60t增壓型鋼筋擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計

張?zhí)m娣，李 杰，石樹正，李常勝，馬軼群

ZHANG Lan-di, LI Jie, SHI Shu-zheng, LI Chang-sheng, MA Yi-qun

（河北建筑工程學(xué)院，張家口 075024）

0 引言

粗鋼筋的用量正在逐年增加，而粗鋼筋連接質(zhì)量的好壞，將直接影響結(jié)構(gòu)本身的安全，同時也對施工速度和經(jīng)濟(jì)效益有一定的影響。我國常采用的鋼筋連接方法有電弧焊、閃光對焊、電渣壓力焊、氣壓焊等焊接方法以及綁扎搭接法。綁接法不但浪費(fèi)鋼筋，而且接頭性能不好，搭接鋼筋中的內(nèi)力通過周圍的剪力傳遞，引起的混凝土中側(cè)向分離拉力需要通過加密箍筋來承擔(dān)，試驗(yàn)證明，柱子受壓破壞時粗直徑鋼筋搭接頭混凝土常有提前壓碎現(xiàn)象，因而要求將接頭錯開布置。電弧焊效率低，電渣壓力焊、氣壓焊都要求高水平的技術(shù)工人技術(shù)管理，焊接接頭的共同缺點(diǎn)是由焊接工藝、材料和人為因素有可能產(chǎn)生脆性破壞造成接頭質(zhì)量下降，此外，焊接連接常常要求大功率電源，設(shè)備移動及高空作業(yè)比較困難，有明火或易燃易爆氣體，受操作空間、氣候條件限制、作業(yè)不安全、對人體有害處等缺點(diǎn)。

鋼筋擠壓連接是近年來提出的一種粗鋼筋連接的新技術(shù)和新工藝。鋼筋擠壓連接技術(shù)是把兩根待接鋼筋的端頭先后插入一個鋼筋套筒內(nèi)，然后用擠壓鉗在側(cè)向加壓數(shù)道，使套筒塑性變形后將鋼筋緊密咬合達(dá)到連接的效果。這種方法改變了傳統(tǒng)焊接的熱操作方法，突出優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、移動方便，尤其是保證接頭的強(qiáng)度達(dá)到鋼筋母材的強(qiáng)度。

1 目前的鋼筋擠壓機(jī)存在的問題

目前使用的鋼筋擠壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是采用了一套超高壓液壓系統(tǒng)，其壓力可達(dá)80—100 MPa，使模具獲得很大的擠壓力。該液壓系統(tǒng)一般由超高壓泵和相配置的超高壓控制閥組成，如圖1所示，其主要元件超高壓泵將電動機(jī)(或其他原動機(jī))輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液體超高壓壓力能的轉(zhuǎn)化裝置，一般采用軸向柱塞泵或徑向柱塞泵2種形式。在超高壓條件下，一般泵的輸出流量較小。超高壓換向閥一般采用手動換向機(jī)構(gòu)，為了減小泄漏大多采用球閥結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)具有體積小、重量輕、輸出力大等優(yōu)點(diǎn)，適合用來作為鋼筋擠壓連接機(jī)的液壓動力源，但實(shí)際使用中存在以下問題：

圖1 超高壓泵系統(tǒng)

1）超高壓泵自身流量較小，在超高壓工況下的內(nèi)泄漏將成為影響泵正常工作的主要因素，過大的泄漏還會使壓力升不到超高壓值。由于軸向柱塞泵或徑向柱塞泵其柱塞在柱塞缸內(nèi)運(yùn)動時，除受軸向壓力外還要受到 “殘余”徑向力所產(chǎn)生的彎矩作用，在壓力和彎矩的共同作用下，會加劇柱塞磨損，降低密封效果，引起泄漏；長時間運(yùn)行還易引起液壓泵發(fā)熱。

2）超高壓泵的柱塞和柱塞缸等運(yùn)動副之間采用的是“間隙密封”，其間隙小、加工精度高，對油液的清潔度和溫度的要求很高，即該液壓泵抗污染能力較差。顆粒性雜質(zhì)將加大運(yùn)動副磨損，甚至造成“機(jī)械卡死”。油溫過高，引起油液粘度下降，會加大泄漏。由于該設(shè)備長期在露天工地使用，粉塵高、溫度變化大，環(huán)境惡劣，又是長時間連續(xù)工作，加之使用者多為非技術(shù)工人，達(dá)不到使用要求的水平，更加縮短了超高壓泵的使用壽命。

3）超高壓系統(tǒng)需要配置超高壓控制閥，這類閥與常規(guī)高壓閥相比，密封更加困難，對使用環(huán)境要求更嚴(yán)格，故相對故障率也更高。

4）在實(shí)際使用中，為了裝卸工件方便，擠壓缸需帶動模塊軸向位移約5Omm行程。其中約40mm為空行程(空載或低負(fù)載)，使得動、定模塊合模，而最終的約10mm行程為擠壓行程(重負(fù)載)，使鋼套筒產(chǎn)生塑性變形。為了提高工作效率、縮短工作周期，需要設(shè)備提高空行程運(yùn)動速度，因而要求系統(tǒng)能夠同時滿足合模時的“低壓快進(jìn)”工況和擠壓行程時的“高壓工進(jìn)”工況。由于一般超高壓泵的流量較小，不可能滿足快進(jìn)工況時的供油，故常常需要采用高、低壓泵組合形式供油，此方案會加大設(shè)備的自重和制造成本。

2 液壓系統(tǒng)工作原理的改進(jìn)設(shè)計

為了提高工作效率，減少超高壓泵、閥的液壓故障和停機(jī)維修時間，用常規(guī)高壓泵帶動增壓裝置來取代超高壓泵、閥，組成超高壓系統(tǒng)，如圖2所示。

