立式径向挤压自动化制管技术与装备工艺探讨

  一、前言

  立式径向挤压制管工艺是生产制造混凝土和钢筋混凝土排水管的工艺之一。以生产φ300～φ1200小口径管为主。

  近些年来，由于我国基础设施的大力发展，城镇化建设的持续推进，小口径排水管市场的需求量也随之加大，随着我国对产业化调整的步伐加快，促进劳动密集型向技术密集型以及国家由高能耗、高污染能源向清洁、环保能源的转变。诸如离心、悬滚等传统制管工艺已凸显其缺点，已不能适应国家形势的变化。因此，社会亟需一种高产出、低能耗的制管工艺和设备来代替传统工艺。

  立式径向挤压制管工艺以其生产效率高、劳动强度低、自动化程度高、生产成本低、环境污染小等诸多明显的工艺优势在我国逐渐被制管企业认可和应用。

  二、公司简介

  北京跃通水泥制品有限公司位于北京市海淀区上庄镇，占地面积约20万㎡，年设计生产能力7万立方米，资质为混凝土预制构件专业贰级，是一家从事水泥制品生产、销售、运输一条龙服务的现代化中型企业。

  公司以地处北京的优越地理位置为依托，先后参与了北京多项大型市政工程的建设，公司坚持"您的要求就是我最大的追求"的服务宗旨，以质为本，顾客至上，科学管理，持续改进的质量方针，在确保产品质量满足标准及顾客要求的基础上争创精品，获得多项荣誉证书，受到业界的一致好评。

  三、设备组成

  我公司经过长达半年多的实地考察，认真筛选，多方讨论，最后与扬州市华光双瑞实业有限公司达成合作 。

  立式径向挤压制管工艺以径向挤压制管机为主要设备，自动化搅拌设备及拉筋式自动变径滚焊机为辅助设备来完成制管工作。

  径向挤压制管机设备从工作类别上分为机械系统、电气系统、气动系统和液压系统四个大部分。

  机械系统主要通过各种机械元件的运作来提高制管的工作效率；电气系统主要为各种电气设备提供动力以及实现系统的智能化控制；气动系统主要运用空气压缩机提供空气压力实现各种气缸的工作；液压系统主要为所有的液压装置提供动力。

  制管机机械设备是整个整个制管系统设备的最重要结构，主要由机身、动力减速箱、送料机构、喂料研磨装置、换模转盘、承口成型机构、模具及附件组成。

  制管机机械设备

  电气系统控制柜

  液压动力装置

  空压机

  四、工艺原理

  该工艺采用立式生产方法，模具垂直竖立于地面上的底托盘上，承口振动及工位旋转装置置于地坑内，挤压及升降等主要装置均在地面上。

  径向挤压制管工艺采用半干硬性混凝土，布料机构向管模内喂料，通过挤压成型头（图1）的高速旋转挤压管模间的混凝土，挤压成型头的直径尺寸就是管道的内径尺寸，挤压同时上部成型头以一定速度上升，使之成型，下部休整头以反方向挤压、磨光，

  径向挤压制管工艺生产承插口管时由于承口部分的斜度单挤压难以使混凝土密实，承口部分的成型须配以辅助振动，一般还需喷洒少量的水，以调整承口部分混凝土的塑性。

  （图1）

  五、工艺特点

  立式径向挤压制管作为新型的制管工艺最大的优点在于采用干硬性混凝土，立式生产后可立即脱模。瞬时挤压成型，每根管仅用2～3min，生产效率高。但同时它的抗渗性较差的缺点也比较突出，需要在制管过程中严格控制各种参数加以修正。

  下面通过几种制管工艺的比较来说明各自的特点：

  总之，径向挤压制管非常适合现代大中型企业的生产。

  六、控制要素

  径向挤压作为一种全新、先进的制管工艺，其机械化、自动化、智能化程度要比传统工艺高出很多，因此，其对设备本身及客观的因素要求极高。各种因素协同工作才能保证产品的质量。下面主要从设备控制、材料控制、操作控制三方面讲述在制管过程中需要注意的事项。

