旋管機設(shè)計制造及應(yīng)用分析

□ 許長廷

旋管機制作混凝土排水管，從技術(shù)上解決了東北地區(qū)混凝土抗凍要求。正常混凝土C20水灰比0.56左右，而用旋管機制作排水管混凝土水灰比0.35左右，減少用水量35%，經(jīng)過工作軸碾壓，孔隙率減少，密度增大，抗?jié)B效果增強，抗壓強度增加，抗凍能力大大提高，在遼西北地區(qū)抗凍工程可廣泛應(yīng)用。研究設(shè)計制造的混凝土旋管機，運行狀況良好，制作的Φ1500mm、Φ1000mm、Φ800mm混凝土排水管均達到質(zhì)量強度要求，廣泛應(yīng)用到水利水保工程中的泄洪洞、渠道防滲工程，以及市政工程的排污管道、交通工程的過水橋等工程項目之中，施工方便快捷，為工程建設(shè)節(jié)省了資金，加快了工程施工進度，保證了工程質(zhì)量。

一、設(shè)計依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)

（一）旋管機工作原理

根據(jù)旋管機帶動鋼模旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏心力作用，將混凝土甩在鋼模內(nèi)壁上，當(dāng)混凝土料填到超出漲圈時，工作軸對混凝土進行均勻碾壓，水泥漿壓出表面，達到混凝土排水管密實度，管內(nèi)壁光滑，形成了一個完整的管體。

（二）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

首先應(yīng)遵照國標(biāo)《GB/11836-2009》鋼筋混凝土排水管設(shè)計規(guī)范要求和各種鋼材及電器設(shè)備的各項技術(shù)指標(biāo)進行設(shè)計。按照國標(biāo)設(shè)計旋管機性能，生產(chǎn)鋼筋混凝土排水管徑Φ800mm、ф1000mm、Φ1500mm三種規(guī)格，壁厚分別為Н80mm、H100mm、Н125mm。管長2000mm。制作平對口、半對口、插入式三種結(jié)構(gòu)形式。

（三）管徑的確定

按照國標(biāo)《GB/11836-2009》鋼筋混凝土排水管規(guī)范要求規(guī)定參數(shù)如下表：

排水管參數(shù)表

（四）工作軸的轉(zhuǎn)速確定

工作軸的轉(zhuǎn)速見下表：

工作軸轉(zhuǎn)速表 轉(zhuǎn)速：n/min

（五）配套功率確定

配套功率表

（六）設(shè)計工況確定

根據(jù)上述分析結(jié)果，旋管機的設(shè)計工作能力，可加工制作Φ800mm～Φ1500mm鋼筋混凝土排水管，管長2000mm.設(shè)計工況確定為加工制作Φ1500mm的鋼筋混凝土排水管，進行設(shè)計旋管機主機和配套功率。確保旋管機運行安全工作。材料是按最大工作能力和最不利狀態(tài)確定材料規(guī)格尺寸及技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進行選用，安全系數(shù)達到1.5。

（七）材料選擇

選用Φ200mm和ф28mm圓鋼；壁厚5mm、Φ200mm和ф300mm無縫鋼管；厚度Н3、10、20、30、40mm鋼板；120×50×5mm槽鋼；50mm×5mm帶鋼。軸承型號238園粒兩盤、7236E一盤。軸承盒自行設(shè)計尺寸鑄造加工。

（八）電器設(shè)備確定

配電設(shè)備選用50kva變壓器一臺及其它變電設(shè)備，低壓開關(guān)柜一套，YCT——三相異步電磁調(diào)速電動機27kw一臺及其它配套設(shè)施等。

二、旋管機結(jié)構(gòu)設(shè)計制作

旋管機整體結(jié)構(gòu)分為：基礎(chǔ)、支架、主軸、工作軸、門子等5項內(nèi)容組成，分述如下:

（一）基礎(chǔ)

旋管機基礎(chǔ)是連接固定支架、門子的主要環(huán)節(jié)，其它構(gòu)件安到支架和門子上，形成一個整體結(jié)構(gòu)，使旋管機能夠運轉(zhuǎn)，達到制作混凝土排水管的目的。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是在所安裝的位置，從地面向下挖深1.5m，長、寬按設(shè)計尺寸各外加1.0m，基礎(chǔ)底層采用M7.5漿砌石砌筑0.5m厚，找平作為墊層。在墊層上按設(shè)計幾何尺寸放出各底腳螺絲的位置，底腳螺絲的位置上分別配置鋼筋骨架。橫向采用Φ6.5mm,0.5m×0.5m箍筋，間距0.2m.縱向上下各配置Φ16mm鋼筋三根。將底腳螺絲固定在鋼筋骨架上，C20混凝土澆筑固定。底腳鋼筋選ф30mm元鋼，螺紋處加工到Φ28mm，螺紋長100mm，總長800mm，下端彎鉤長100mm,墊一園墊，用ф28mm螺母固定。

