隨著建筑業(yè)及建筑技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多工地均廣泛使用建筑預制構(gòu)件。在預制構(gòu)件的制作過程中，對其中使用的鋼筋有嚴格的要求，除材料及其直徑要求外，為使預制構(gòu)件整齊美觀受力均勻，還需對鋼筋實施調(diào)直及定長切斷。目前，由于機械定長裝置的使用，若調(diào)直鋼筋超過一定長度，其切斷誤差將超過標準，并且鋼筋直徑越小，其超差越嚴重，必須實施二次切斷，而致勞動生產(chǎn)率降低。特別是低壓供電系統(tǒng)廣泛使用的水泥電線桿，若由于定長誤差的存在，將使拉直成型時各根鋼筋受力不一，致使?jié)沧⒊尚偷乃鄺U內(nèi)部鋼筋受力不均勻，從而為爾后的工作埋下隱患。因此各廠家為解決定長切斷著實費了不少周折，但到目前，還沒有成功控制超差的報道。本文將對調(diào)直定長切斷過程做較詳盡的分析，并對定長切斷過程實施自動控制。
1 調(diào)直定長切割機工作原理
原機械式調(diào)直定長切割機總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，1為盤料架，需調(diào)直加工的鋼筋就繞在上面。2為調(diào)直筒，鋼筋由盤料架上出來后進入該筒，適當調(diào)整調(diào)直塊的調(diào)整螺釘，將調(diào)直塊緊固在不同的偏心位置上，以便對不同規(guī)格或不同性質(zhì)的鋼筋進行調(diào)直。調(diào)直的方案有高斯曲線型、正弦曲線型和余弦曲線型，分別適用于不同直徑，不同屈服強度的鋼筋。在調(diào)直多盤鋼筋后，調(diào)直塊會產(chǎn)生磨損，此時，應補調(diào)偏心以保證調(diào)直效果。3為調(diào)直機主傳動箱及牽引壓輥，傳動箱內(nèi)由機械減速機構(gòu)將電機轉(zhuǎn)速降低，并帶動主動壓輥(上壓輥)旋轉(zhuǎn)。上料時，轉(zhuǎn)動一偏心手柄，使上壓輥抬起，將鋼筋穿過上壓輥與下壓輥(被動壓輥)之間的V型槽，然后反向轉(zhuǎn)動偏心手柄，使上壓輥放下，上下兩壓輥呈夾持鋼筋狀態(tài)。料壓在兩壓輥之間，被調(diào)整鋼筋力量的大小取決于壓輥之間的夾持力。與上壓輥機械相連的連桿上有一彈簧與之相連，該彈簧對上壓輥實施加壓，壓輥的牽引力與壓力成正比，故對不同直徑與材質(zhì)的鋼筋應選擇不同的彈簧壓力，從而較好地握持并牽引鋼筋。同時，為防止在剪切時的連切現(xiàn)象，在鋼筋被頂停下時，鋼筋與壓輥間應能出現(xiàn)明顯的打滑。因此彈簧壓力的調(diào)整是調(diào)直機能否正常工作的關(guān)鍵。4為機座，5為剪切機構(gòu)。傳動箱中偏心軸的雙滑塊機構(gòu)帶動錘頭作垂直方向的直線往復運動，剪切機構(gòu)的方刀臺中裝有上下切刀，當裝在方刀臺中的切刀進入錘頭下面時，上切刀被錘擊而實現(xiàn)鋼筋切斷工作。鋼筋被打斷后，方刀臺靠拉桿彈簧復位。6為受料架，受料架是調(diào)直切斷機的定長機構(gòu)，架上有用于定長的定尺板，根據(jù)需要的長度調(diào)整好定尺板在拉筋上的位置，并調(diào)整好拉筋彈簧的壓力，使被調(diào)直鋼筋能頂動定尺板前進，而且又要在鋼筋被切斷后方刀臺能及時復位。當被調(diào)鋼筋頂動定尺板前進到位時，定尺板帶動拉筋移動，拖動方刀臺進入錘頭下面而實現(xiàn)剪切。剪切完成后，方刀臺靠拉桿彈簧復位。當鋼筋被切斷時，受料架張開卸料，鋼筋落下后，受料架隨即關(guān)閉，接受下一根鋼筋。受料架卸料時，張開時間的長短由時間繼電器控制。
