張文兵 高 慧 呂奎龍 趙志剛

(1.北京工業(yè)職業(yè)技術學院 機電工程學院，北京 100042；2.北京燕通建筑構件有限公司，北京 102202)

0 引言

預制裝配式建筑技術是一種以預制裝配式混凝土結構為主要構件，經裝配、連接而成的新興的綠色環(huán)保節(jié)能型建筑技術。與現(xiàn)場施工相比，預制裝配式施工具有施工方便、工程進度快、生產成本較低、對周圍環(huán)境影響小，并且建筑構件的質量容易得到保證等優(yōu)點，在世界各地已逐步推廣開來。

我國該項技術以前主要應用在工業(yè)建筑中，近年來開始在民用建筑特別是住宅建筑中應用，隨著我國城市化進程的加快，預制裝配式建筑也迎來了新的發(fā)展契機。要發(fā)展裝配式建筑就必須制作預制裝配式混凝土結構，首先需要解決鋼筋骨架綁扎問題。為此，本文分別設計了骨架移動式和工作臺移動式2種立式鋼筋骨架綁扎機構，設計制作了樣機，并進行了分析比較。

1 方案1：骨架移動式立式墻板鋼筋骨架綁扎機構

制作鋼筋骨架需預先將鋼筋縱橫向排好并綁扎結實，在澆灌混凝土前直接整體吊裝定位，以便約束混凝土，提高混凝土構件的整體性，并保證其強度達到設計要求。因要承受較大荷載，為了保證鋼筋混凝土結構的強度，需要布置大量的鋼筋。目前，鋼筋骨架的綁扎都是手工進行，需要綁扎的鋼筋數(shù)量巨大。這種傳統(tǒng)的綁扎鋼筋的方法不僅速度慢、生產效率低，而且勞動強度大。

通過研制墻板鋼筋骨架綁扎機構，可以解決在鋼筋骨架生產過程中的實際問題，提高生產效率、減輕工人勞動強度，具有重要的實際意義。

1.1 總體設計

本文設計思路為將原來平鋪式鋼筋骨架生產方式改為立式，即立式墻板鋼筋骨架綁扎機構。該機構設計自動升降裝置、工人操作平臺，并采用防止傾覆機構(鋼筋骨架兩邊各有2個可旋轉90°的卡爪，避免側翻傾覆，卡爪可隨氣缸活塞桿上下移動)，工人可在鋼筋骨架兩側同時進行綁扎作業(yè)。自動升降裝置擬采用電動或氣動形式，無級調速，可在任意位置?？?，操作方便、安全可靠。

根據(jù)設計思路，進行了總體方案設計。該機構兩側為工作臺，工人站在上面綁扎鋼筋骨架，自動升降裝置采用氣動機構升降，可在任意位置?？浚奖愎と斯ぷ?，操縱閥控制[1]。骨架移動式立式墻板鋼筋骨架綁扎機構如圖1所示。

(a)骨架下降(b)骨架上升

1.2 結構設計

在總體設計的基礎上，細化立式墻板鋼筋骨架綁扎機構的結構。根據(jù)鋼筋骨架的重量、總體尺寸進行強度計算，確定氣動元件的型號、規(guī)格和各部結構尺寸及采用型材的規(guī)格，完成結構設計。

假定鋼筋骨架總重G1=3 000 N，骨架托架選用20#工字鋼，總長約10 m，總重G2=3 000 N。鋼筋骨架綁扎機構受力圖如圖2所示。

圖2 鋼筋骨架綁扎機構受力圖

總載荷G=G1+G2=6 000 N，Z方向受力平衡，則

∑F=0

(1)

G=N1+N2=2N

(2)

式(2)中，N1、N2分別為左右2個氣缸的支承力，N為氣缸的實際輸出力。

假定車間氣壓p=0.5 MPa，缸徑為D,則氣缸截面積

A=π×(D/2)2

(3)

此時氣缸出力

F=pA=0.5×π×(D/2)2

(4)

式(4)中，F(xiàn)為氣缸理論出力，實際要根據(jù)工況情況確定。氣缸出力示意圖如圖3所示。圖3中F為氣缸理論出力[2]，f為阻力。

圖3 氣缸出力示意圖

氣缸實際輸出力

N=KF

(5)

式(5)中，K為載荷系數(shù)，對于靜負載(如夾緊、低速運動等)，阻力f很小，K≤0.7，取為K=0.7。

代入數(shù)值，求得D=φ104 mm。查表，可選缸徑為φ125 mm的氣缸，考慮兩側2個氣缸的不均衡性和安全系數(shù)，選擇缸徑為φ160 mm，行程為2 000 mm的氣缸。

1.3 三維數(shù)字模型創(chuàng)建

使用主流的機械CAD軟件UGNX軟件，進行方案總體設計。UGNX實體建模充分繼承了傳統(tǒng)意義上的線、面、體造型特點，能夠方便迅速地創(chuàng)建三維實體模型，而且還可以通過其他特征操作，如掃描、旋轉實體等，并加以參數(shù)化和布爾操作來進行更為廣闊的實體造型[3]。本文創(chuàng)建的包括總體裝配和各個部件的三維模型見圖1。

2 方案2：工作臺移動式立式墻板鋼筋骨架綁扎機構

方案1的綁扎機構在鋼筋骨架升降時，重心較高，雖然設計有防傾覆機構，但還是易發(fā)生側翻，故方案2改為鋼筋骨架固定，而工作臺上下升降的模式，工人可以在工作臺上進行綁扎工作[4]。工作臺移動式立式墻板鋼筋骨架綁扎機構如圖4所示。

1—工作臺；2—支架；3—電動推桿；4—欄桿。

為了方便操作，工作臺的升降采用4臺電動推桿實現(xiàn)同步升降，該設計結構簡單，易于集中控制。底座采用150 mm×150 mm的H型鋼制作。工作臺選用14#槽鋼[5]，上面鋪設花紋鋼板防滑。操作工作臺選用14#槽鋼焊接，總長約24 m，總重量4 016 N，花紋鋼板厚度2.5 mm，面積為6 m2, 重量1 300 N。

假定工作臺上有2人同時進行綁扎工作，按每人重850 N計算，總重量為1 700 N。工作臺重量與操作人員總重量為7 016 N，加上欄桿等計為10 000 N。考慮到4臺電動推桿工作的不均衡性和安全系數(shù)，電動推桿選用DL40型，推拉力為8 000 N，電機功率0.25 kW，下側法蘭聯(lián)接。

3 方案比較

方案1的綁扎機構結構簡單、操作方便，但當鋼筋骨架全部升起時重心較高，防傾覆機構的2個卡爪受力條件不好，容易傾覆。方案2的綁扎機構改為鋼筋骨架固定不動，穩(wěn)定性大大提高，能有效防止傾覆，工人隨工作臺上下升降相對安全，兩側工作臺采用電動推桿同步升降，易于集中控制。經征求用戶單位技術人員意見，選擇方案2進行了樣機試制，經現(xiàn)場試用，效果良好，得到用戶認可。工作臺移動式立式墻板鋼筋骨架綁扎機構樣機如圖5所示。

1—工作臺；2—支架；3—電動推桿；4—欄桿。

4 結論

本文對2種立式墻板鋼筋骨架綁扎機構的方案進行了比較。綜合來看，工作臺移動式立式鋼筋骨架綁扎機構對于提高生產效率、減輕勞動強度、保障操作安全，解決鋼筋骨架生產過程中的實際問題更勝一籌。