  1、设备控制要素

  径向挤压设备是一套精密度较高的设备，对各部位的安装位置、尺寸、坐标要求非常高。

  以动力头与碾压盘的相对位置为例（图2）：两者正常情况下之间的缝隙只有3mm左右，稍有错位就会造成插口尺寸的偏差。

  除此之外，在设备上需要控制的要点主要还有：

  （1）定位盘需固定牢固、位置准确，防止因发生位移而影响模具的位置。

  （2）模具与定位盘的使用序号要统一，以免影响模具安放。、

  （3）振动底托上升后以能托起模具地托盘5mm左右为宜，保证振动效果。

  （4）底托盘及模具要清理干净、打磨光滑，清洁度不够会对振动和脱模效果造成影响。

  图2

  （5）合理调整气缸保护层的长度，避免造成钢筋笼固定过紧或不固定现象。注意气缸保养，保证其开闭通畅。

  （6）合理调整限位开关的位置，满足生产需要。

  （7）及时检查动力头的转动情况，减少动力头磨损。

  （8）根据产品尺寸调整喂料盘限位开关高度。限位开关高会造成插口尺寸不准和气动力不足；限位开关低会使定位盘受力过大，长时间会发生变形。

  （9）调整模具底部螺栓的高度，防止由于模具高度不一致对承口振动效果造成影响。

  在设备控制方面需要注意的事项还有很多，在此仅列举部分容易忽视且对产品质量影响较大的因素。

  2、材料控制

  材料的控制主要是指材料的选择和配合比的设计。

  立式径向挤压用混凝土与普通混凝土 相比有许多不同的特点。因此，需要根据制品及其工艺特点选择其配合比。

  在通常的混凝土配比设计中，达到设计强度很容易，但要配制出满足工艺特点、保证产品标准质量，同时还要兼顾成本等综合性能却是很难做到的。因此，需要结合径向挤压的工艺特点进行特殊配合比的设计。

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  （1）材料选型

  ①水泥

  径向挤压为立式生产、产品管径小、高度大，受自身重力作用而发生沉降明显，且挤压成型脱模后，由于钢筋内力回弹使管身发生转动，容易产生裂缝。因此，在水泥的选择上除了满足GB175的技术要求外，还应尽量选择稳定性好，质量均匀，凝结时间快，粘聚性大的产品。

  ②砂

  尽量选用2.3～3.0的中砂，条件允许的情况下可以掺加一部分的细砂，以保证水泥砂浆可以尽量充分的填充石子之间的空隙。砂的质量严格按照建筑用砂标准执行。

  在保证强度的前提下可以适当提高砂率，达到密实度更好的效果。最大砂率可控制在45左右%。

  ③石

  此种工艺主要是由喂料机不断的喂料，通过挤压头不断的向模具四周挤压，修整头研磨成型且管壁较薄。对滚轮磨损极大，极易造成变形和损坏。同时，由于滚轮的变形会造成布料不均，使管壁发生偏心。因此，粗骨料的粒径宜小不宜大，一般选用5～10mm或5～16mm 的连续级配。

  在粗骨料的几何尺寸选择上也需特别注意。卵石对设备的磨损影响较小，且有利于砂浆的填充，但是与混凝土的粘结咬合力较差；碎石与混凝土的粘结咬合力强，但是对设备的磨损大。针对这种情况，应采用卵石与碎石结合使用的方法较好。

  ④掺合料

  添加掺合料的主要目的是在保证产品强度及外观质量的情况下减少水泥用量，降低施工成本。掺合料质量及掺合量只要满足国家相关标准即可，在此不赘述。

  ⑤钢筋

  钢筋在原材选择和制作上要满足相关的图集及标准。

  根据径向挤压管的成型特点，其对钢筋笼质量的要求极高，甚至可以说此工艺成型的成败的关键在钢筋骨架。下面以采用单层钢筋骨架制管为例简述钢筋骨架质量的重要性。

  首先、钢筋骨架的焊接质量必须保证。由于在采用径向挤压制管过程中存在巨大的扭力作用。一旦骨架某个点开焊，极易发生连锁效应，造成骨架扭曲、扭坏或散架。

  其次、钢筋骨架的垂直度必须保证。目前，钢筋骨架的焊接大多采用滚焊机完成。通过长时间对比推筋和拉筋两种焊接工艺，认为采用拉筋的形式所制作的钢筋骨架垂直度较好，纵筋不会发生扭曲现象。另外，还需经常检查滚焊机相关参数及易耗品的磨损情况并及时更换。

