บทนำเกี่ยวกับเครื่องเชื่อมแบบม้วนสำหรับกรงเหล็ก

I. ภาพรวมของอุปกรณ์
เครื่องเชื่อมแบบม้วนสำหรับกรงเหล็ก (steel cage rolling welding machine) ซึ่งยังรู้จักกันในชื่อเครื่องขึ้นรูปกรงเหล็ก (steel cage forming machine) หรือเครื่องเชื่อมแบบม้วนสำหรับกรงเหล็กแบบ CNC (CNC steel cage rolling welding machine) เป็นอุปกรณ์อัตโนมัติหลักที่ใช้ในโครงการเข็มเจาะสำหรับสะพาน ทางรถไฟความเร็วสูง ทางด่วน โครงสร้างพื้นฐานด้านการชลประทาน และอาคารสูงในปัจจุบัน เพื่อผลิตกรงเหล็กทรงกระบอก
อุปกรณ์นี้ได้เปลี่ยนวิธีการผูกหรือเชื่อมแบบดั้งเดิมที่ทำด้วยมือซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำ ให้กลายเป็นกระบวนการผลิตกรงเหล็กที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ด้วยเทคโนโลยีการม้วนและการเชื่อมแบบหมุนกลไก ซึ่งสามารถวัดความยาวโดยอัตโนมัติ พร้อมทั้งม้วนและเชื่อมเส้นเหล็กหลัก (main bars) กับเส้นเหล็กปลอก (stirrups) ของกรงเหล็กอย่างสมมาตรเพื่อขึ้นรูปกรงเหล็กให้เสร็จสมบูรณ์ อุปกรณ์นี้จึงถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์แปรรูปเหล็กที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากที่สุดและถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในวงการก่อสร้างเข็มเจาะภายในประเทศในปัจจุบัน
II. โครงสร้างหลักของอุปกรณ์
เครื่องเชื่อมแบบม้วนสำหรับกรงเหล็กมาตรฐานประกอบด้วยระบบหลักต่อไปนี้:
ระบบขับเคลื่อนหลัก (กลไกขับเคลื่อนแบบหมุน):
ตั้งอยู่ที่ปลายหนึ่งของอุปกรณ์ ทำหน้าที่หมุนแผ่นแม่พิมพ์แบบหมุนผ่านมอเตอร์ลดความเร็วแบบแรงบิดสูง แผ่นแม่พิมพ์ติดตั้งรูยึดแท่งหลักหลายตำแหน่ง ซึ่งทำหน้าที่ขับเคลื่อนแท่งหลักให้เคลื่อนที่เป็นวงกลม และจัดหาพลังงานสำหรับการพันห่วงเสริม (stirrups)
ระบบรองรับแบบเคลื่อนที่ (กลไกติดตาม)
ตั้งอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่งของอุปกรณ์ (ปลายที่เคลื่อนที่ได้) ทำหน้าที่ประสานงานร่วมกับระบบขับเคลื่อนหลัก เพื่อรองรับและขับเคลื่อนเหล็กเสริมหลักให้เคลื่อนที่ช้าๆ ไปในแนวแกนอย่างสมมาตร ฐานของระบบนี้มักติดตั้งรางเลื่อนเชิงเส้นเพื่อให้มั่นใจในความลื่นไหลของการเคลื่อนที่
โครงสร้างกรอบม้วนเหล็กเสริมและกลไกปรับแนวตรง
ทำหน้าที่รับเหล็กเสริมที่ม้วนเป็นม้วน (ห่วงเสริม) เครื่องจักรจะปรับแนวตรงของเหล็กเสริมที่ม้วนไว้ผ่านโครงสร้างปรับแนวตรง จากนั้นจึงม้วนรอบแท่งหลักที่หมุนอยู่โดยอัตโนมัติในระยะห่างคงที่
ระบบเชื่อม (แขนหุ่นยนต์เชื่อมอัตโนมัติ)
นี่คือส่วนหลักของอุปกรณ์ โดยทั่วไปจะติดตั้งเครื่องเชื่อมแบบใช้แก๊ส CO2 เป็นโล่ป้องกัน หรือเครื่องเชื่อมไฟฟ้า หัวเชื่อมจะยึดติดอยู่กับแขนกลและทำการเชื่อมจุด (spot welding) อัตโนมัติที่จุดตัดกันระหว่างเหล็กเสริมรูปวงแหวน (stirrup) กับเหล็กเสริมหลัก (main bar) ระยะห่างระหว่างจุดเชื่อมสามารถปรับเปลี่ยนได้อัตโนมัติตามระยะห่างของเหล็กเสริมรูปวงแหวน เพื่อให้มั่นใจว่าการเชื่อมมีความแข็งแรงและแน่นหนา