（二）支架

支架是安裝主軸、電動機傳動設(shè)施的一個梯形架子，同時起支撐工作軸的作用，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)動于主軸帶動工作軸運轉(zhuǎn)。支架采用120mm×50mm×5mm槽鋼焊接制作，每個節(jié)點處都做補強處理。四個底腳采用厚30mm鋼板制作，每個底腳上鉆ф30mm孔兩個，焊接支架底腳上，連接處作補強處理，保證牢固安全可靠，滿足強度要求。電動機安裝在支架內(nèi)部，距地面高200mm。具體布置能保證電動機轉(zhuǎn)動輪與主軸轉(zhuǎn)動輪相互平行即可。

（三）主軸

電動機運轉(zhuǎn)傳送給主軸，帶動工作軸運轉(zhuǎn)。主軸選用ф200mm圓鋼，按設(shè)計尺寸加工而成。軸中間裝皮帶輪，軸兩端安裝軸承盒，內(nèi)裝軸承，固定在支架頂兩端。主軸內(nèi)側(cè)安裝法蘭盤，用反扣連接在主軸上，用鍵子固定。法蘭盤采用厚30mm鋼板加工，并在外邊鉆Φ18mm孔8個，與工作軸法蘭盤連接用。軸承盒鑄造按設(shè)計圖尺寸加工，用ф18mm×75mm螺絲固定。達到主軸在支架上正常運轉(zhuǎn)，傳遞給工作軸。運轉(zhuǎn)方式是由電動機帶動主軸和工作軸運轉(zhuǎn)。皮帶采用5槽B型三角皮帶傳動。主動輪Φ200mm，從動輪ф300mm，按設(shè)計圖尺寸加工制作，分別安裝上，掛上三角皮帶，帶動工作軸運轉(zhuǎn)。

（四）工作軸

工作軸是掛上鋼模帶動鋼模運轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏心力從而碾壓混凝土的軸，也稱為工作軸。工作軸采用Φ300mm厚壁無縫鋼管，按設(shè)計尺寸加工制作而成。工作軸兩側(cè)設(shè)法蘭盤，一側(cè)和主軸連接，另一側(cè)為模擋板法蘭盤，兩法蘭盤的凈間距應(yīng)大于模總長50mm。在管兩側(cè)用厚20mm鋼板卷成和鋼管內(nèi)經(jīng)相同圓管，長200mm楔入管內(nèi)進行補強鋼管強度。工作軸另一側(cè)設(shè)一小軸，安推力軸承與門子結(jié)合，這樣可使工作軸一側(cè)與主軸連接，另一側(cè)與門子架頂推力軸承外套扣接形成一個整體，主軸帶動工作軸運轉(zhuǎn)，鋼模在工作軸運轉(zhuǎn)，相互之間形成一個運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可以生產(chǎn)混凝土排水管。工作軸的制作加工要按設(shè)計要求尺寸，可分兩部進行：一是加工法蘭兩個、補強管兩個、小軸毛料一個、工作軸鋼管一個，組裝校正后，焊接成形。二是將焊接工作軸上車床子校正一刀加工成形，達到設(shè)計精度要求。

（五）門子

門子是支撐工作軸的一個支架，還能開關(guān)。開門可以進出鋼模，關(guān)上可準(zhǔn)確將推力軸承套在外套之內(nèi)，保證開關(guān)自如，平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，帶動鋼模旋轉(zhuǎn)制作混凝土排水管。門子可由門軸、門梁、門柱三個部分組成一體，稱為門子。門軸分內(nèi)柱、外套、內(nèi)環(huán)、底座組裝形成門軸。內(nèi)柱和外套分別選用Φ200mm和ф300mm厚壁無縫鋼管，門柱兩頭套內(nèi)環(huán)，將外套套在內(nèi)柱上。另外在門柱下側(cè)200mm處焊外環(huán)托住外套，底座用厚30mm方形鋼板，四角鉆Φ30mm孔4個，將內(nèi)柱焊接底座鋼板上，但底座與外環(huán)之間必須作四處補強，保證底座與門柱強度要求。門梁采用厚10mm鋼板制作，縱向弧形，橫向方形，梁中間焊上一個厚20mm鋼板卷成圓管，長250mm，管內(nèi)經(jīng)應(yīng)小于推力軸承外套外徑，留加工量。門梁上下用鋼板封口，內(nèi)部橫向用鋼板加肋，左右不封與門軸和門柱連接，全部焊接制作。門柱采用厚10mm鋼板制作，分別為底座、下門柱為母、上門柱為公的方形結(jié)構(gòu)。上下門柱用楔子連接形成整體門柱。底座用厚30mm鋼板制作方形，四角鉆Φ30mm孔四個，底座與下門柱焊接一起，四個面作補強，保證強度要求。

