立式徑向擠壓自動(dòng)化制管技術(shù)與裝備工藝探討

  一、前言

  立式徑向擠壓制管工藝是生產(chǎn)制造混凝土和鋼筋混凝土排水管的工藝之一。以生產(chǎn)φ300～φ1200小口徑管為主。

  近些年來(lái)，由于我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，小口徑排水管市場(chǎng)的需求量也隨之加大，隨著我國(guó)對(duì)產(chǎn)業(yè)化調(diào)整的步伐加快，促進(jìn)勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型以及國(guó)家由高能耗、高污染能源向清潔、環(huán)保能源的轉(zhuǎn)變。諸如離心、懸滾等傳統(tǒng)制管工藝已凸顯其缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)國(guó)家形勢(shì)的變化。因此，社會(huì)亟需一種高產(chǎn)出、低能耗的制管工藝和設(shè)備來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝。

  立式徑向擠壓制管工藝以其生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小等諸多明顯的工藝優(yōu)勢(shì)在我國(guó)逐漸被制管企業(yè)認(rèn)可和應(yīng)用。

  二、公司簡(jiǎn)介

  北京躍通水泥制品有限公司位于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)，占地面積約20萬(wàn)㎡，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力7萬(wàn)立方米，資質(zhì)為混凝土預(yù)制構(gòu)件專業(yè)貳級(jí)，是一家從事水泥制品生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸一條龍服務(wù)的現(xiàn)代化中型企業(yè)。

  公司以地處北京的優(yōu)越地理位置為依托，先后參與了北京多項(xiàng)大型市政工程的建設(shè)，公司堅(jiān)持"您的要求就是我最大的追求"的服務(wù)宗旨，以質(zhì)為本，顧客至上，科學(xué)管理，持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量方針，在確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)及顧客要求的基礎(chǔ)上爭(zhēng)創(chuàng)精品，獲得多項(xiàng)榮譽(yù)證書，受到業(yè)界的一致好評(píng)。

  三、設(shè)備組成

  我公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年多的實(shí)地考察，認(rèn)真篩選，多方討論，最后與揚(yáng)州市華光雙瑞實(shí)業(yè)有限公司達(dá)成合作 。

  立式徑向擠壓制管工藝以徑向擠壓制管機(jī)為主要設(shè)備，自動(dòng)化攪拌設(shè)備及拉筋式自動(dòng)變徑滾焊機(jī)為輔助設(shè)備來(lái)完成制管工作。

  徑向擠壓制管機(jī)設(shè)備從工作類別上分為機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)四個(gè)大部分。

  機(jī)械系統(tǒng)主要通過(guò)各種機(jī)械元件的運(yùn)作來(lái)提高制管的工作效率；電氣系統(tǒng)主要為各種電氣設(shè)備提供動(dòng)力以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制；氣動(dòng)系統(tǒng)主要運(yùn)用空氣壓縮機(jī)提供空氣壓力實(shí)現(xiàn)各種氣缸的工作；液壓系統(tǒng)主要為所有的液壓裝置提供動(dòng)力。

  制管機(jī)機(jī)械設(shè)備是整個(gè)整個(gè)制管系統(tǒng)設(shè)備的最重要結(jié)構(gòu)，主要由機(jī)身、動(dòng)力減速箱、送料機(jī)構(gòu)、喂料研磨裝置、換模轉(zhuǎn)盤、承口成型機(jī)構(gòu)、模具及附件組成。

  制管機(jī)機(jī)械設(shè)備

  電氣系統(tǒng)控制柜

  液壓動(dòng)力裝置

  空壓機(jī)

  四、工藝原理

  該工藝采用立式生產(chǎn)方法，模具垂直豎立于地面上的底托盤上，承口振動(dòng)及工位旋轉(zhuǎn)裝置置于地坑內(nèi)，擠壓及升降等主要裝置均在地面上。

  徑向擠壓制管工藝采用半干硬性混凝土，布料機(jī)構(gòu)向管模內(nèi)喂料，通過(guò)擠壓成型頭（圖1）的高速旋轉(zhuǎn)擠壓管模間的混凝土，擠壓成型頭的直徑尺寸就是管道的內(nèi)徑尺寸，擠壓同時(shí)上部成型頭以一定速度上升，使之成型，下部休整頭以反方向擠壓、磨光，