ระบบควบคุม plc:
ใช้โปรแกรมควบคุมลอจิก (PLC) ร่วมกับหน้าจอสัมผัสสำหรับอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) ผู้ปฏิบัติงานเพียงแค่ป้อนพารามิเตอร์ต่าง ๆ ลงบนหน้าจอ เช่น จำนวนเหล็กเสริมหลัก ระยะห่างของเหล็กเสริมรูปวงแหวน เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของโครงลวดเหล็ก (cage) จากนั้นอุปกรณ์จะดำเนินการผลิตโดยอัตโนมัติ
หลักการทำงาน
กระบวนการปฏิบัติงานของเครื่องเชื่อมและม้วนโครงลวดเหล็ก (steel cage rolling welding machine) คือการเคลื่อนที่แบบผสมผสานระหว่าง "การหมุน + การเคลื่อนที่"
การป้อนวัสดุ: ใส่เหล็กเสริมหลักที่ตัดไว้ล่วงหน้า (เหล็กเสริมแนวยาว) ลงในรูที่สอดคล้องกันของแผ่นขับเคลื่อนหลักและแผ่นเคลื่อนที่ จากนั้นล็อกและยึดให้แน่นด้วยระบบลมหรือระบบไฮดรอลิก
การพัน: ทำการเชื่อมหรือยึดปลายของห่วงเสริม (เหล็กเสริมแบบเกลียว) เข้ากับเหล็กเสริมหลักเส้นแรก
การขึ้นรูป: เริ่มเปิดเครื่องจักร จานขับเคลื่อนหลักจะหมุนทำให้เหล็กเสริมหลักทั้งหมดหมุนไปพร้อมกัน ในขณะที่ระบบรองรับค่อยๆ เคลื่อนที่ถอยหลัง
การหมุนทำให้ห่วงเสริมพันรอบบริเวณผิวนอกของเหล็กเสริมหลักอย่างสม่ำเสมอ
การเคลื่อนที่ทำให้ตำแหน่งของรอยเชื่อมเลื่อนไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง
การเชื่อม: เมื่อมีการนำห่วงเสริมเข้ามา แขนกลเชื่อมอัตโนมัติจะทำการเชื่อม (หรือข้ามจุดที่ตั้งค่าไว้ว่าไม่ต้องเชื่อม) ที่จุดตัดกันระหว่างห่วงเสริมกับเหล็กเสริมหลักตามช่วงระยะที่กำหนดไว้ ภายใต้การควบคุมของ PLC
เมื่อปลายส่วนที่เคลื่อนที่ได้เคลื่อนไปถึงความยาวที่ตั้งไว้ เครื่องจักรจะหยุดทำงาน อุปกรณ์ยึดจะปลดออก และโครงสร้างเหล็กเสริมสำเร็จรูปจะถูกยกออกจากโต๊ะทำงาน เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับรอบการทำงานถัดไป
IV. ข้อได้เปรียบหลัก
เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตแบบใช้มือแบบดั้งเดิม เครื่องเชื่อมและม้วนกรงเหล็กมีข้อได้เปรียบที่สำคัญดังต่อไปนี้:
ประสิทธิภาพในการผลิตสูงมาก ด้วยระดับการควบคุมอัตโนมัติที่สูง ความเร็วในการประมวลผลสูงกว่าการทำงานด้วยมือ 3 ถึง 5 เท่า และสามารถทำงานต่อเนื่องได้ตลอด 24 ชั่วโมง สำหรับโครงการฐานรากแบบเข็มขนาดใหญ่ที่มีกำหนดเวลาเร่งด่วน เครื่องจักรนี้สามารถย่นระยะเวลาการก่อสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญ
2. คุณภาพผลิตภัณฑ์มีเสถียรภาพ
ระยะห่างที่แม่นยำ: ระยะห่างของแหวนรัด (stirrups) มีความสม่ำเสมอ โดยความคลาดเคลื่อนสามารถควบคุมให้อยู่ในช่วงไม่เกินหนึ่งมิลลิเมตร ซึ่งสอดคล้องตามมาตรฐานแห่งชาติอย่างเต็มที่
