盾构管片钢筋笼成型全自动化生产线设备组成及先进性分析

刘春鹏

中铁十四局集团有限公司北京中铁房山桥梁有限公司北京房山102400

摘要：本文对盾构管片钢筋笼成型全自动化生产线优越性进行了阐述，并对施工设备组成、工艺要点进行分析，可为今后类似工程提供参考。

关键词：自动化精准化先进性

1前言

随着现代建筑施工的快速发展，工厂化、预制化生产建筑工程构件已经成为发展的必然趋势，特别是国家现在大力支持的地铁等城市轨道交通建设需要的盾构管片已经实现工厂化预制生产，盾构管片是一种隧道施工的坚固复合型生产材料，因为其内部钢筋骨架主要加工难点在于要完成大直径钢筋的定尺弯曲，还要实现多层网片组合体的立体式焊接，国内现有设备无法完成；且由于国外在管片钢筋配置设计上存在差异，致使国外此类设备在国内无法应用。故长期以来盾构管片钢筋的生产，在国内只能采用人工绑扎或焊接进行，工作效率低下，质量标准被迫放宽。由于其生产效率低，安全性差，劳动强度高，再加上人工成本的不断提高，传统的人工劳作加工钢筋已经不能满足现代建筑的需求。

全国首创盾构管片钢筋笼成型全自动化生产线的开发，将实现把人从艰苦繁杂难度高的钢筋加工中解放出来，提高了生产率，减少了资源的浪费，替代进口产品均有显著作用。这将带动我国商品化钢筋配送这一产业的发展，将满足我国隧道施工的高速发展，以及对施工质量的高度要求。为商品化钢筋自动化加工设备的设计制造提供了新的思路。在我国推广具有很高的经济和社会效益。

2国内外现状：

目前传统的盾构管片钢筋生产设备都是采用传统简易钢筋加工设备，多以人工劳动密集型为主，单机作业，无法形成流水线生产，由于人工成本逐年增加、劳动力短缺及传统加工工艺效率较低。严重制约轨道交通用钢筋产品的发展。

国内钢筋加工设备可以完成如钢筋网、钢筋笼、钢筋折弯、钢筋剪切等功能，但生产像管片钢筋笼这样复杂的自动化钢筋加工设备在国内外均为空白。国外某些国家管片钢筋在设计中考虑了自动化加工，能实现部分自动化，但其设计与国内设计相差较大，国内设计用筋相对复杂，无法引进使用。

近年来，随着国家对基础设施的大力建设，地铁、隧道、轻轨等项目纷纷上马开工，全国首条盾构管片钢筋笼成型全自动化生产线孕育而生。该生产线可将盾构管片钢筋骨架从单筋到组合体一次成型，形成PLC控制的自动加工流水线。该设备具有产量大、精度高、操作故障率低、节约材料、消耗低等特点，可极大减少人工操作，提高工作效率。

3盾构管片钢筋笼成型全自动化工艺流程

3.1盾构生产线组成及布局图：

本套生产线每个模块之间通过数字控制以及人工辅助衔接，保证整条生产线有序运转。生产线包含四个模块及附属设备：

①棒材、线材钢筋剪切模块；②单片弧形网片模块；③分拣物流系统；④立体网钢筋成型模块。

整条生产线由2套自动上料棒材定尺剪切生产线、4套弧形单片网生产线、1套物流系统及1套立体网成型机构组成。当弧形单片网生产线1完成弧形单片网成型后，由物流系统完成网片堆叠及外箍筋套装后进入立体网焊接机构自动焊接成型。管片网1焊接完成后，弧形单片网生产线2完成网片堆叠及外箍筋套装后进入立体网焊接机构自动焊接成型。这样保证立体网成型机构连续生产，大大提高了生产效率，8-10分钟可完成一件盾构管片钢筋笼的焊接，具体的生产工艺流程如下：

Step1.将成捆钢筋料吊放到钢筋自动上料机平台上，之后依次通过喂料辊道、钢筋剪切主机、钢筋输出辊道完成钢筋的剪切下料，收入到振动收料仓；

Step2.通过物流机构将单根钢筋料吊送到单根输送轨道上，通过输送轨道将其输送到平面网成型机上；

Step3.单片网成型机完成弯弧成型，先由两台焊接机器人完成主筋之间的焊接工作；再由伺服定位横筋位置、带横筋储料仓机构自动落横筋：采用电阻焊方式，把横筋和主筋牢固焊接。