  徑向擠壓制管工藝生產(chǎn)承插口管時(shí)由于承口部分的斜度單擠壓難以使混凝土密實(shí)，承口部分的成型須配以輔助振動(dòng)，一般還需噴灑少量的水，以調(diào)整承口部分混凝土的塑性。

  （圖1）

  五、工藝特點(diǎn)

  立式徑向擠壓制管作為新型的制管工藝最大的優(yōu)點(diǎn)在于采用干硬性混凝土，立式生產(chǎn)后可立即脫模。瞬時(shí)擠壓成型，每根管僅用2～3min，生產(chǎn)效率高。但同時(shí)它的抗?jié)B性較差的缺點(diǎn)也比較突出，需要在制管過(guò)程中嚴(yán)格控制各種參數(shù)加以修正。

  下面通過(guò)幾種制管工藝的比較來(lái)說(shuō)明各自的特點(diǎn)：

  總之，徑向擠壓制管非常適合現(xiàn)代大中型企業(yè)的生產(chǎn)。

  六、控制要素

  徑向擠壓作為一種全新、先進(jìn)的制管工藝，其機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化程度要比傳統(tǒng)工藝高出很多，因此，其對(duì)設(shè)備本身及客觀的因素要求極高。各種因素協(xié)同工作才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。下面主要從設(shè)備控制、材料控制、操作控制三方面講述在制管過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)。

  1、設(shè)備控制要素

  徑向擠壓設(shè)備是一套精密度較高的設(shè)備，對(duì)各部位的安裝位置、尺寸、坐標(biāo)要求非常高。

  以動(dòng)力頭與碾壓盤的相對(duì)位置為例（圖2）：兩者正常情況下之間的縫隙只有3mm左右，稍有錯(cuò)位就會(huì)造成插口尺寸的偏差。

  除此之外，在設(shè)備上需要控制的要點(diǎn)主要還有：

  （1）定位盤需固定牢固、位置準(zhǔn)確，防止因發(fā)生位移而影響模具的位置。

  （2）模具與定位盤的使用序號(hào)要統(tǒng)一，以免影響模具安放。、

  （3）振動(dòng)底托上升后以能托起模具地托盤5mm左右為宜，保證振動(dòng)效果。

  （4）底托盤及模具要清理干凈、打磨光滑，清潔度不夠會(huì)對(duì)振動(dòng)和脫模效果造成影響。

  圖2

  （5）合理調(diào)整氣缸保護(hù)層的長(zhǎng)度，避免造成鋼筋籠固定過(guò)緊或不固定現(xiàn)象。注意氣缸保養(yǎng)，保證其開(kāi)閉通暢。

  （6）合理調(diào)整限位開(kāi)關(guān)的位置，滿足生產(chǎn)需要。

  （7）及時(shí)檢查動(dòng)力頭的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，減少動(dòng)力頭磨損。

  （8）根據(jù)產(chǎn)品尺寸調(diào)整喂料盤限位開(kāi)關(guān)高度。限位開(kāi)關(guān)高會(huì)造成插口尺寸不準(zhǔn)和氣動(dòng)力不足；限位開(kāi)關(guān)低會(huì)使定位盤受力過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)發(fā)生變形。

  （9）調(diào)整模具底部螺栓的高度，防止由于模具高度不一致對(duì)承口振動(dòng)效果造成影響。

  在設(shè)備控制方面需要注意的事項(xiàng)還有很多，在此僅列舉部分容易忽視且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的因素。

  2、材料控制

  材料的控制主要是指材料的選擇和配合比的設(shè)計(jì)。

  立式徑向擠壓用混凝土與普通混凝土 相比有許多不同的特點(diǎn)。因此，需要根據(jù)制品及其工藝特點(diǎn)選擇其配合比。

  在通常的混凝土配比設(shè)計(jì)中，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度很容易，但要配制出滿足工藝特點(diǎn)、保證產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，同時(shí)還要兼顧成本等綜合性能卻是很難做到的。因此，需要結(jié)合徑向擠壓的工藝特點(diǎn)進(jìn)行特殊配合比的設(shè)計(jì)。

