使用插入振搗器成型鋼筋混凝土排水管的簡易生產(chǎn)工藝早已在各地的排水管生產(chǎn)廠長期得到應(yīng)用。但該種成型方式具有生產(chǎn)工效低、施工條件差和人為操作因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響大的先天性缺陷。

九十年代以后，德國祖布林公司、丹麥佩德哈博公司先后制造出采用成組高頻插入振動器的組合插入振動制管成型裝置，作為成型大口徑鋼筋混凝土排水管的獨特工藝設(shè)備。這種國際上統(tǒng)稱組合插入振動制管工藝為濕法生產(chǎn)工藝。

從2006年開始，在借鑒國外同類機具的工作原理的基礎(chǔ)上，進行了開發(fā)大口徑鋼筋混凝土排水管立式組合插入振動成型工藝和設(shè)備的研制工作，開發(fā)了成型1500～3000mm（最大口徑可至5000mm）的平口、企口、雙插口、承插口等各種接口形式的圓形或異形混凝土斷面鋼筋混凝土排水管的新型工藝設(shè)備。

1 成型原理及工藝參數(shù)的確定

1.1 成型原理

沿管壁周長等間距分布，布置若干個高頻插入式振動棒，隨著裝入的混凝土料層的升高，振動棒邊振動邊同步提升。在振棒有效激振力作用范圍內(nèi)，管壁預(yù)拌混凝土在外加振動力的作用條件下，其中砂石骨料等質(zhì)點同步產(chǎn)生振動，并在振動時克服固體粒子界面的磨阻力而產(chǎn)生移動，進行有序的排列，互相包裹，互相填充。同時，在呈沸騰狀的預(yù)拌混凝土中的氣泡，沿振棒外壁向混凝土表面連續(xù)排除，在短時間內(nèi)，混凝土得到最大限度的密實。

1.2 工藝參數(shù)的確定

組合插入工藝的關(guān)鍵，在于實現(xiàn)水泥管的連續(xù)成型，即將預(yù)拌混凝土連續(xù)下料、機械動作綜合在一起，使管子在連續(xù)振動中一次成型，而管模則在工序過程中完全呈靜止?fàn)顟B(tài)。

實際設(shè)計制造的組合插入式振動成型車構(gòu)造為：在可水平行走的平車上，固定著帶有卷揚起重機構(gòu)的立柱，立柱上有以無級變速升降的環(huán)形懸臂，懸臂周圍裝置著可作變徑調(diào)整的多個插入式振動器。車上安裝有供操作用的電氣控制柜。

（1）插入振器的選擇

國外同類成型裝置采用的是振動棒頭為串激式電機一體式的高頻振動器，其工作電源為單獨供電的交流200Hz、90V，供電軟軸電纜纏繞在沿待成型管子圓周均布的同步旋轉(zhuǎn)卷輪上。該種振器性能優(yōu)越，工藝布置簡單靈活。但由于種振動器國內(nèi)僅停留在試驗階段，暫時無商品供應(yīng)，進口價格又十分昂貴。根據(jù)生產(chǎn)管徑的不同，我們選用的是國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)電動軟軸行星式高頻插入式振動器，其工作電源為普通交流電，棒頭直徑為30mm和50mm，單個振動電機為1.1或1.5kW，轉(zhuǎn)速為2800轉(zhuǎn)/分，振動頻率為11000～13000Hz。該插入振動器的工作原理是：電機驅(qū)動軟軸，帶動振棒內(nèi)滾錐旋轉(zhuǎn)，并在振棒內(nèi)筒壁的滾道上作行星式滾動，使棒體產(chǎn)生徑向高頻激振力。

生產(chǎn)實踐證明，這種國產(chǎn)插入振器完全滿足了生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量要求。因為被激振的混凝土質(zhì)量與振動棒頭的埋入面積呈正比關(guān)系，所以，在管壁厚度即管壁內(nèi)雙層鋼筋骨架凈間距允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇大直徑振動器，以獲得最大的振搗效果和最高的生產(chǎn)率。

（2）插入振動器的布置

每個插入振動器均呈垂直懸掛狀態(tài)，即驅(qū)動電機在上，振動棒在下。這樣，傳動軟軸無須彎曲，避免了扭曲所造成的轉(zhuǎn)動阻力，插入振動棒的激振力可以得到最大限度的發(fā)揮，而且插入振動器的各部分結(jié)構(gòu)也不容易損壞。

