焊拉箍筋及其制造方法和设备 【技术领域】
本发明涉及一种建筑工程施工中用于构成粱、柱骨架的焊拉箍筋，本发明还涉及该焊拉箍筋的制造方法以及该方法的专用系统设备，属于建筑工程施工技术和建筑机械领域。
技术背景
箍筋是现代建筑工程钢筋混凝土结构中，承担拉、压、弯、剪、扭和抗震的受力元件，又是保持主筋具体位置，构成粱、柱骨架形体的重要钢制零件。箍筋是建筑工程中各种钢筋里面件数最多，占用埸地最多，耗费工时最多的零件，人们一直在设法致力改进。现有技术中的各种箍筋，在弯曲成形后尾端留有两个向内弯曲的135度或180度的弯钩搭接接头。该弯钩搭接接头不仅浪费材料，而且还给施工中在梆扎梁、柱骨架时，带来了施工操作的不便。通常采用的加工工艺是：圆盘条原料→夹紧前端→放料(开动卷扬机拉到20-50米处仃止)→第一次切断(长度20-50米)→夹紧后端→拉伸(开动卷扬机，控制拉长率达2-4％时仃止，达到调直和除锈的目的即可)→两端放开夹具→第二次切断(按图，一般小于2米)→两端弯135度或180度弯钩→中部弯90度转角(必须弯3处)→形成有弯钩搭接接头的封闭形箍筋成品。所用的人工半机械化操作还包括中间运输共计10多道工序。显见的缺陷是加工工艺流程长，效率低，钢材损耗大，成本高。
1988年8月31日《技术市场报》报道了由浙江兰溪建机厂和中国建科院建机所研制的，型号为SGW-8B型的弯箍机，据称“我国第一台数控钢筋弯箍机问世”，其采用的：原料圆盘条→剥壳→调直→定长弯曲成形→切断→成品工艺。虽然提高了制造箍筋的工效，但所制成的箍筋仍然保留了传统箍筋的弯钩搭接接头，而且只调直，不张拉，并未充分提高钢筋的利用率。
892130652号中国专利公开的成都建研所和成都建机厂制成的LGW40SM型钢箍成形机，采用圆盘条放料调直→进入成形机弯曲成连续不断的方形螺旋→按定长(圈数)切断→载重小车运走成品的制造工艺。虽然也在一定程度上提高了工效，节省了约10％地钢材，但它笨重体积大的缺陷，使得工人在梆扎操作中感到太不方便。而且它只能生产正方形或正多边形箍筋，不能生产一般建筑工程中需求量更多的矩形箍筋，从而未能从根本上满足施工中的普遍要求。同一根柱(或梁)中的箍筋间距常有不相同的时候，而对一根整体螺旋而言，当螺旋间距在拉大时，会带来内空尺寸的变小，使梁(或柱)的受力有效高度ho值减小；当螺旋间距收小时，会带来内空尺寸的变大，造成主筋保护层减少；这两种情况都会使主筋位置不符合设计要求，都会带来梁、柱的施工质量隐患。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足之处，提供一种施工方便，能节约钢筋材料的焊拉箍筋，为此本发明还要提供一种制造该焊拉箍筋的工艺方法及其专用的系统设备。
为了达到所述目的，本发明取消了现有技术中所用箍筋的弯钩搭接接头，采用《混凝土结构设计规范》所推荐的对焊方式的焊接接头，成为简洁而牢固的封闭环形的焊拉箍筋。这种在建筑工程中构成粱、柱骨架的焊拉箍筋，包括多边形、尤其是包括方形在内的矩形形焊拉箍筋，是一个具有对焊接头的并经过冷拉处理的闭口环。
为使焊拉箍筋形成上述对焊的封闭环形，本发明的制造方法包括下述几个工艺步骤：a.将原料圆盘条整圈置于盘条架上；b.滚压调直；c.盘绕成环、切断；d.对焊成闭口环；e.扩环张拉到成品。
本发明所述的制造焊拉箍筋的方法可以是先焊接，后张拉。
本发明的全部工序统一动作节拍后，由盘条架、调直器、成环切断机、输送机、环口对焊机、扩环张拉机组成的一条机械化生产线。
为使焊拉箍筋高效率制成，所述制造方法要采用箍筋专用的设备，这些设备包括：盘条架H，调直器I，环口对焊机K，输送机L，它还包括本发明专有的成环切断机J和扩环张拉机M。