单片网成型机作为本设备的核心部分，实行单片网一次成型设计理念，主要将网片内外弧及拉筋进行组合弯曲并焊接，该设备驱动分别由电机、液压以及气动完成，焊接采用高端的自动化机器人焊接。

设备共配套单片网成型机4台，并配置4台焊接机器人，该设备特点为采用液压系统以及焊接机器人，弯曲尺寸精确，焊接焊接效率高、质量可靠。

Step4.物流机构吊装平面网到平面网输送轨道，再分类吊装到平面网储存小车；

Step5.通过物流机构将平面网按照焊接钢筋笼的要求，依次吊装到平面网片叠送装置上；

Step6.人工摆放外箍筋，单片网片叠送装置将码放好的平面网一次输送到立体网自动焊接机上，完成焊接工作。

采用数控钢筋弯箍机将5-12mm的冷轧、热轧及高强度盘条钢筋经过调直弯曲成各种形状的箍筋及板筋等钢筋制品；该设备具有钢筋矫直、测量、双方向弯曲及剪切功能，将盘条钢筋一次性加工成型。

Step7.立体网成型，吊运至指定位置进行码放，人工完成外箍筋搭接焊。

平面网自动焊接机是将单片网和箍筋焊接成整体立体网的设备，也是整条设备最核心的部分，通过一系列气动控制将箍筋、单片网进行定位，然后通过焊接电极实现焊接工作，完成立体网的成型。

4盾构管片钢筋笼成型全自动化生产线领先之处

系统全程控制：中控程序驱动各结构单元、数据库存储记忆。采用工业计算机控制，各个部分都设有显示屏，可实现盾构管片钢筋骨架生产的自动化，为国内首套设备。各模块的生产可实现手动及自动控制，具有自动统计物料消耗功能，根据配筋的理论值对物料的理论消耗进行统计，并在此基础上对物料的实际消耗进行统计。同时，还具有自动存储记忆功能，对生产的笼型、数量及物料可自动存储，并在生产中可随时读取，并具有不同配筋生产超量报警功能。

自动化程度高：缩短生产周期。管片钢筋自动化生产线包换四大基本模块，分别是：线材棒材剪切模块、单片弧形网片成型模块、立体钢筋成型模块和物流运输模块，分别对每个模块进行详细的结构设计；设计模块之间的数字化程序，保证整条生产线有序运转。模块与模块之间能够实现效率匹配，保证整条生产线具有较高生产效率。

节省大量人工：完成同等任务量，使用盾构钢筋笼成型机可以节省人力使用75%，大大缩减了人员工资成本，同时工人的劳动强度过大问题得到明显改善，加工效率提升可达200%以上，相对传统人工模式，现代高科技机械化设备的应用对提升施工形象也有着积极的促进作用。

成品质量高：分模块质量控制体系管片钢筋自动生产设备加工质量控制，可自动完成钢筋定尺剪切、弯弧、弯钩等工作，并采用大型焊网机完成立体网片的焊接工作，通过配备弧形工作台、输送辊道、钢筋调运装置等实现连续无间断生产。严格控制生产线每个模块的质量，保证每个加工模块的加工质量。

综合经济效益高：节能低碳环保，具有极佳经济效益、社会效益。管片钢筋自动生产设备自研发指出便开展了深度的性价比研究，将生产线购买成本、运营成本、使用寿命、可靠性，与传统生产线进行对比，分析自动化生产线的性能与价格比。提供优化设计的依据。经实际投产测算在原料损耗、人工费用、废品废料方面能够有效避免浪费，实现提产增效。

5结束语

科技是企业发展的动力，科技强则企业强。随时代的发展与社会的需求，自动化精准化的科技发展逐步代替人工制作，现代化高效流水线施工工艺在保证产品质量的同时，对于安全管理、生产效率、文明施工等方面都有了质的飞跃。只有不断创新开拓新的先进设备，才能逐步提高生产效率和产品质量，才能满足企业的发展需求。

参考文献

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