1、Total No 280December 2022冶金设备METALLURGICAL EQUIPMENT总第 280 期2022 年 12 月第 6 期全窗口弯网机设计王力(广东博智林机器人有限公司广东佛山 528000)摘要概述了全窗口弯网机的应用场景、全窗口弯网机的结构组成、网片折弯力、折弯力矩参数计算，压紧横梁的扰度标准与自身刚性设计计算。关键词全窗口弯网机折弯力折弯力矩刚性中图法分类号TU974文献标识码BDoi:10.3969/j.issn.1001 1269.2022.06.011Design of Full Window Screen Bending MachineWang Li
2、(Guangdong Bright Dream robotics Co，Ltd，Foshan 528000)ABSTRACTIn this paper，the application of full-window screen bender，the structure of full-window screenbender，the calculation of screen bending force and bending moment，the disturbing standard of pressing crossbeamand the design calculation of sel
3、f-rigidity are summarizedKEYWORDSFull window bending machineBending forceBending momentRigidity1前言随着建筑工业化技术的发展，尤其是装配式建筑在目前建筑行业中的重要作用已经十分突出，钢筋网片的应用越来越广泛1 3。现有的弯网机以固定纵横筋间距模式居多，但建筑物某些局部经常需要做加强处理，这就需要对网片局部纵横筋加密，从而导致实际的钢筋网片纵横筋间距不一致的情况，具体情况参考下图 1 所示。2设备结构传统的弯网机因为折弯模固定，调节时候需要先松开折弯模具紧固螺钉，用尺测量模具位置后、再锁紧螺钉，调整过
4、程耗时且非常繁琐，所以主要用于固定纵横筋间距的网片折弯。传统的弯网机结构如图 2 所示。为应对实际生产中纵横筋间距变化的网片折弯作业，我司设计了一款全窗口结构的弯网机。该弯网机结构如图 3 所示，主要结构包括折弯轴及支撑、折弯驱动油缸、通长结构的压紧横梁、驱动压紧横梁压紧网片的压紧油缸、机架体、辅助折弯定尺的行走驱动机构。压紧横梁和机架体间形成一个全窗口的开放结构，便于任意纵横筋间距的网片穿过。工作时，油缸驱动压紧横梁升起从而打开网片进入的窗口，行走驱动折弯机吃进网片到规定位置，压紧横梁压下将网片压紧，折弯油缸驱动折弯轴将网片折弯到规定角度后随即退回复位、然后压紧横梁打开，行走驱动折弯机后退吐
5、出已经折弯的网片、准备迎接下一张网片的到来。根据图 2、图 3 对比可看出，全窗口结构的弯网机结构体积要比传统弯网机略大，但由于不受钢筋网片纵横筋间距变化影响，适应性很广;另外折弯作业动作简单，不需要对靠折弯模，动作少，作业效率高，适应性强。3设计要点31几何结构15作者简介:王力，男，1982 年生，工程师，从事机械设计工作，邮箱:Wangli029034162163 com图 1固定纵横筋网片/变纵横筋网片图 2传统弯网机图 3全窗口弯网机折弯轴相对于安装在压紧横梁前端的半剖模的运动轨迹设计，该运动轨迹应能覆盖所要加工的钢筋网片规格和折弯角度规格。根据油缸行程，铰接点位置，半剖模位置和待弯
6、钢筋网片尺寸和加工角 4 度做好模拟设计，对于折弯角度 应有一定的调节余量。以便于根据需要进行适当调整。32折弯载荷计算折弯轴对钢筋网片进行折弯的作用力主要取决于待折弯网片上的纵横筋数量 n，直径 d，材料类别。常用的建筑热轧带肋钢筋如下表 1。例如对于一张钢筋网片纵横筋参数如下，纵筋数量20 根，截面 10mm，材料为 HRB335;横筋数量 30 根、截面 8mm，材料 HRB335;钢筋截面近似为圆、对应单根纵筋截面惯性矩 I=(d4)/64、抗弯刚度分别为 W=(d3)/32=(R3)/4，单252022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备根纵筋受弯矩达到弹性极限状态时，截
7、面弯矩 M=(R3)/4 S，纵筋折弯过程中，纵筋截面应变 在高度方向上从中性轴向两侧线性增长，截面上任意微元的应力 rsin从中性轴向两侧是逐渐增长的。先是从 0 增长到 s到达屈服极限，再从屈服极限继续向强度极限 b逼近。折弯后的钢筋截面大部分应力值几乎都超过屈服强度S，如图 4 所示。表 1常用建筑热轧带肋钢筋机械性能钢筋牌号屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%HPB23523537025HPB30030042025HRB335335455(490)17(16)HRB400400540(570)16(14)HRB500500630(630)15(12)图 4半径为 R 的钢筋折
