要求所用的元件对油液
14、污染的敏感性低，系统要设置良好的加油，吸油过滤装置和防尘装置。在这个课题设计的过程中我做的是液压系统的设计。从设计要求分析，该机通过液压系统对主机的控制最终要实现三个动作：即对钢筋或钢管的切断、弯曲和套丝。从材料的力学性能来考虑，钢筋的变形要比钢管的变形困难的多，所以本设计以最终实现对钢筋的切断、弯曲、套丝。切断时所需的切断力，材料弯曲、套丝时所需的扭矩，以对钢筋的计算为准。在满足工作性能要求的情况下，力求设计过程的简洁。现在初步考虑对钢筋切断时，用液压缸的活塞杆带动刀具来实现对钢筋的切断；对弯曲和套丝动作的实现有两种方案：一种是用回转液压缸带动工作台旋转,其弯曲过程为使弯曲缸活塞前移，通过活
15、塞内孔大导程槽的作用，使缸内丝杠转动，并通过丝杠头部带动弯曲回转工作台转动，进行钢筋弯曲作业。一种是用液压马达带动工作台来实现对钢筋的弯曲和套丝，即将马达的旋转轴直接与弯曲工作台连接，对于弯曲的角度可由马达所带的行程开关来控制。考虑到回转液压缸的回转角度仅限于 0180度，对于大角度的弯曲和套丝来说，一个回转液压缸不能完成操作，为使机械结构简单，本设计采用双向定量液压马达的旋转运动来实现弯曲和套丝加工。现就系统工作原理制定以下两种方案加以比较：方案一：图 2-1 系统原理图 1设 计 说 明 书 第 7 页方案二：图 2-2 系统原理比较两种方案，方案一在系统结构方面比较简单，但仅仅限于完成钢筋钢管的切断、弯曲和套丝，在系统结构功能优化方面有所欠缺。方案二虽然在系统结构上比方案一复杂，但其在流量和压力控制方面有很多优点，尤其是在切断直径在 20mm 以下的钢筋时，即工作压力小于 16MPa 时，方案二可以不经过增压缸，在中低压环境下直接切断，可以降低液压元件间的磨损和工作油液的间隙泄漏，从而可以延长液压系统的使用寿命。在本设计中，经综合考虑，采用方案二对系统进行设计计算。2.1 钢筋切断力的计算在建筑中混凝土用钢筋查金属手册第九版第一卷 P237 表 18 可知其光圆钢筋：用作销钉，圈簧，构件接头和支撑杆，其材料为 ASTM A615，螺纹钢筋与混凝土共用提供