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  （1）材料選型

  ①水泥

  徑向擠壓為立式生產(chǎn)、產(chǎn)品管徑小、高度大，受自身重力作用而發(fā)生沉降明顯，且擠壓成型脫模后，由于鋼筋內(nèi)力回彈使管身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，容易產(chǎn)生裂縫。因此，在水泥的選擇上除了滿足GB175的技術(shù)要求外，還應(yīng)盡量選擇穩(wěn)定性好，質(zhì)量均勻，凝結(jié)時(shí)間快，粘聚性大的產(chǎn)品。

  ②砂

  盡量選用2.3～3.0的中砂，條件允許的情況下可以摻加一部分的細(xì)砂，以保證水泥砂漿可以盡量充分的填充石子之間的空隙。砂的質(zhì)量嚴(yán)格按照建筑用砂標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

  在保證強(qiáng)度的前提下可以適當(dāng)提高砂率，達(dá)到密實(shí)度更好的效果。最大砂率可控制在45左右%。

  ③石

  此種工藝主要是由喂料機(jī)不斷的喂料，通過(guò)擠壓頭不斷的向模具四周擠壓，修整頭研磨成型且管壁較薄。對(duì)滾輪磨損極大，極易造成變形和損壞。同時(shí)，由于滾輪的變形會(huì)造成布料不均，使管壁發(fā)生偏心。因此，粗骨料的粒徑宜小不宜大，一般選用5～10mm或5～16mm 的連續(xù)級(jí)配。

  在粗骨料的幾何尺寸選擇上也需特別注意。卵石對(duì)設(shè)備的磨損影響較小，且有利于砂漿的填充，但是與混凝土的粘結(jié)咬合力較差；碎石與混凝土的粘結(jié)咬合力強(qiáng)，但是對(duì)設(shè)備的磨損大。針對(duì)這種情況，應(yīng)采用卵石與碎石結(jié)合使用的方法較好。

  ④摻合料

  添加摻合料的主要目的是在保證產(chǎn)品強(qiáng)度及外觀質(zhì)量的情況下減少水泥用量，降低施工成本。摻合料質(zhì)量及摻合量只要滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)即可，在此不贅述。

  ⑤鋼筋

  鋼筋在原材選擇和制作上要滿足相關(guān)的圖集及標(biāo)準(zhǔn)。

  根據(jù)徑向擠壓管的成型特點(diǎn)，其對(duì)鋼筋籠質(zhì)量的要求極高，甚至可以說(shuō)此工藝成型的成敗的關(guān)鍵在鋼筋骨架。下面以采用單層鋼筋骨架制管為例簡(jiǎn)述鋼筋骨架質(zhì)量的重要性。

  首先、鋼筋骨架的焊接質(zhì)量必須保證。由于在采用徑向擠壓制管過(guò)程中存在巨大的扭力作用。一旦骨架某個(gè)點(diǎn)開(kāi)焊，極易發(fā)生連鎖效應(yīng)，造成骨架扭曲、扭壞或散架。

  其次、鋼筋骨架的垂直度必須保證。目前，鋼筋骨架的焊接大多采用滾焊機(jī)完成。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)比推筋和拉筋兩種焊接工藝，認(rèn)為采用拉筋的形式所制作的鋼筋骨架垂直度較好，縱筋不會(huì)發(fā)生扭曲現(xiàn)象。另外，還需經(jīng)常檢查滾焊機(jī)相關(guān)參數(shù)及易耗品的磨損情況并及時(shí)更換。

  第三、嚴(yán)格控制鋼筋骨架的尺寸。鋼筋骨架的高度，圓度必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算。鋼筋骨架與模具組合并鎖定氣缸后，以稍用力能在模具內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)為宜，用以盡量減少在制管過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)力。若鋼筋骨架較大，則容易在承口稍向上部位發(fā)生扭筋現(xiàn)象（如圖3）；若鋼筋骨架過(guò)小，則氣缸無(wú)法對(duì)其固定，制管過(guò)程中容易發(fā)生骨架下沉或在插口處出現(xiàn)扭筋現(xiàn)象（如圖4）。

  第四、嚴(yán)格控制鋼筋骨架的高度，以剛好接觸碾壓盤下方為宜。若較長(zhǎng)，則容易將骨架壓變形；若較短則保護(hù)層無(wú)法保證。

  圖3

  圖4

  （2）配合比設(shè)計(jì)