  第三、严格控制钢筋骨架的尺寸。钢筋骨架的高度，圆度必须经过严格计算。钢筋骨架与模具组合并锁定气缸后，以稍用力能在模具内发生转动为宜，用以尽量减少在制管过程中产生的内力。若钢筋骨架较大，则容易在承口稍向上部位发生扭筋现象（如图3）；若钢筋骨架过小，则气缸无法对其固定，制管过程中容易发生骨架下沉或在插口处出现扭筋现象（如图4）。

  第四、严格控制钢筋骨架的高度，以刚好接触碾压盘下方为宜。若较长，则容易将骨架压变形；若较短则保护层无法保证。

  图3

  图4

  （2）配合比设计

  因每个地区原材的特性及选择均有所不同（主要指粗细骨料），配比设计也不同。但不管怎样都必须先经过适配并作出调整，合格后才能正式用于生产。

  根据我公司经验，水灰比W/C=0.32～0.38；砂率45%左右；掺合料不超过30%；维勃稠度不超过50S。

  径向挤压用混凝土宜稍偏湿，切勿偏干，手攥成型不松散。

  有关因混凝土配比而造成产品不合格的几种现象及解决办法将在下一部分中提到。

  3、操作数据控制

  现在立式径向挤压制管设备虽然实现了自动化控制，大大减少了因为手动操作所造成的失误。但是产品的质量绝不仅仅是一方面的因素，它是一个综合的，复杂的系统。其中的任何一道工序不符合要求都有可能影响管子的质量。

  在保证混凝土、钢筋骨架合格，机械设备正常的情况下，重点就需要掌握相关操作的控制。

  在采用径向挤压工艺生产出合格产品前，需要进行长时间的各种物理参数的摸索，且由于混凝土搅拌质量的不同、工况的不同、产品型号的不同都会造成对某项或某几项参数的影响，需要随时对其进行正确的修改。相关参数可以通过控制面板进行设定（如图5即为其中的一页界面）。

  在面板的各项数据中并不是所有的项目都与操作有关，部分参数厂家已经修订完毕，无需进行更改。

  图5

  我公司在生产过程中总结出在操作过程中需要特别注意的项目有动力头扭矩；修整头扭矩；动力头上升速度；承口喂料时间；底托延时振动时间；动力头提升延时；底托振动延时；动力头转速；修整头转速；供料频率；底托振动频率；料闸口高度等。

  每天或每种管型生产时都要根据第一根管子的质量来对相关数据或其他的方面进行修改，保证产品质量。

  各项数据牵扯到的影响在此不再赘述。总之，在试生产阶段，要对试制产品进行各项实验测定，包括各部位尺寸偏差、保护层厚度、密实度、内外压、外观质量等等。针对实验结果修改相关参数。

  此项目对制管的成败起到了至关重要的作用，望引起足够重视。

  以下为我公司立式径向挤压产品成果。

  成品外壁

  成品内壁

  成品摆放

  成品养护

  七、常见问题分析

  采用径向挤压工艺生产的产品要比传统工艺各方面要求都要高出很多，因此，所产生的问题也随之增多。下面介绍几种常见的状况及一般解决办法。

  在实际生产过程中还会出现更多的问题，在此不一一例举，各种解决办法需要企业进行长时间细致的摸索。

  以上为我公司对立式径向挤压制管工艺所做的认识和总结。从专业角度讲，理解深度还有待加强，望各位专家、老师及同行业共同探讨提出宝贵意见。

  总之，立式径向挤压作为一种新型的制管工艺，非常符合国家当前对基础设施的战略规划和企业的长期发展。