多個插入振動器的水平布置，系根據(jù)單插入振動器的激振力有效作用半徑，使其相互交錯銜接，以形成沿管壁圓周均勻、有效的激振力作用范圍。該插入振動器單只振動棒的高效激振半徑為30～40cm，考慮到鋼筋混凝土排水管為薄壁構(gòu)件，混凝土中的鋼筋和內(nèi)外模具的鋼板均有反射激振力和諧振的作用。而且，試驗證明，在兩只插入振動棒相銜接的部位，混凝土得到的激振強度不但沒有減小，由于疊加作用反而有增強的趨勢。根據(jù)以上理由，將多個插入振動器水平布置的間距(弧長)確定為等距的40～60cm。

事實上，由于組合插入式振動成型車的環(huán)形懸臂需要適應(yīng)相近幾個規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)，其配置的插入振動器數(shù)量不可能經(jīng)常增減。我們只須按照中間產(chǎn)品規(guī)格，并符合上述控制間距的原則，進行插入振動器的配置，是能夠滿足生產(chǎn)需要的。

（3）插入振動器的提升速度

插入振動器的提升速度在受兩個條件制約的前提下，提升速度越快則管子成型越快，生產(chǎn)效率也越高。

①插入振動器的提升速度與同一工作點的持續(xù)振動時間有關(guān)。振動時間過短，混凝土不容易得到充分密實，氣泡不能完全排除；振動時間過長，則有可能使已經(jīng)密實的混凝土產(chǎn)生離析，粗集料顆粒下沉，水分上浮，即形成過振泌水現(xiàn)象，在混凝土坍落度為3～4cm時，規(guī)范要求使用高頻插入振動器的最短持續(xù)振動時間不得短于10秒。

②插入振器的提升速度與混凝土布料速度有關(guān)。插入振動器在工作時，應(yīng)始終保持振動棒下部的四分之三埋在預(yù)拌混凝土中間，埋入深度過淺，振動棒的激振力不能得到充分發(fā)揮，且容易使其長時間空載運行而毀壞；埋入深度超過振動棒與傳動軟軸連接處，則振動棒容易卡在混凝土中，或造成連接處折斷損壞。所以，振動棒的提升速度應(yīng)與混凝土布料同步，并且保證混凝土恰好振動密實為宜。

為了達到上述要求，插入振動器的提升速度設(shè)計成在一定范圍內(nèi)作無級調(diào)整。

2 立式組合模型與輔助設(shè)備

（1）拼裝式外模：為剖分式兩半圓結(jié)構(gòu)，隼接式合口縫密封，無需鑲嵌膠條或貼膠紙帶，即可保證不漏漿。半模間采用松合方便的卡座式頂緊螺栓或拉緊式螺栓緊固。

（2）縮徑式內(nèi)模：為可縮徑式整體模，其收縮變徑方式有手動收縮、手動撐圓及起吊自動收縮、手動液壓復(fù)位兩種形式可供選擇。均含收縮機構(gòu)及固定或活動中央立柱；收縮條及兩側(cè)板對應(yīng)刨削呈斜面吻合。

（3）端口圈：平口管只需在管底采用組焊結(jié)構(gòu)加工件，企口管或承插口管底口采用鑄鋼或鑄鐵承口圈，它帶有內(nèi)外耐油密封膠條，同內(nèi)模和外模之間緊壓，不會漏漿。企口管或承插口管上口采用帶有同外模有定位壓緊楔銷的鑄鋼插口圈。根據(jù)產(chǎn)量需要，每套模具可配備2～3個底圈。

（4）振動車回轉(zhuǎn)平臺：圓臺形，機械部分置于坑內(nèi)，其臺面上的軌道與地面上的軌道相接，通過回轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動，使停放在平臺上的振動成型車作180度回轉(zhuǎn)。懸臂換向，變單側(cè)成型為兩側(cè)成型，以提高產(chǎn)量。

（5）機械布料頂蓋：其構(gòu)造為圓錐臺形，有振動下料和布料槳回轉(zhuǎn)下料兩，分別內(nèi)置振動器或電機減速機構(gòu)。使用時，頂蓋置于內(nèi)模上部，采用振動或布料槳回轉(zhuǎn)方式將傾卸下的混凝土送到管壁模腔內(nèi)。