圖1 調(diào)直機總體結(jié)構(gòu)圖
2 定長誤差存在的原因
圖1中，被調(diào)直的鋼筋調(diào)直完畢后，需對其長度進行測量以便給出定長切斷信號。從調(diào)直筒出來的鋼筋由上下壓輥牽引而前進，通過剪切機構(gòu)后進入受料架。在受料架中鋼筋頂住定尺板并帶動拉筋前進，到位后靠鋼筋的頂力使拉筋帶動行程開關(guān)動作，給剪切機構(gòu)送出剪切信號，并將帶有下切刀的方刀臺送到錘頭下面，錘頭錘擊上切刀從而使鋼筋剪斷。從其定長工作的過程不難分析其定長誤差存在的原因，分析如下：
(1) 鋼筋頂動定尺板因彎曲引起的誤差。受料架上定尺板及拉筋均有一定的質(zhì)量，且存在滑動摩擦力，而且還要拖動行程開關(guān)動作，鋼筋或多或少地存在一定的彎曲，不可避免地存在定長誤差。
(2) 由于鋼筋在行走且錘頭位置不確定而存在的誤差。調(diào)直鋼筋被壓輥拖動以一定速度行進(一般情況鋼筋前進速度為30m/min)，錘頭上下往復運動頻率為600次/分，則錘頭完成一個行程需要0.1s，即剪切機構(gòu)從接收到信號到錘頭落下剪切完成，時間在0～0.1s范圍內(nèi)變化。若讓鋼筋自由行走，鋼筋必須會存在0～50mm之間的行走誤差。而目前的定長方法是到位后迫使鋼筋停止前進來獲得所需的剪切精度，則夾輥與鋼筋間將存在相對運動而打滑，勢必在鋼筋表面形成劃痕。同樣，迫使鋼筋停止前進亦會產(chǎn)生上節(jié)所出現(xiàn)的情況，而且鋼筋越長，誤差越嚴重。
3 新的定長與控制措施
很顯然，前述定長方案無法消除切斷誤差，需從其它途徑進行探討。
對象給定參數(shù)：鋼筋d=3～8mm;定長300～6000mm,可加長至8000～18000mm;鋼筋前進線速度30m/min;調(diào)直筒轉(zhuǎn)速n=2400r/min;壓輥直徑D=90mm,轉(zhuǎn)速142r/min。
(1) 定長的檢測
為實現(xiàn)準確定長，在調(diào)直機下壓輥(被動壓輥)上裝上同軸測量盤，盤厚2mm直徑取197mm，在盤的邊緣均勻加工寬1mm，深4mm的槽300個，在邊緣距周邊3mm處裝上光電開關(guān)管(光軸距邊緣3mm)，則光電管光軸所在點對應的測量盤周長為π(D-6)=600mm，測量孔軸線的速度v=30×191/90=63.67m/min，每秒鐘光電管發(fā)出脈沖63.67×1000÷60÷2＝530.6個脈沖，脈沖間距1.885ms，兩脈沖間距離代表長度2×90÷191＝0．942mm，顯然這樣的測量精度是難以滿足要求的，為此，對光電開關(guān)管輸出脈 沖實施倍頻，即脈 沖頻率f=1061Hz，脈沖間距0.942ms，脈沖間距離代表長度0.471mm。計數(shù)器最大計數(shù)值216，即最大可定長30.88mm，滿足實際要求。
(2) 切斷控制
定長切斷裝置存在切斷誤差的關(guān)鍵在于，當控制系統(tǒng)發(fā)出切斷指令時，除系統(tǒng)自身有一響應時間外，鋼筋仍在以一定速度前進著；只有鋼筋頂住定尺板后，鋼筋才在上下壓輥間打滑，等待切斷。倘若在實際操作中，使控制系統(tǒng)在發(fā)出切斷操作指令時鋼筋已經(jīng)停止前行，或者在切斷操作開始前鋼筋已經(jīng)停止前行，則可以有效地減少由于錘頭位置的隨機性而引起的切斷誤差。根據(jù)這一構(gòu)想，我們對原定長切斷機構(gòu)作了改進，改上下壓輥一直驅(qū)動鋼筋前進為間斷驅(qū)動方式，其控制過程是這樣的：當一次切斷操作完成后，裝有上切刀的方刀臺退出，控制器控制電磁鐵線圈，使其失電，牽引電磁鐵放下上壓輥，使下壓輥壓住鋼筋拖動其前進，裝在下壓輥上的測量盤旋轉(zhuǎn)，它所發(fā)出的脈沖送到控制器進行計數(shù)。