所述的成环切断机J的机座上装有将钢筋绕制环形的转盘，其上设有大致均布的数个导向槽，每个槽的外端都设置有固定的齿轮箱，槽的内端有方形板将转盘与减速器的主轴连接在一起，槽内嵌入有两根螺杆，可调节螺旋架的往复位置，螺杆两端有轴承，齿轮箱内有一个主动齿轮和两个从动齿轮，其轴端有滑动轴承。剪切动作依赖于锥齿轮组成的行星传动系统：居中心位置的太阳轮刚接在机座上不运动，在其周围布置多组行星轮，它们之间不能直接啮合，而是通过同一花键轴上的两个龆轮传递运动，花键轴平行于螺杆，两个龆轮中一个与太阳轮啮合，另一个与行星轮啮合，同时又可沿花键轴往复直线移动，行星轮与螺旋刚接，当转盘转动时，各组行星轮在围绕太阳轮公转的同时，产生自转，从而带动螺旋将已经绕成环形的钢筋推至液压剪的刀片下准备剪切。主轴上的凸轮碰到行程开关时，通过电气指令电磁阀使液压剪工作，将绕成环形钢筋剪断。
所述的环张拉机M的机座上有两个张拉架，其中一个是活动张拉架，另一个是固定张拉架，每个张拉架均对称布置一套有三个链轮和一根链条组成的循环张拉器，在链条水平部位设置有导槽，所述的导槽内设有滑块，滑块上部的突出短轴安装有滚动槽轮，滑块两端与链条销轴相连接，四根链条的垂直部位，集中在机座的中心轴线的附近，中心轴线下面设置有油缸，其活塞杆伸至四根链条垂直部位的中间，用两块连板将两个张拉架的链条的镐销轴分别连接起来，中心点上又与活塞杆相连，连板碰到行程开关时，将通过电气指令电磁阀动作，使活塞杆往复运动，带动滑块在导槽内往复运动来实现对箍筋的扩环张拉动作。改变两个行程开关的位置，也就调节了滚动槽轮的运动尺寸，就可满足不同尺寸的箍筋需要。两个张拉架之间，中心部位有销轴连接，四个端头与机座之间，用螺栓固定。当两个张拉架互为90度时，加工正方形箍筋；当两个张拉架调整成其他角度时，可加工矩形箍筋；当增加张拉架的数量时，可加工多边形箍筋。
本发明相比于现有技术具有如下有益积极效果。
本发明的焊拉箍筋由于取消搭接弯钩，并经冷拉伸长10％，所以与传统箍筋相比，单个重量平均轻1/5，叠放体积小1/3，又没有搭接弯钩阻碍穿筋，因此，工人在梆扎梁、柱骨架的施工中，操作十分轻松方便，施工效率高。见到焊拉箍筋的钢筋工都表示欢迎，希望早日推广使用。
本发明的焊拉箍筋由于是定模式张拉，箍筋内空尺寸精度大大提高。传统施工方法，按《规范》(指现行有关规范的总称，下同)内空尺寸允许偏差正负5mm，本发明的扩环张拉工艺达到正负2mm，精度提高60％；能使梁、柱的主筋位置准确，有利于保证施工质量。
本发明的焊拉箍筋由于是使用应力控制法进行张拉，按《规范》有关规定，可将Q235钢材拉长10％左右，(若用传统的拉伸率控制法进行张拉时，只允许拉长4％)，因此，其抗拉强度设计值由210N/mm2提高到250N/mm2，提高19％，充分挖掘了材料潜能。仅此拉长工序一项可节省钢材8～10％，加上取消搭接弯钩所节约的钢材，共可节省钢材15～25％。
本发明的焊拉箍筋由于是焊后张拉法生产的箍筋，质量好。将样件送请四川省建筑工程质量检测中心多次实验证明：拉伸率达到26％以上、抗拉应力达到430N/mm2以上才断，其断头位置都在距离焊点大于50mm的母材上，而焊点并未断。各项指标均达到乃至超过了《规范》规定的要求，证明质量优良。
本发明的焊拉箍筋由于是采用扩环张拉法生产，对于每一个焊拉箍筋都进行了张拉，焊点不断头才合格出厂，属于“全额检验制”，因此质量可靠，用户可以放心使用，从而提高用户的信任度。
本发明的制造该焊拉箍筋的工艺方法及其专用的系统设备，是机、电、液一体化的半自动设备，组成一条龙加工的生产线，工效可提高30倍左右。建筑工程中所用箍筋的各种规格形状，无论是方形、矩形还是多边形；无论尺寸大小，都可以任意制作。同时，创办焊拉箍筋厂，实行工厂化专业化生产，只要施工单位打个电话，1个小时内就可将所需规格尺寸的箍筋送到现场，对缩短工程工期提供有利条件。各个施工现场可节省箍筋加工的几十平米的暂设工程及施工场地。
