數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)在施工中的應(yīng)用及研究

摘要： 文中根據(jù)渭源至武都段舟曲連接線項目鋼筋籠采用滾焊機(jī)加工的實例，就該項目1號鋼筋廠場地布置、設(shè)備模具安裝、生產(chǎn)加工、設(shè)備改進(jìn)以及與傳統(tǒng)方法加 工鋼筋籠做對比等方面做相應(yīng)總結(jié)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)；鋼筋；焊接；工程實例；工藝改進(jìn)

中圖分類號：TG 47

Application and research of numerical control reinforcing cage roller welding machine in construction

XU Long

（Jingzhou Huacheng Construction Engineering Quality Inspection Co.， Ltd.，" Jingzhou 434001，Hubei，China）

Abstract： In this paper， according to the example of the reinforcing cage of Zhouqu connecting line project from Weiyuan to Wudu， the site layout， equipment mold installation， production and processing， equipment improvement and comparison with traditional methods for reinforcing cage processing are summarized.

Key words： "CNC reinforcing cage roller welding machine； reinforcing bar； welding； engineering example； process improvement

0 前言鋼筋籠作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其加工質(zhì)量和效率直接影響著工程質(zhì)量和進(jìn)度［1-15］。傳統(tǒng)的人工綁扎鋼筋籠方式存在效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動強(qiáng)度大等弊端，難以滿足現(xiàn)代化施工的需求。數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)的出現(xiàn)，有效解決了這些問題，成為鋼筋籠加工的主流設(shè)備。

近年來，數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)在甘肅省公路工程建設(shè)中被廣泛應(yīng)用［16-20］，《渭武高速公路標(biāo)準(zhǔn)化施工指南細(xì)則》中明確要求鋼筋籠加工采用數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)。數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)具有機(jī)械化程度高、一次性焊接成形等特點，在項目生產(chǎn)過程中起到了降低人工成本、提高鋼筋籠質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的作用。文中根據(jù)渭源至武都段舟曲連接線項目鋼筋籠采用滾焊機(jī)加工的實例，對場地布置、設(shè)備模具安裝、生產(chǎn)加工、設(shè)備改進(jìn)以及與傳統(tǒng)方法加工鋼筋籠做對比等方面做相應(yīng)總結(jié)，并提出了部分改進(jìn)方案，為數(shù)控鋼筋籠滾焊的實際應(yīng)用提供參考。

1 數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)技術(shù)

1.1 數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)集機(jī)械、電氣、液壓、計算機(jī)控制等技術(shù)于一體，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括；1.數(shù)控系統(tǒng)：作為設(shè)備的核心控制單元，負(fù)責(zé)接收和處理加工程序，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，實現(xiàn)鋼筋籠的自動化加工。高精度、高可靠性的數(shù)控系統(tǒng)是保證鋼筋籠加工質(zhì)量的關(guān)鍵。2.伺服驅(qū)動系統(tǒng)： 采用伺服電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)鋼筋送料、彎曲、焊接等動作的精準(zhǔn)控制，確保鋼筋籠的尺寸精度和形狀一致性。3.焊接系統(tǒng)： 采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊或電阻焊等焊接方式，實現(xiàn)主筋和箍筋的牢固連接。焊接參數(shù)的精確控制和焊接質(zhì)量的實時監(jiān)控是保證鋼筋籠強(qiáng)度的關(guān)鍵。4.自動上料系統(tǒng)： 實現(xiàn)鋼筋的自動上料、送料和定尺切斷，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。5.人機(jī)交互系統(tǒng)： 提供友好的人機(jī)交互界面，方便操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、程序編輯和設(shè)備監(jiān)控。數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)焊接現(xiàn)場如圖1所示。

1.2 數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)的核心工藝參數(shù)