8、弯后截面在高度方向上应力 与应变 分布计算截面微元应力 rsin对中性轴的弯矩时，为简化计算过程，可将截面应力 rsin向上取某个平均应力，这个平均应力 v大于屈服应力 s但有小于抗拉强度 b，初算按 v=0.2s+0.8b，这样应力微元对中性轴的弯距为:dM=V rdrd rsin，微元弯矩对中性轴积分便是:M=Vrdrd rsin=43VR3，按此公司计算上述 8 规格的钢筋截面弯矩为:M=(0.2 335+0.8 490)(4/3)43/1000=39.1nm。20 根纵筋的折弯弯矩合计应为:M=20X39.1=781.4nm。当折弯轴折弯钢筋的过程中，知道折弯轴距离支点半剖模具间的最小
9、间距为 S，就可以计算出油缸的对应的最大理论推力 F=M/S。例如当折弯轴与半剖模之间的最小距离为 S=25mm，两个油缸的的推力 F=781.4/0.025=31256N，当知道液压系统的供油压力 P，就可以进一步选择油缸的活塞直径 D，活塞杆直径 d 等参数。33折弯轴和压紧横梁的设计。折弯轴直径较小，承受脉动载荷，同时表面承受钢筋的冲击和摩擦，工作中主要损坏形式为磨损失效。因此折弯轴设计要考虑提高其抗磨损性能。针对这种工况，一般采用中碳钢或者中碳合金钢材料制作，并通过调质处理+表面硬化处理。就可以明显提高折弯轴的寿命到一个合理的备品更换周期。折弯轴因为自身刚性较小，主要依靠背部支撑结构提
10、高折弯轴工作过程中刚性。同样半剖模的刚性也较小，也得依靠其背部的压紧横梁的刚性来保证自身刚度。其中压紧横梁因为只有两段有支点，因此刚性要求更大。钢筋网片折弯后要保证一定的精度，一般以不超过最小钢筋直径 dmin/2 为准。为保证钢筋网片的折弯精度，压紧横梁受载时，设计最大变形 =d/2，压紧横梁的截面如图 5 所示。钢筋最终成型时，压紧横梁主要受水平横向载荷，因此压紧横梁的刚性主要考核其下部分的局部的水平刚性。钢筋网片对压紧横梁下部的载荷接近均布载荷，但是为了保证横梁有足够的刚性储备，实际设计计算将钢筋网片对压紧横梁下部的载荷当集中载荷处理。这时根据计算所得的钢筋网片对压紧横梁的最大载荷 P，
11、对应的扰度公式为:f=(P L3)/(48EI)，钢材的 E 值是一个定值，窗口宽度觉得 L 大小，那么影响网片折弯偏差 f 大小的便是压紧横梁的截面惯量 I 值，对于压紧横梁，更准确的说是横梁底部水平方向的局部惯量 IX。当压紧横梁长 L，横梁底板宽 A，厚度 t1;两侧翼板高度为 B，厚度 t2;压紧横底部水平惯性35王力:全窗口弯网机设计2022 年 12 月第 6 期矩 IX近似为:IX(t1 A3)/12+2Bt2(A/2)2，压紧横梁底部水平方向抗弯刚度 WX为:WX(t1 A2)/6+2Bt2(A/2)。网片多根纵筋对压紧横梁的水平力属于多个分布载荷加载于两端支撑的横梁问题，为简
12、化计算并保留足够的安全余量。按集中载荷 F 作用于梁中部处理(因为按集中载荷计算的变形量 按同样平均载荷计算所得的变形量)。按此标准设计出来的压紧横梁刚性是能满足实际工作需要的。但是钢筋网片折弯后都是微微单方向向折弯方向偏离，其中压紧横梁中部偏离最大，整体偏离量近似呈抛物线状，解决的办法是仿照行车主梁反拱设计思路，在半剖模与压紧横梁直接塞入组合垫片，组合垫片在中部预设为 fmax/2，向两边递减至零。通过这种方法可以明显抑制网片折弯后的角度偏离。从而可以在压紧横梁刚度底部水平刚性不变的情况下，进一步提高网片折弯后的精度。具体示意见图 6 所示。图 5压紧横梁图 6提高网片折弯精度示意图4结论主
13、要对全窗口弯网机的适用场景，结构组成，关键折弯力矩大小推导演算，压紧横梁的结构和底部水平刚性设计给出了比较贴合实际的工程设计计算方法。并经过试生产中多轮样机测试。证明上述关于折弯力矩计算方法，折弯油缸推力大小的推算方法。以及压紧横梁刚性设计分析和计算方法，都是贴合实际生产的。参考文献 1 苑柳依 钢筋网片自动弯曲设备折弯机构结构设计及仿真分析 D 河北:北华航天工业学院，2019 2 金乐意 浅谈我国当前建筑工程技术的特点及发展方向 J 居舍，2018(17)3 王振兴，孔涛涛，王卫新，等 钢筋焊接网片在超高层建筑施工中的应用J 施工技术，2018，47(10):131132，137(收稿日期:2021 09 25)452022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备