三、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)是由外模、漲圈兩部分組成。

（一）外模

外模按設(shè)計不同內(nèi)經(jīng)，采用厚3mm鐵板卷制，模外側(cè)縱向設(shè)延口，橫向補強，均采用50mm×50mm×5mm角鋼加工制作，模兩頭采用50mm×5mm代鋼包在外模口處外側(cè)補強，外模縱向設(shè)3mm的公母延口，兩個半模扣合用Φ14mm螺絲固定形成整體。

（二）漲圈

漲圈按設(shè)計不同內(nèi)徑分別采用厚12mm、30mm、50mm鋼板焊接半成品后，用車床加工成形。半成品加工均按設(shè)計斷面尺寸，在平臺上放樣進行，保證精度要求。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工制作首先要保證設(shè)計幾何尺寸、強度、光滑度、相互之間縫隙等都要滿足設(shè)計要求，才能生產(chǎn)出合格混凝土排水管。

（三）旋管機設(shè)計結(jié)構(gòu)內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計技術(shù)依據(jù)，旋管機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計可分以下幾項主要內(nèi)容：一是旋管機結(jié)構(gòu)形式；二是模具；三是附助設(shè)施等。詳見下圖。

旋管機結(jié)構(gòu)形式圖

四、設(shè)備安裝與調(diào)試

旋管機整體是由支架、工作軸、門子通過基礎(chǔ)組合在一起，所以，安裝調(diào)試是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。嚴格控制好這一關(guān)，準(zhǔn)確精度必須保證設(shè)計要求，才能收到預(yù)期良好效果，達到正常運行工作的目的。

（一）設(shè)備安裝

首先將制作好的支架、工作軸、門子分別放在安裝的位置，先安支架。用吊裝設(shè)備吊起支架，校正整平，固定在底腳螺絲上，上下左右部位支撐住后澆筑支架部位混凝土，用振搗棒四個腳必須一次性澆到位振實。一個星期后撤掉吊裝設(shè)備及支柱，將工作軸上安到主軸上校正支柱，然后吊起門子與工作軸的小軸吻合，校正后解開工作軸支柱，用手轉(zhuǎn)一下工作軸是否流暢，否則進行調(diào)整達到正常運轉(zhuǎn)后，將門子固定在底腳螺絲上澆筑混凝土。門子底腳下必須振實基礎(chǔ)并全部找平一次性抹面成形，養(yǎng)生28d后可以運行。

（二）電器設(shè)備安裝

電器設(shè)備是旋管機動力系統(tǒng)，帶動旋管機正常運轉(zhuǎn)，制作混凝土排水管。按設(shè)計位置裝上調(diào)速電動機，接通380V三相電源，選16mm2三相電纜線接通380V低壓配電盤、啟動補償器、調(diào)速電動機、調(diào)速器。配電設(shè)備應(yīng)安放在配電室內(nèi)，安全操作。電動機設(shè)計功率27KW，相應(yīng)配套變壓器50kva，電源與變壓器二次出口連接，形成一個低壓線路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，投入使用。

（三）調(diào)試

電器設(shè)備全部按技術(shù)要求安裝接通之后，逐項設(shè)備分別用萬能表測試線路、設(shè)備的接地電阻值滿足技術(shù)要求，設(shè)備相互之間線路都通。線路接線柱牢固、檢查無誤后，才能合閘測試線路及電器設(shè)備運行狀態(tài)是否正常，作到萬無一失，均達到合格，即可投入使用。旋管機安裝完，養(yǎng)生28天之后，清理所有支吊設(shè)備。首先用人轉(zhuǎn)動工作軸運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安上三角帶，合閘開機，運行正常，安裝合格。否則調(diào)整支架、門子、軸承盒子底腳螺絲，達到支架平、門子垂直，如底腳有縫隙可以加鐵墊調(diào)整固定腳螺絲。反復(fù)進行調(diào)整，使工作軸運轉(zhuǎn)平穩(wěn)為止。用框架水平儀檢測工作軸水平精度±3mm之內(nèi)，推力軸承與外套吻合，安裝合格。門子開關(guān)自如，否則可以綜合微調(diào)各個部位腳或連接螺絲，反復(fù)調(diào)整達到開關(guān)自如為止。調(diào)整到各個部位固定檢測手感轉(zhuǎn)動合格后，再掛上皮帶 ，合閘開機試機，機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，聲音均勻，調(diào)試合格。但是，在運行過程中應(yīng)經(jīng)常檢查運行情況，保證安全生產(chǎn)。