數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)的核心工藝參數(shù)直接影響著鋼筋籠的加工質(zhì)量和效率，主要包括；①鋼筋規(guī)格： 包括主筋和箍筋的直徑、強(qiáng)度等級等，需根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行選擇。②鋼筋籠尺寸： 包括鋼筋籠的長度、直徑、主筋間距、箍筋間距等，需根據(jù)施工要求進(jìn)行設(shè)置。③焊接參數(shù)： 包括焊接電流、焊接電壓、焊接速度等，需根據(jù)鋼筋材質(zhì)、直徑和焊接方式進(jìn)行優(yōu)化。④彎曲角度： 指主筋端部的彎曲角度，需根據(jù)設(shè)計圖紙和施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)置。⑤螺距： 指箍筋的螺旋間距，需根據(jù)設(shè)計圖紙和施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)置。實際焊后成品如圖2所示。

1.3 數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)在施工中的應(yīng)用

數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、隧道等工程領(lǐng)域，主要用于加工樁基、墩柱、梁體等結(jié)構(gòu)所需的鋼筋籠。其應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面；（1）提高生產(chǎn)效率： 自動化程度高，可連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率是人工綁扎的5～10倍。（2）保證加工質(zhì)量： 加工精度高，鋼筋籠尺寸一致性好，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 降低勞動強(qiáng)度：（3）自動化操作，減少人工參與，降低勞動強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。（4）節(jié)約材料成本： 精確下料，減少鋼筋浪費(fèi)，降低材料成本。

2 工程實例

2.1 工程簡介

蘭州至海口國家高速公路渭源至武都段舟曲連接線項目位于甘肅省宕昌縣至舟曲縣境內(nèi)，起點（L1K0+130）位于兩河口，順接兩河口互通立交 A 匝道，終點（L1K13+968.004）與舟曲縣南濱河路順接，路線長度 13.838 Km，其中特大橋、大橋9座，中、小橋2座，樁基359根，圓形墩柱266個。

2.2 鋼筋場地布置

鋼筋場地劃分區(qū)域的時候充分考慮到設(shè)備的大小及配套設(shè)施的分布，以利于數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)施工為原則，將整個生產(chǎn)場地劃分為六個區(qū)域，主要有原材料存放區(qū)、鋼筋切割區(qū)、鋼筋絲頭加工、設(shè)備區(qū)、鋼筋籠成品存放區(qū)，為了原材料、半成品和成品的轉(zhuǎn)移搬運(yùn)及存儲方便，場區(qū)采用10 t龍門吊吊運(yùn)。圖3 鋼筋廠平面布置如圖3所示。

2.3 滾焊機(jī)工作流程

數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)是一種由PLC控制的加工生產(chǎn)鋼筋籠的設(shè)備。該項目采用GH600-2000-12M型數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)，設(shè)備集主筋定位、盤筋調(diào)直、箍筋纏繞及二氧化碳保護(hù)焊、整體成型于一體，電腦數(shù)控臺控制行走速度和旋轉(zhuǎn)速度。鋼筋籠的主筋由人工穿過固定旋轉(zhuǎn)盤的穿心孔至移動旋轉(zhuǎn)盤的穿心孔中并進(jìn)行固定。纏繞盤筋前先把箍筋端頭焊接到一根主筋上，然后通過固定旋轉(zhuǎn)盤及移動旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動把箍筋纏繞在主筋上（移動盤一邊旋轉(zhuǎn)一邊后移），旋轉(zhuǎn)移動的同時使用二氧化碳保護(hù)焊將箍筋與主筋焊接，從而制作出成品鋼筋籠。加工流程如圖4所示

2.4 設(shè)備安裝

設(shè)備安裝是一項專業(yè)、復(fù)雜的工作，需按照鋼筋場平面布置圖布置設(shè)備。設(shè)備必須由生產(chǎn)廠家專業(yè)安裝人員進(jìn)行安裝，非專業(yè)人員不得自行組裝設(shè)備。具體設(shè)備安裝順序如圖5所示。