综上所述，本发明的焊拉箍筋能同时解决目前建筑工程施工中，长久以来箍筋加工效率低，工期长；材料损耗多，成本高；占用场地面积大等三大难题。
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图和实施例给出最佳实施例，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。
【附图说明】
图1为本发明焊拉箍筋的构造图。
图2为本发明焊拉箍筋制造方法的工艺流程步骤图。
图3为本发明焊拉箍筋生产线简图。
图4是完成本发明制造方法的成环切断机立面图。
图5为图4的俯视图。
图6是完成本发明制造方法的成环切断机齿轮传动系统简图。
图7为图6的剖视图。
图8是完成本发明制造方法成环切断机的另一实施例链条传动系统简图。
图9为本发明采用图8传动系统的成环切断机俯视图。
图10是完成本发明制造方法的扩环张拉机立面图。
图11为图10的俯视图。
图12是本发明的油缸直接作用式扩环张拉机俯视图。
图13是本发明另一实施例的油缸连杆式扩环张拉机原理图。
图1描述了本发明的焊拉箍筋的构造。该焊拉箍筋通常由对焊连接成一个方形、矩形的闭口环，但不排除制成多边形等其他形状的闭口环。图中代号d表示钢筋直径；R表示弯曲半径，其数值为2.5d；C表示焊点至弯曲点的距离，其值为10d。
图2为图1所示的焊拉箍筋可以采用的制造方法的加工步骤：a.将原料圆盘条整圈置于盘条架上；b.滚压调直；c.盘绕成环、切断；d.对焊成闭口环；e.扩环张拉到成品F。
图2中所示的带有箭头的P，表示钢筋在加工焊拉箍筋全过程中所受的来自设备结构的作用力，箭头的方向表示作用力的方向。
图3中所示加工焊拉箍筋生产线一条龙制造工艺流程设备，可以包括盘条架H，调直器I，成环切断机J，环口对焊机K，输送带L，扩环张拉机M。除成环切断机J扩环张拉机M外，其于多为现有技术设备，或应用现有技术改装的设备。
图3为所述的生产工艺全过程为：将原料圆盘条放置在盘条架H上，拉出一端头穿过调直器I，在成环切断机J上绕一圈，端头压在剪刀的固定刀片下，当通电启动成环切断环机J时，其转盘的旋转动力拉动钢筋原料，盘条架H被拉动旋转放料，通过调直器I的多个滚轮将钢筋压直，当成环切断机J旋转一周时，剪刀动作一次，一个开口的环形钢筋自动落下来，而它后面的钢筋又在绕制新的一圈，如此周而复始，连续不断，几秒钟制成一个开口的钢环。开口钢环落在输送带L的挂钩上，被送至下一工序，在环口对焊机K上的自动机械手夹持、送料、加压进行对焊，成为闭口钢环，但其尺寸小于设计尺寸的10％，形状也不规则，依然挂在输送带的挂钩上，被送至最后一道工序，到扩环张拉机M上，进行多向扩形张拉，以应力控制法和拉伸率控制法两种方法同时控制，使钢筋拉长10％左右，符合设计尺寸时为止，并对其焊接接头进行质量检验，成为合格放心的焊拉箍筋产品F。它的工艺特点是：先对焊成环，后扩环张拉。所述的应力拉张法是指在液压系统中，设有调压阀和压力表，通过压力表显示的数据，调节液压系统压力，实现应力控制。所述的拉伸率控制法是指在碰头运动路线上的适当位置安装行程开关，通过电气指令控制油缸行程，从而控制拉伸率。
图4、图5、图6、图7中，描述了完成本发明制造方法的成环切断机。
图4中，在成环切断机的机座1，转盘2上，有数个均布的导向槽，每个槽的外端设置有一个齿轮箱4，用螺栓3固定在转盘2上。槽的内端用方形板17将主轴与转盘2连接在一起，以传递动力。槽内嵌入有两根调节螺杆15，旋入螺旋架5的内螺纹孔中，螺杆两端装有轴承6，齿轮箱4内有一个主动齿轮12，两个从动齿轮13，其轴端有滑动轴承14，螺旋架5上有螺旋11，通过轴承18定位。