當計數(shù)脈沖所對應的長度等于設定長度時，控制器給電磁鐵發(fā)出信號，令其抬起上壓輥。上壓輥抬起后，鋼筋前進的驅(qū)動力消失，鋼筋停止前進，(注：調(diào)直機構(gòu)在對鋼筋調(diào)直操作過程中，不存在使鋼筋軸向移動的驅(qū)動力)，此時，控制器使裝在方刀臺上切刀進入錘頭下面，上切刀被錘頭錘擊而切斷鋼筋，然后重復另一個新的循環(huán)。由于從控制器發(fā)出抬上壓輥的命令，到上壓輥被抬起，鋼筋因無軸向驅(qū)動力而停止前進，一般需要150～180ms左右，視具體裝置構(gòu)成而定，故在控制器中，長度設定值應減去在這段時間內(nèi)鋼筋行走的長度，具體數(shù)值應由具體裝置經(jīng)實際調(diào)試而得。
4 系統(tǒng)的控制與運行
系統(tǒng)的定長與切斷控制裝置由MCS-51單片機構(gòu)成，如圖2所示。由測量盤送的脈沖，經(jīng)脈沖整形、倍頻，送到8031的T0入口，作為定長計量輸入。定長設定由三位BCD撥碼盤輸入，偏移量由操作者根據(jù)實際裝置進行調(diào)整，計算機給定計數(shù)值等于BCD碼盤設定值所對應的脈沖數(shù)值減去偏移量。則在鋼筋前進過程中，測量盤旋轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖，經(jīng)整形、倍頻送到8031進行計數(shù)。在計測過程中，計算機不斷地將計數(shù)值與給定值比較；當計數(shù)值等于給定值時，計算機送出信號使牽引電磁鐵得電，將上壓輥抬起，使鋼筋停止前行，計算機發(fā)出切斷信號使鋼筋切斷。計算機在發(fā)出切斷信號之后，經(jīng)一定時間的延時，發(fā)出新一輪計量開始信號，使牽引電磁鐵釋放，上壓輥被放下，夾持鋼筋并驅(qū)動其前行。
圖2 控制系統(tǒng)示意圖
控制系統(tǒng)中，為避免由于電源電壓的變化對牽引電磁鐵動作時間的影響，在電磁鐵線圈主回路中，設置了容量為牽引電磁鐵啟動功率5倍的交流穩(wěn)壓器，以保證每次動作的狀態(tài)與條件相同，同時，應保證電磁鐵動作部分充分潤滑。
為避免電源電壓波動，以及電磁操作對計算機系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)運行可靠性，采取了以下抗干擾措施。
(1) 硬件方面采用有靜電屏蔽的變壓器作為控制電源變壓器，并在電源輸入設有兩級LC濾波電路。為防止計算機系統(tǒng)前后級間的影響，在每一片集成塊的電源與地之間并聯(lián)一只0.47μF的電容，以吸收集成電路工作時產(chǎn)生的脈沖干擾。從測量盤到控制器之間用屏蔽電纜進行脈沖傳輸，系統(tǒng)的控制部分置于接地良好的金屬箱體內(nèi)，這可防止空間電磁脈沖對系統(tǒng)的影響。
(2) 軟件方面設置了軟件定時監(jiān)視器，以防止程序因干擾進入非程序區(qū)，造成系統(tǒng)運行不正常。只要程序運行時間超過設定時間，定時監(jiān)視器便申請中斷，迫使系統(tǒng)進入初始狀態(tài)。
該控制裝置在一調(diào)直切斷機投入使用，設定長度0.3～30m，對不同定長量時的偏移量已經(jīng)由實際調(diào)試后固化到程序存貯器中。經(jīng)實際試運行，該裝置在整個設定長度內(nèi)，切斷長度誤差2mm，滿足實際要求，目前已經(jīng)入投現(xiàn)場運行。