2.5 模具的安裝

模具由固定圈和穿心管利用高強(qiáng)螺栓和U 型螺栓組合固定而成。如加工土橋子特大橋 39-0號樁基鋼筋籠，該樁基設(shè)計直徑 170 cm，鋼筋籠主筋根數(shù) 54 根（N5筋18 根，雙筋 N5a 和 N5b 各 18 根），主筋型號為螺紋鋼 D25，主筋間距13.4 cm，凈保護(hù)層 6.58 cm。相匹配固定圈直徑（外側(cè)）為 138 cm，計算得固定圈上相鄰穿心管的間距為 12.04 cm。39-0號樁基鋼筋籠Ⅱ-Ⅱ截面如圖6所示，39-0號樁基穿心管內(nèi)壁距離如圖7所示。

首先在固定圈上用線繩做出十字線，線繩相交點要與固定圈圓心重合；再以其中一條線依次做間距為12.04 cm 的記號；然后將穿心管沿做的記號做臨時固定；最后調(diào)整兩個相對穿心管的距離并使每個管到圓心的距離相等，調(diào)整好后再將各個穿心管固定。模具安裝如圖8所示。

每更換一次模具，都必須將旋轉(zhuǎn)盤和固定盤的圓心重新對中。可以在旋轉(zhuǎn)盤和固定盤的圓邊上選取四個點，測量圓邊到穿心管的距離，距離都相等則圓心重合，如圖9所示。

3 鋼筋籠的焊接過程

3.1 上料

將準(zhǔn)備的鋼筋料用龍門吊吊運(yùn)至設(shè)備上料機(jī)上，按照錯頭順序?qū)⒚扛摻钸\(yùn)送到設(shè)備加工區(qū)，人工將鋼筋穿進(jìn)穿心管。

3.2 加固移動盤螺絲

鋼筋全部穿入穿心管完后開始加固移動盤上的螺絲，為減少加固螺絲的時間，可以先使用電動扳手進(jìn)行初緊固，再人工使用扳手?jǐn)Q緊。不可用電動扳手僅做一次加固，因為電動扳手會打滑導(dǎo)致螺絲擰不緊，從而在滾焊的過程中致使鋼筋從穿心管中脫落。

3.3 固定加強(qiáng)筋

根據(jù)設(shè)計圖紙要求，鋼筋籠每2 m設(shè)置一道加強(qiáng)筋。將已經(jīng)焊接好的加強(qiáng)圈橫向順著主筋方向放入籠內(nèi)后，將其立直，輕微焊四個焊點做臨時固定，如圖10所示。

3.4 調(diào)整主筋間距

按圖紙設(shè)計的主筋間距，做間距定位卡，間距定位卡如圖11所示。使用定位卡調(diào)整主筋間距。為了保證相鄰加強(qiáng)圈段的主筋順直，每次調(diào)整間距的時候必須從同一根鋼筋開始順向調(diào)整。調(diào)整完主筋間距后再將主筋與加強(qiáng)筋焊接固定，如圖12所示。

3.5 纏繞箍筋

調(diào)整好主筋間距后即可以將機(jī)器設(shè)置為自動模式，邊繞箍筋邊焊接，節(jié)省了纏繞箍筋的時間，這也是該套設(shè)備最突出的特點，如圖13所示。

3.6 套接下一節(jié)鋼筋

1號鋼筋廠生產(chǎn)的樁基鋼筋籠籠長多為 30 m左右，采用 12 m和 9 m原材搭配使用，因此一套鋼筋籠需拆分成兩節(jié)或三節(jié)制作。當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼筋籠滾焊完成后，必須將下一節(jié)鋼筋套接好并焊接完第一個加強(qiáng)圈，才能將第一節(jié)鋼筋籠從滾焊機(jī)上拆卸下來。

3.7 拆卸鋼筋籠

拆除連接兩節(jié)籠子的套筒和旋轉(zhuǎn)盤上固定鋼筋的螺絲。在籠上選好吊點，系扣鋼絲繩，利用龍門吊將鋼筋籠輕微吊起，但不能完全脫離液壓支撐；繼續(xù)向后移動旋轉(zhuǎn)盤使其與鋼筋籠完全脫離；放下液壓支撐，將鋼筋籠從設(shè)備上吊出，運(yùn)至成品存放區(qū)。吊出鋼筋籠后將移動盤回位，繼續(xù)下一節(jié)鋼筋籠制作。制作直徑或主筋根數(shù)不同的鋼筋籠時，需要更換相對應(yīng)的模具。