图5中，机座1上固定有电动机22和减速器23，其输出轴套上转动的凸轮24，调节凸轮的位置和形状，改变行程开关21的通电时间，从而改变压力油进入供油管20的供油时间，即调节了液压剪的动作状况。固定在机座1上的支座25的外端固定有一个锥齿轮26，当转盘2转动时，从动锥齿轮27，在产生公转的同时，还要产生自转，并带动花键轴28转动，将动力传送给螺旋11上的锥齿轮30。29是轴承座。转盘上的各部名称，齿轮箱4，螺旋架5，方形板17与图4相同。在方形板17上固定有液压剪8，其活塞推动动刀片9，与定刀片10构成剪切力。钢筋7在转盘上绕两圈后被螺旋推出恰好处于两刀片之间时，油管16提供的压力油使动刀片9产生剪切力，已成环形的钢筋7被切断，自动弹开并掉下来。机座1的箱体内，设置有电控箱和液压站，属于常规技术，市场有售，故未画出。
以上所述的成环切断机是机、电、液一体化的设备，其机械传动部分是本发明的征特之一。
图6、图7由锥齿轮构成的行星传动系统，(为方便描述，本图中的零件标号顺序号与上述顺序号不等同意义。不混淆使用，只针对本实施例，)也是本发明征特之一。锥齿轮1，固定在机座上，是不运动的，锥齿轮2与之啮合。锥齿轮2刚性连接于花键轴4上，锥齿轮5有内花键孔套在花键轴4上，同时与螺旋8上的锥齿轮6啮合。上述零件5、6、均用轴承安装在螺旋架7上。螺旋架7上有螺纹孔，在调节螺杆15(图4中)的驱动下，往复直线运动，从而改变钢筋环的尺寸大小。
图7是图6的剖视图。其中的固定锥齿轮1，活动锥齿轮2，转盘3，花键轴4，内花键孔锥齿轮5，螺旋上锥齿轮6，螺旋架7，螺旋8，钢筋9，轴承10零件代号也与图6相同。在图6、图7中，转盘3有角速度ω1时，则花键轴4有角速度ω2，螺杆8有角速度ω3，而箭头符号的方向表示其旋转的方向。
图8、图9描述了完成本发明制造方法成环切断机另一实施例的链条传动系统，它是链条传动方式构成的成环切断机(为方便描述，本图中的零件标号顺序号与上述顺序号不等同意义。不混淆使用，只针对本实施例)。是机、电、液一体化的设备，也是本发明的另一特征。图8是采用链条构成的行星传动系统简图。图中心的固定链轮14(太阳轮a)刚接于机座1上(见图9)，在可旋转的转盘16上有几个可径向往复的活动链轮13(行星轮b)等距均布在太阳轮a的四周，用键条17将它们构成封闭的啮合传动关系，为了便于调节松紧程度，在适当位置设置张紧轮C，当转盘16有角速度ω1时，行星链轮b则在公转的同时有自转角速度ω2。
图9是按图8的链条传动方式构成的成环切断机结构图。图中机座1上固定有电动机2，减速器3，主轴4，支座5，轴承6，轴承座15，固定链轮14。转盘16与主轴4刚接。转盘16上固定有液压剪8，动刀片9，定刀片10，齿轮箱20，螺杆12旋入螺旋架21的内螺纹孔中，旋转螺杆12即可调节螺旋架21的距中心点的径向位置，以满足箍筋尺寸大小不同的需要。用链条17将固定链轮14和活动链轮13联接起来，构成啮合关系，活动链轮13与螺旋11刚接，并用轴承18在螺旋架21上定位。当转盘16以角速度ω1旋转时，钢筋7在几个螺旋11上绕成环形，被旋转中的螺旋11以角速度ω2推送至液压剪8的两个刀片间被剪断。图中带P和O的箭头是液压油的方向，受电气指令而改变。
