水泥涵管机的研制

随着公路建设与城市发展进程的加快，对水泥涵管的需求量越来越大，同时也对涵管质量提出了更高的要求，古老的人工预制法已远远无法满足社会的需求。主要表现在：（1）生产效率低。因人工预制，为便于捣实，所拌混凝土较稀，一般情况下需经数小时后方可脱模，因此要同时制作大量涵管，必须具备相同数量的涵管模具。不同规格的涵管，要制作不同规格的模具，因此，模具数量就需要很多，对存放、维护（脱模后内外模套要涂油或隔离剂，以便于脱模和防锈）都会带来很多不便。（2）质量不易保证。由于内外模套在搬运、堆放过程中不可避免会产生碰撞变形，尺寸形状不尽一致。更为严重的是：内外模是由人眼判定对中，容易产生偏心，导致涵管壁厚不均，影响涵管的抗压强度和表面质量。因此，设计一种既能满足数量要求，又能保证质量的涵管生产设备是很有必要的，并且所设计的涵管生产设备必须满足：①涵管挤压成型后应能当即脱模，使涵管模具减至最少；②涵管壁厚应均匀，强度应符合要求；③涵管表面应光滑平整，各几何尺寸及形状误差应控制在允许范围内；④机器易损件更换方便，容易维修，操作简单。

1. 结构原理

根据上述要求，我们设计出了一种水泥制管机，其工作原理是：电机21通过小带轮22、带7、大带轮6将动力传递给小锥齿轮9，再经小锥齿轮带动大锥齿轮12，然后将动力分成两路。一路传给定传动轴10，一路经大链轮13、链条23、小链轮26，把动力传给图2中定传轴6。在定传轴10和定传动轴6（图2）上沿轴向开设有长形槽，以便传动销轴24、25以及动传动轴11、5（图2），在转动的同时又可轴向移动。动传动轴11和动传动轴5下端分别固联着管身挤压头17（图1）和止口挤压头2（图2），并随各自的动传动轴一起旋转，止口挤压头2的升降由卷扬机（图中未画）完成。但工作时卷扬机处在自由状态，挤压头的上升靠混凝土的反作用力来完成。挤压头转速的改变是通过更换皮带轮来实现的。外模套16是置放在底板3上，底板3通过支承座2和支承座1相联，并可绕支承套回转。通过定心块4和止动定位块19､挡块20来保证其和挤压头的相对位置。涵管止口的形成由图3中止口挤压头2来完成。当图2中管身挤压头17上至适当高度后，即由卷扬机提起，然后松开挡块20，由人力推动底板3绕支承套1旋转。旋至适当位置，由人力通过杠杆（图中未画）放下图3中止口挤压头2，待制出涵管止口后，再提起挤压头，用专用小推车通过吊把8将涵管运至养护场地脱模、养护，送回模套，待下一个涵管制作用。

2. 挤压头的研制

本机有两个挤压头。图2中的挤压头2是专门用来挤压涵管止口的，它不带螺旋挤压块，而由两段不同直径的圆环组成。由于挤压止口的时间较短，故不易磨损；图1中的挤压头17是专门用来挤压整个管身的。涵管挤压工作的85%是靠此挤压头完成。为了保证涵管的质量，考虑到易损件更换方便，我们利用螺旋推进原理设计出了如图3所示的管身挤压头。它由内模套1、模套座2、挤压块4组成，它们之间均采用螺栓连接，以便装拆更换。两个挤压块对称布置在同一水平面内。挤压块是楔形的，由于混凝土拌料的加入是间断性的，使拌料在内外模套间成凹凸不平状，这样当挤压头旋转时，挤压块便起到了螺旋推挤混凝土的作用，把拌料挤压密实，并经拌料的反作用力克服动传动轴及挤压头部分自重，把挤压头顶起。由此看出，涵管密实度取决于以下3个因素：①拌料的干稀程度，即水灰比；②动传动轴及挤压头部分自重；③管身挤压头的转速。考虑到拌料的干稀度将影响能否当即脱模，于是我们通过实践将水灰比控制在一定范围，这样密实度只取决于重量和转速。虽然重量可以在模套座内加设配重来改变，但这不仅给制造带来麻烦，增加用料，更重要的是起动时会产生较大的惯性阻力矩，增加能量消耗，从而需选用较大电机容量。于是采用变转速的方法。通过实践，我们发现不同尺寸的涵管，要保证相同的密实度，就应采用不同的转速，其变化规律如图4所示。对此，我们把常用涵管分成3个区段，每个区段对应一种转速。转速的改变是通过更换皮带轮来完成。通过实际使用，基本上符合生产实际需要。

3. 电机功率的确定

工作阻力主要来自于两个挤压头。考虑到管身挤压头和止口挤压头不同时工作，而管身挤压头受力远较止口挤压头大，故应按管身挤压头工作、止口挤压头空转情况来考虑工作阻力。

考虑到外模套在使用过程中难免发生碰撞，产生过量变形，导致挤压块受侧向压力；另外，实际的混凝土配合比非恒定值，将使摩擦阻力发生变化等，故应适当提高电机功率，取7.5KW。

实践证明，上述分析基本合理，除易损件外，机器的运转正常，涵管质量以及涵管生产效率远比手工高，符合生产实际需要。