4 滾焊機(jī)應(yīng)用中存在的問題及改進(jìn)措施

4.1 滾焊機(jī)施工應(yīng)用存在問題

根據(jù)工程實例，在實際數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)在制作鋼筋籠過程中，出現(xiàn)了影響施工進(jìn)度且存在安全隱患的問題。具體問題如下所示。

（1）問題一：鋼筋托架安裝在設(shè)備上料區(qū)，起到撐托主筋的作用。滾焊機(jī)纏繞箍筋時按逆時針旋轉(zhuǎn)，因鋼筋籠主筋較長，在轉(zhuǎn)動過程中會出現(xiàn)兩根鋼筋碰撞到一起的情況，如果緊挨的兩根鋼筋剛好卡到托架右側(cè)的折角，折角就會將鋼筋卡彎。操作焊機(jī)的兩名工人因佩戴護(hù)目鏡和機(jī)器發(fā)出的聲響很難及時發(fā)現(xiàn)后側(cè)鋼筋發(fā)生的變化，等到發(fā)現(xiàn)的時候鋼筋已經(jīng)被卡彎，嚴(yán)重的時候甚至?xí)⑸狭蠀^(qū)的機(jī)架拉起，容易發(fā)生安全事故。出現(xiàn)鋼筋被卡彎的情況，機(jī)器必須停止工作，待人工將卡彎的鋼筋調(diào)直后才能重新啟動機(jī)器，增加了鋼筋籠制作時間，影響正常生產(chǎn)。

（2）問題二：進(jìn)場時的鋼筋籠滾焊機(jī)，箍筋調(diào)直機(jī)頭安裝在固定盤側(cè)面。箍筋調(diào)直機(jī)頭緊貼固定盤，箍筋與固定盤的穿心管相距太近，無法將已焊接好的加強(qiáng)圈放入籠內(nèi)。只能將未焊接好的加強(qiáng)圈提前放入籠中需要安裝加強(qiáng)圈的位置，隨后工人鉆進(jìn)籠內(nèi)，再調(diào)整加強(qiáng)圈直徑并焊接固定。該道工序不僅操作難度大，而且耗時長，焊好后的加強(qiáng)圈直徑與設(shè)計誤差較大，鋼筋籠的質(zhì)量得不到保證。

4.2 針對性改進(jìn)措施

4.2.1 鋼筋托架改進(jìn)

經(jīng)過探索研究，針對問題一的改進(jìn)措施為：將托架右側(cè)的折角改成圓弧讓鋼筋平順的轉(zhuǎn)動，這樣就可以避免鋼筋被卡彎。改進(jìn)后鋼筋再沒有出現(xiàn)卡彎的情況，加大了鋼筋籠制作效率，同時也消除了一項安全隱患。具體改進(jìn)地方如圖14和圖15所示。

4.2.2 箍筋調(diào)直機(jī)頭改進(jìn)

經(jīng)過與廠家設(shè)計人員討論研究后，針對問題二的改進(jìn)措施為：將箍筋調(diào)直機(jī)頭與固定盤分開，留出能將加強(qiáng)圈放入籠內(nèi)的間距，解決了放入加強(qiáng)圈困難的問題。具體改進(jìn)如圖16和圖17所示。

但是，在改裝完機(jī)頭位置再進(jìn)行繞筋的時候，我們發(fā)現(xiàn)鋼筋籠會出現(xiàn)縮徑的現(xiàn)象。最大縮徑量甚至達(dá)到鋼筋籠直徑比設(shè)計小4.6 cm。這是由于相鄰加強(qiáng)圈之間的主筋沒有有效支撐引起的，需在兩個加強(qiáng)圈中間再添加一個臨時支撐。