（6）立式鋼筋骨架彎曲成型機：其構(gòu)造為三輥立式，彎曲半徑任意可調(diào)。其用途是將采用電阻焊或電弧焊方法焊接好的大直徑鋼筋網(wǎng)片，或商品鋼筋網(wǎng)片，按所需鋼筋骨架直徑要求彎曲成筒后，焊接拼縫成為成品鋼筋骨架。

3 生產(chǎn)工藝條件

3.1 工藝布置

本工藝一般采用室外露天生產(chǎn)和自然養(yǎng)生，即在室外混凝土地坪上設(shè)一臺跨度為15～18m米的門形吊車（也可在車間內(nèi)利用原來的天車生產(chǎn)，但起吊高度應(yīng)滿足立式脫模），用以起吊內(nèi)模、鋼筋骨架、管子和混凝土料斗；

在中間空地呈一字形或二字形預(yù)留數(shù)個工位，當(dāng)采取自然養(yǎng)生或罩式蒸養(yǎng)時，內(nèi)外模可置于混凝土地面上；當(dāng)凈空高度不足或采用坑式加蓋蒸養(yǎng)時，內(nèi)外模可置于混凝土坑內(nèi)；

在每個工位上預(yù)先放置型鋼焊接的井字形珩架作為基礎(chǔ)；

在工位的一側(cè)或中間鋪上供組合振動車行走的軌道，利用地溝或在空中架設(shè)電源滑線；

在吊車起吊范圍內(nèi)就近安排混凝土攪拌設(shè)備和混凝土運料斗。

3.2 生產(chǎn)技術(shù)

3.2.1 混凝土制備

制管用混凝土原材料選用原則及質(zhì)量要求同其生產(chǎn)工藝基本一致。但在以下方面須要注意：

水泥宜采用425號普通硅酸鹽或早強型硅酸鹽水泥，以減輕泌水現(xiàn)象和獲得早強效果。單方混凝土水泥用量以不超過400kg為宜；

石子最大粒徑可比其它工藝稍大，一般為0.5～3.2cm，顆粒級配應(yīng)符合質(zhì)量要求；

砂子選用細度模數(shù)為2.3～3.0的中砂，砂率在34～35%為宜。

混凝土宜采用強制式或單軸、雙軸臥式攪拌機攪拌。加水量要嚴(yán)格控制，水灰比為0.38～0.40，控制預(yù)拌混凝土坍落度在2～4cm，并不得超過4cm�；炷�土的供給量以在10分鐘內(nèi)完成單根管的全部振動成型工藝過程為最好。

3.2.2 成型后的混凝土養(yǎng)生

插入振動成型后的管體混凝土養(yǎng)生有自然養(yǎng)生和蒸汽養(yǎng)生兩種，而蒸汽養(yǎng)生又有坑式養(yǎng)生和罩式養(yǎng)生的不同。自然養(yǎng)生一般用于室外或工程現(xiàn)場預(yù)制。

坑式蒸汽養(yǎng)生一般用于室內(nèi)生產(chǎn)。管子制作完畢后，經(jīng)靜停，即通蒸汽加熱。達到脫模強度后，先脫掉內(nèi)模，再脫掉外模，將管子從坑內(nèi)吊出；罩式蒸汽養(yǎng)生一般用于室外生產(chǎn)。養(yǎng)護過程與上述相同，但養(yǎng)護溫度低，管子脫模后尚需要補充自然養(yǎng)生階段。

4 工藝特點分析（與離心、懸輥工藝比較）

①生產(chǎn)同樣規(guī)格的產(chǎn)品，投資可節(jié)省一半以上，生產(chǎn)利潤高；并可生產(chǎn)特大口徑產(chǎn)品；

②能生產(chǎn)非圓形管，如：橢圓、蛋圓、上圓下方、帶基礎(chǔ)管等，也能生產(chǎn)帶有柔性橡膠圈接口的企口或各種類型的承插口管；

③節(jié)約能源：以生產(chǎn)2000管為例，離心、懸輥工藝的裝機容量均在90kW左右，本工藝全部裝機容量不超過35kW，耗能僅為離心、懸輥工藝的三分之一；

④吊運工具(橋式或龍門式起重機)的起重量要求僅為離心、懸輥工藝的二分之一左右。