五、旋管機應(yīng)用

（一）輔助設(shè)備

輔助設(shè)備：5t電胡蘆門型吊車各1臺，0.3M3攪拌機1臺，0.5t蒸氣鍋爐1臺，及一些小型配件等設(shè)備。

（二）混凝土配合比及配筋

混凝土配比：水泥100kg,骨料384kg,中砂322kg,水35kg。

配筋：排水管Φ800mm用Φ4mm鋼筋,ф1000mm用Φ5mm鋼筋,Φ1500mm用Φ6.5mm鋼筋，間距均150mm×150mm網(wǎng)格。保護層20mm,單層配筋，只有Φ1500mm雙層配筋，間距70mm，雙層組合用支子焊接，其它用22＃鐵線綁扎。

（三）操作方法

模具組裝首先要將模內(nèi)清理干凈，刷上隔離劑，兩個半模塊合在一起，穿上螺絲，鋼筋網(wǎng)放入模內(nèi)，裝上漲圈校正后固定，組裝完畢。吊起模具，打開門子套入工作軸上，關(guān)閉門子，用銷子楔住。同時將按配合比拌合好混凝土堆放門子前，數(shù)量應(yīng)高出用量2%左右。準(zhǔn)備工作全部就序，操作人員個就各位，由一人統(tǒng)一指揮開機，運轉(zhuǎn)正常后開始上料，分前后中三個部位各負其責(zé)，但要緊密相互配合，將料均勻填入模內(nèi)并超出漲圈，用工作軸碾壓找平增加混凝土密實和光潔度。運轉(zhuǎn)2min停機。吊起模具打開門子，運送到預(yù)定擺放位置落到地面。初凝6h后，模兩側(cè)封上，用蒸氣養(yǎng)生12h拆模，混凝土排水管制作程序全部完成。

六、經(jīng)濟效益分析

（一）設(shè)備投入

旋管機設(shè)計、制作、安裝、調(diào)試費用8.5萬元；電器設(shè)備費用2.2萬元；模具費用4.8萬元；輔助設(shè)備費用4.2萬元；總計投入費用19.7萬元。

（二）年生產(chǎn)毛收入

年生產(chǎn)按6個月計，每月25天，計150天。每天生產(chǎn)Φ1500mm5節(jié)、ф1000mm5節(jié)、Φ800mm5節(jié)，計15節(jié)，六個月總計生產(chǎn)2250節(jié),年收入247.5萬元。其中ф1500mm750節(jié)，每節(jié)1500元；Φ1000mm750節(jié)，每節(jié)1000元；ф800mm750節(jié)，每節(jié)800元。

（三）年生產(chǎn)支出

設(shè)備折舊費按5年計，每節(jié)管折舊費25元，年折舊費5.5萬元；年加工制作成本費146.5萬元；年稅收24.75萬元；年管理費24.75萬元；年支出總費用201.5萬元。

（四）年生產(chǎn)利潤

年毛收入247.5萬元，年支出201.5萬元，年利潤46.0萬元。

七、結(jié)束語

總之，通過研究制作鋼筋混凝土旋管機，可以制作ф1500mm、Φ1000mm、ф800mm的大口徑鋼筋混凝土排水管，每天制作Φ1500mm、ф1000mm、Φ800mm鋼筋混凝土排水管各5節(jié)，計15節(jié)，能按設(shè)計完成，年生產(chǎn)2250節(jié)。毛收入247.5萬元，減去成本及各種費用201.5萬元，年創(chuàng)利潤46萬元。制作的鋼筋混凝土排水管，廣泛應(yīng)用到水利、水保、交通、市政等工程項目之中，質(zhì)量合格，效果良好，效益可佳。鋼筋混凝土旋管機在一定程度上解決了水利水保工程防滲、抗凍技術(shù)難題，保證了工程質(zhì)量，大大提高了施工進度，節(jié)省了工程建設(shè)資金，取得了較好的社會效益和較高的經(jīng)濟利潤，為加快水利建設(shè)改革創(chuàng)新做出了貢獻。