將一個臨時支撐設(shè)置成兩個半圓，方便拆裝，如圖18所示。安裝時，先將一個半圓放入籠

內(nèi)，用鐵絲固定后，再將另一個半圓與其對接并固定。兩個半圓的接頭處采用比鋼筋直徑稍大的鋼管，對接時只要將半圓的接頭插入鋼管即可，如圖19所示

通過加裝半圓臨時支撐的方法，制作出的鋼筋籠縮徑量明顯減少。如土橋子特大橋39-0號樁基，設(shè)計鋼筋籠直徑（主筋外側(cè)）為 156.84 cm，實際測量鋼筋籠直徑（主筋外側(cè)）為 156.7 cm，且主筋順直，間距均勻，如圖20所示。

對存在的問題做了以上改進(jìn)后，在后續(xù)的施工中起到了良好的應(yīng)用效果。

5 鋼筋籠滾焊機(jī)施工應(yīng)用特點分析

5.1 人工成本低

根據(jù)案例實際情況分析用工人數(shù)，結(jié)果如表1所示，傳統(tǒng)方法加工鋼筋籠，鋼筋班組需配備 14 名工人，其中1名工班長，2 名工人下料，1 名工人加工鋼筋絲頭，1 名工人焊接加強(qiáng)圈，5 名工人焊接鋼筋籠，4 名工人搬運(yùn)鋼筋做配合工作。

利用滾焊機(jī)加工鋼筋，鋼筋班組需配備8 名工人，其中 1 名工班長，2 名工人下料，1 名工人加工鋼筋絲頭，1 名工人焊接加強(qiáng)圈，2 名工人操作滾焊機(jī)，1名工人臨時安排。

相比傳統(tǒng)使用人工在臺架上加工鋼筋籠，滾焊機(jī)用工人數(shù)減少43%，降低了人工成本。

5.2 成品鋼筋籠質(zhì)量高

傳統(tǒng)方法中利用臺架人工加工的鋼筋籠，需人工彎曲箍筋，不僅勞動強(qiáng)度大，增加臨時支撐架無明顯縮徑 檢查鋼筋籠直徑 成品鋼筋籠而且不易將箍筋纏繞緊密，在裝卸、運(yùn)輸過程中很容易發(fā)生箍筋與主筋間的焊點托焊現(xiàn)象。

而數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)加工的鋼筋籠，主筋順直、間距均勻，箍筋纏繞緊密，裝卸、運(yùn)輸過程中不易脫焊。

6 發(fā)展趨勢

根據(jù)案例實際焊接情況分析，未來，數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)將朝著以下方向發(fā)展：1.智能化： 集成人工智能技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備自診斷、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)功能，提高設(shè)備的智能化水平。2.高效化： 進(jìn)一步提高設(shè)備的加工速度和效率，滿足大規(guī)模工程建設(shè)的需求。3.多功能化： 開發(fā)集鋼筋籠加工、鋼筋網(wǎng)片焊接、鋼筋彎曲等多種功能于一體的多功能設(shè)備，提高設(shè)備的利用率。4.綠色化： 采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)，降低設(shè)備能耗和噪音，減少對環(huán)境的影響。

7 結(jié)論

（1）數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)是一套相對成熟的生產(chǎn)設(shè)備，相較于傳統(tǒng)的人工綁扎鋼筋籠方式，該方法機(jī)械化程度高，人工成本低，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，且箍筋纏繞僅需少量搭接，節(jié)省材料。

（2）根據(jù)工程實例在實際應(yīng)用數(shù)控鋼筋籠滾焊機(jī)的過程中還會出現(xiàn)一些或大或小的問題。這需要生產(chǎn)廠家和一線生產(chǎn)管理人員加強(qiáng)溝通，收集用戶反饋，針對項目實際情況不斷改進(jìn)設(shè)備。

（3）滾焊機(jī)加工工序較多，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是設(shè)備廠家需要研究的方向。如果設(shè)備能實現(xiàn)將鋼筋自動穿入穿心管并固定，那么生產(chǎn)效率將會進(jìn)一步提高。

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［20］ 陳保勝. 鋼筋籠滾焊機(jī)成型與焊接自動控制技術(shù)［D］. 長春理工大學(xué)， 2018.

收稿日期： 2024-12-10

徐龍簡介： 1990年出生，本科，高級工程師.主要從事建設(shè)工程質(zhì)量檢測方面的工作。