  因每個(gè)地區(qū)原材的特性及選擇均有所不同（主要指粗細(xì)骨料），配比設(shè)計(jì)也不同。但不管怎樣都必須先經(jīng)過(guò)適配并作出調(diào)整，合格后才能正式用于生產(chǎn)。

  根據(jù)我公司經(jīng)驗(yàn)，水灰比W/C=0.32～0.38；砂率45%左右；摻合料不超過(guò)30%；維勃稠度不超過(guò)50S。

  徑向擠壓用混凝土宜稍偏濕，切勿偏干，手攥成型不松散。

  有關(guān)因混凝土配比而造成產(chǎn)品不合格的幾種現(xiàn)象及解決辦法將在下一部分中提到。

  3、操作數(shù)據(jù)控制

  現(xiàn)在立式徑向擠壓制管設(shè)備雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，大大減少了因?yàn)槭謩?dòng)操作所造成的失誤。但是產(chǎn)品的質(zhì)量絕不僅僅是一方面的因素，它是一個(gè)綜合的，復(fù)雜的系統(tǒng)。其中的任何一道工序不符合要求都有可能影響管子的質(zhì)量。

  在保證混凝土、鋼筋骨架合格，機(jī)械設(shè)備正常的情況下，重點(diǎn)就需要掌握相關(guān)操作的控制。

  在采用徑向擠壓工藝生產(chǎn)出合格產(chǎn)品前，需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的各種物理參數(shù)的摸索，且由于混凝土攪拌質(zhì)量的不同、工況的不同、產(chǎn)品型號(hào)的不同都會(huì)造成對(duì)某項(xiàng)或某幾項(xiàng)參數(shù)的影響，需要隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行正確的修改。相關(guān)參數(shù)可以通過(guò)控制面板進(jìn)行設(shè)定（如圖5即為其中的一頁(yè)界面）。

  在面板的各項(xiàng)數(shù)據(jù)中并不是所有的項(xiàng)目都與操作有關(guān)，部分參數(shù)廠家已經(jīng)修訂完畢，無(wú)需進(jìn)行更改。

  圖5

  我公司在生產(chǎn)過(guò)程中總結(jié)出在操作過(guò)程中需要特別注意的項(xiàng)目有動(dòng)力頭扭矩；修整頭扭矩；動(dòng)力頭上升速度；承口喂料時(shí)間；底托延時(shí)振動(dòng)時(shí)間；動(dòng)力頭提升延時(shí)；底托振動(dòng)延時(shí)；動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速；修整頭轉(zhuǎn)速；供料頻率；底托振動(dòng)頻率；料閘口高度等。

  每天或每種管型生產(chǎn)時(shí)都要根據(jù)第一根管子的質(zhì)量來(lái)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)或其他的方面進(jìn)行修改，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

  各項(xiàng)數(shù)據(jù)牽扯到的影響在此不再贅述?？傊谠嚿a(chǎn)階段，要對(duì)試制產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，包括各部位尺寸偏差、保護(hù)層厚度、密實(shí)度、內(nèi)外壓、外觀質(zhì)量等等。針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修改相關(guān)參數(shù)。

  此項(xiàng)目對(duì)制管的成敗起到了至關(guān)重要的作用，望引起足夠重視。

  以下為我公司立式徑向擠壓產(chǎn)品成果。

  成品外壁

  成品內(nèi)壁

  成品擺放

  成品養(yǎng)護(hù)

  七、常見(jiàn)問(wèn)題分析

  采用徑向擠壓工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品要比傳統(tǒng)工藝各方面要求都要高出很多，因此，所產(chǎn)生的問(wèn)題也隨之增多。下面介紹幾種常見(jiàn)的狀況及一般解決辦法。

  在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)更多的問(wèn)題，在此不一一例舉，各種解決辦法需要企業(yè)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間細(xì)致的摸索。

  以上為我公司對(duì)立式徑向擠壓制管工藝所做的認(rèn)識(shí)和總結(jié)。從專業(yè)角度講，理解深度還有待加強(qiáng)，望各位專家、老師及同行業(yè)共同探討提出寶貴意見(jiàn)。

  總之，立式徑向擠壓作為一種新型的制管工藝，非常符合國(guó)家當(dāng)前對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的戰(zhàn)略規(guī)劃和企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展。