图10、图11描述了本发明制造方法的扩环张拉机，是机、电、液一体化的设备，也是本发明的另一特征。(为方便描述，本图中的零件标号顺序号与上述顺序号不等同意义。不混淆使用，只针对本实施例)。其中包括箱形机座1，箱盖3，固定张拉架4和活动张拉架6，两个张拉架用销轴5相连，每个张拉架上，对称布置有一套相同的零件，共四套，包括导槽8，滑抉19，滑块上有穿入滚动槽轮7中心孔中的短轴和拉动滑块作往复直线运动的链条11，一根链条11与三个链轮9啮合。张拉架上固接带有刻度的管柱10，其上还有可移动调节位置的行程开关12。整个机器的中心线上，有连接活动张拉架6上的两根链条的连杆13，以及连接固定张拉架4上的两根链条的连杆14，连杆13和连杆14之间在中心位置由销轴串连起来，并允许旋转一定角度。箱形机座1内设置有电控箱2，油缸15，油管16，液压站17。连杆14的端部碰到行程开关12时，通过电控系统指令改变液压系统供油方向，油缸15的活塞杆产生往复动作，当油缸15的活塞杆推动四根链条11同时向上运动时，四个滚动槽轮7分别向四个方向在导槽8中移动，图11中套在四个滚动槽轮7上的环形箍筋18被张拉伸长。当油缸15的活塞杆向下运动时，四根链条11拉动四个滚动槽轮7同时向中心移动，松开环形箍筋18就完成一次扩环张拉工序。
图10中调节两个行程开关12在管柱10上的相互位置可调节油缸活塞杆的行程及伸出长度，使滑块19处于导槽8内不同的位置，以满足箍筋大小不同尺寸的的要求。
图11是图10的俯视图。图中箱形机座1，箱盖3，固定张拉架4，活动张拉架6，销轴5，滚动槽轮7，导向槽8，滑块19和环形箍筋18，上述零件号也与图10相同。图中活动张拉架6a是被调整后便于加工矩形的焊拉箍筋的新位置。图示原位置活动张拉架6是为加工正方形的焊拉箍筋。
在液压系统中的液压站17内，设置有调压阀和压力表(系通用液压元件，市售液压站中均已安装，故未画出)。通过压力表显示的数据，旋动调压阀手柄，从而调节系统压力，实现按抗拉应力控制法实施张拉。另外，调节行程开关12的位置，就实现按拉伸率控制法实施张控。本发明实际上是同时实行两种控制法实施张拉，因此，可以按《规范》有关规定，允许将钢筋拉长10％左右。
图12是扩环张拉机的另一实施例，是另一种扩环张拉机，称为油缸直接作用式。(为方便描述，本图中的零件标号顺序号与上述顺序号不等同意义。不混淆使用，只针对本实施例)。图中有机座1，两边有两根竖立的导向槽2，导向槽2也当支柱使用，其顶端固定张拉架4，下部有活动张拉架3，每个张拉架上都有45度布置的导向槽，在导向槽中用4个螺栓6固定的张拉油缸7，张拉油缸为双作用双活塞杆油缸，两端伸出的活塞杆端均有滚动槽轮5，当油缸7工作时，可同时张拉两件不同规格尺寸的方形焊拉箍筋8。在两个支柱2上，设置有矩形张拉油缸9，用油管10连通油缸和液压站(安装在机座1的箱体内，未画出)，当张拉油缸9工作时，活动张拉架3将在导向槽2内向下移动，当油缸7和油缸9同工作时，件号8就被张拉成矩形的焊拉箍筋。
图13是连杆式扩环张拉机原理图。是扩环张拉机的另一种实施例。它是一种连杆式扩环张拉机。(为方便描述，本图中的零件标号顺序号与上述顺序号不等同意义。不混淆使用，只针对本实施例)。其中，在机座1上固定有液压油缸2，活塞杆3上铰接4根(此为剖面，只能画出2根，另2根在垂直平面上)连杆9，连杆9的另一端与滑块5铰接。当油缸的活塞杆3沿箭头方向运动到3a位置时，连杆9运动到9a新位置，滑块5也在导向槽4内沿箭头方向移动至5a位置，从而实现向外扩张。滑块上有凸起的短轴6穿在滚动槽轮7的中心孔内，其槽子大小与被张拉的箍筋8相匹配。机座1的箱体内安装有电控箱10和液压站11，当滑块上的碰头碰到行程开关(属常规技术，故未画出)时，通过电控箱10发出电气指令液压站11的电磁阀工作，从而使缸油2的活塞杆3产生往复推力，来完成一次扩环张拉工序。
本发明不限于上述方形、矩形焊拉箍筋，同样适用于多边形及其他形状的焊拉箍筋或钢环，显而易见，只要对成环切断机上的导向槽和行星轮及螺旋组数增多、扩环张拉机的张拉架数量增多即可，其结构特征理应属于本发明的范畴。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，也应视为属于本发明的保护范围。