โครงสร้างแข็งแรง: จุดที่เชื่อมมีความสม่ำเสมอและมั่นคง ทำให้เหล็กเส้นหลักและแหวนรัดรวมตัวกันเป็นโครงกระดูกที่มั่นคง ไม่เกิดการบิดเบี้ยวขณะยกขึ้นหรือลดลง
รูปลักษณ์ที่สม่ำเสมอ: หลังจากที่กรงเหล็กถูกขึ้นรูปแล้ว จะมีความกลมและตรงสูง ซึ่งช่วยยกระดับคุณภาพของโครงการ
3. การประหยัดวัสดุและแรงงาน
การประหยัดเหล็กเสริมในรูปวงแหวน: เนื่องจากกระบวนการพันอย่างต่อเนื่อง จึงไม่มีรอยต่อแบบทับซ้อน (lap joints) เมื่อเปรียบเทียบกับ "วงแหวนเหล็กเสริม" ที่ผลิตด้วยวิธีเชื่อมจุดแบบทำด้วยมือ จะสามารถประหยัดการใช้เหล็กเสริมได้ประมาณ 1% ถึง 2%
ลดแรงงาน: การผลิตแบบดั้งเดิมด้วยแรงงานคนต้องใช้คนงาน 7–8 คนทำงานร่วมกัน (สำหรับการขนส่ง การผูก และการเชื่อม) ในขณะที่เครื่องเชื่อมแบบม้วน (roll welding machine) ต้องใช้เพียง 3–4 คน (สำหรับการควบคุมเครื่อง การเตรียมวัสดุ และการยกช่วยเหลือ) ซึ่งช่วยลดต้นทุนแรงงานได้อย่างมาก
4. ความปลอดภัยสูง
การดำเนินงานแบบกลไกช่วยลดความเสี่ยงที่คนงานจะได้รับแสงอาร์คจากการเชื่อม อุณหภูมิสูง และการยกของหนักในระยะใกล้ จึงส่งผลให้สภาพแวดล้อมในการทำงานดีขึ้น
V. ขอบเขตการใช้งานและข้อกำหนดทางเทคนิค
เครื่องเชื่อมโครงสร้างเหล็กเสริมแบบม้วน (reinforcement cage rolling welding machines) แบ่งออกเป็นรุ่นทั่วไปตามความแตกต่างของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและยาวของการประมวลผล ดังนี้:
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางในการประมวลผล: โดยทั่วไปสามารถประมวลผลโครงสร้างเหล็กเสริมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 400 มม. ถึง 3000 มม. (หรือใหญ่กว่านั้น)
ความยาวในการประมวลผล: ขึ้นอยู่กับสภาพพื้นที่และข้อกำหนดด้านการออกแบบ สามารถแบ่งออกเป็นหลายขนาด เช่น 12 เมตร 15 เมตร 18 เมตร 27 เมตร เป็นต้น บางรุ่นระดับพรีเมียมสามารถประมวลผลความยาวที่ไม่จำกัดได้ผ่านฟังก์ชันการขยาย
เหล็กเสริมที่ใช้ได้: เส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กหลักโดยทั่วไปคือ 12–40 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางของเหล็กปลอกโดยทั่วไปคือ 6–12 มม.
ใช้หลักใน:
งานวิศวกรรมสะพาน: เสาเข็มเจาะแบบเทคอนกรีตในที่ (bored cast-in-place piles), เสาเข็มสำหรับคอลัมน์ (column piles)
การขนส่งทางรถไฟ: เสาเข็มกันดินสำหรับระบบรถไฟฟ้าใต้ดิน (metro retaining piles), ฐานรองรับเสาสะพานสำหรับรถไฟความเร็วสูง (high-speed railway bridge piers)
อาคารอุตสาหกรรมและอาคารเพื่อการอยู่อาศัย: เสาเข็มสำหรับรองรับผนังค้ำยันหลุมลึก (deep foundation pit support piles), ฐานรากสำหรับหอคอยสูง (high tower foundations)
วิศวกรรมแหล่งน้ำ: ฐานรากเสาเข็มสำหรับกำแพงกันคลื่น (breakwater pile foundation), ฐานรากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ (hydropower station foundation)