該系統(tǒng)采用1臺額定壓力20 MPa的小排量齒輪泵，加設(shè)1臺增壓比P2／p1=4的增壓器，無需另加超高壓控制元件，即可方便組成超高壓鋼筋擠壓連接系統(tǒng)。它具有成本低、工作穩(wěn)定、壽命長、抗溫度變化和環(huán)境污染能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于建筑施工工地長期露天使用。

3 增壓型鋼筋擠壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)

1、液壓站系統(tǒng)壓力為20MPa，增壓缸的增壓比為4，增壓缸壓力為80MPa；

2、最大擠壓力為60t；

3、擠壓痕跡為三道；

4、擠壓器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)空行程快進(jìn)、緩慢擠壓等操作；

5、擠壓操作要實(shí)現(xiàn)半自動化，擠壓操作時間不大于20s；

6、擠壓頭最大行程為50mm；

7、擠壓器總重不大于15kg；材料可以選用航空用高強(qiáng)度合金鋁。

圖2 增壓式液壓系統(tǒng)原理圖

4 疊加閥式集成液壓控制裝置的設(shè)計

疊加閥是在板式閥集成化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓控制元件，它被安裝在基塊和換向閥之間，每個疊加閥除了具有液壓閥本身功能外，還兼起通油孔道的作用。疊加閥及其閥孔設(shè)計應(yīng)注重通用性，其重要性在于大批量生產(chǎn)。就某一規(guī)格的插裝閥為例，為了批量生產(chǎn)，其閥口的尺寸是統(tǒng)一的。此外，不同功能的閥如：單向閥、錐閥、流量調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、兩位電磁閥等可采用同一規(guī)格的閥腔，如果同一規(guī)格、不同功能的閥無法采用不同的閥體，那么閥塊的加工成本勢必增加，疊加閥的優(yōu)勢就不復(fù)存在。

圖3 疊加閥式集成液壓控制裝置

疊加閥式集成是在閥塊集成基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，液壓控制元件間的連接不需要另外的連接塊，而是以特殊設(shè)計的疊加閥的閥體做為連接體，通過螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊（底板塊）上。基塊側(cè)面開有螺紋口孔，通過管接頭作為通向執(zhí)行器、液壓泵或油箱的孔道，并可根據(jù)需要用螺塞封堵或打開。由于同一系列、規(guī)格的疊加閥的油口和連接螺栓孔的大小、位置及數(shù)量與相匹配的板式換向閥相同，所以，只要把同一規(guī)格的疊加閥按一定順序疊加起來，在將板式換向閥直接安裝與這些疊加閥上面，即可構(gòu)成各種典型的液壓回路。

圖4 鋼筋擠壓連接機(jī)液壓站

減少泄露是液壓閥塊的最大優(yōu)點(diǎn)。液壓閥塊是由實(shí)心金屬塊加工而成的塊體，其表面有安裝板式閥的安裝面，其內(nèi)部有溝通閥的連接口以構(gòu)成局部回路的孔道。使用閥塊大大地減小了所需外部連接點(diǎn)數(shù)目，大幅度縮短了裝配時間并減少了泄露機(jī)會。由于許多閥組合成一體，因此所占用的空間減小。由于流動路徑縮短并拉直，因此，執(zhí)行元件的響應(yīng)時間縮短。由于減少對管子、軟管和管接頭的需要，縮短了裝配時間，因此系統(tǒng)成本可以降低。為了減小閥塊體積，把蓄能器單獨(dú)放在另一個閥塊上，再用液壓油管把兩個閥塊連起來。

為了減小過多的疊加閥疊在一起容易松動引起的漏油，將疊加閥分為三排疊加，螺栓擰緊后不容易松動，提高了密封性。在疊加閥上疊一個閥塊從而使液壓油從疊加閥的其他油路回到基塊，再進(jìn)入另一排疊加閥。疊加閥式集成液壓控制裝置如圖3所示。

用電的液壓裝置，通常需設(shè)計和制作電氣控制柜（箱），其內(nèi)部用來安放各類繼電器、接觸器或可編程序控制器等電器元件，外露各種控制按鈕及訊號指示燈等及其標(biāo)牌。電氣控制柜（箱）應(yīng)造型美觀，外露按鈕及訊號指示燈等及其標(biāo)牌應(yīng)整齊并便于操作和維護(hù)。

電氣控制柜（箱），可直接搭載于液壓站或主機(jī)上，也可以將其獨(dú)立安放在液壓站的臨近處。鋼筋續(xù)接機(jī)液壓站整體設(shè)計如圖4所示。

5 結(jié)論

增 增壓式鋼筋擠壓連接系統(tǒng)具有成本低、工作穩(wěn)定、壽命長、抗溫度變化和環(huán)境污染能力強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于建筑施工工地長期露天使用。目前用這種方法連接質(zhì)量的可靠性、穩(wěn)定性和現(xiàn)場抽樣合格率很高，突出優(yōu)點(diǎn)是減少了擠壓設(shè)備的重量、減小了勞動強(qiáng)度和加快了施工速度。

[1]雷天覺.新編液壓工程手冊.北京理工大學(xué)出版社,1999.

[2]黎啟柏.液壓元件手冊.冶金工業(yè)出版社,2000.

[3]章宏甲,黃誼.液壓傳動.機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[4]成大光,機(jī)械設(shè)計手冊(第四版)(第二卷).化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[5]煤炭工業(yè)部、煤炭科學(xué)研究院上海研究所編,液壓傳動設(shè)計手冊.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1981.