鋼筋混凝土排水管是現(xiàn)代城市排水、農(nóng)業(yè)灌溉以及水利工程發(fā)展必不可缺的重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，小口徑排水管的市場需求日益增大，對高效率制管機(jī)的需求日益緊迫。目前鋼筋混凝土排水管的成型工藝主要分為離心法、懸輥法、擠壓法、搗實(shí)法和振動法五種基本方法，國內(nèi)水泥制管界大多認(rèn)為生產(chǎn)Φ1200mm以下小口徑的混凝土和鋼筋混凝土排水管以立式徑向擠壓工藝成型為優(yōu)。立式徑向擠壓制管工藝生產(chǎn)效率高、無需蒸汽養(yǎng)護(hù)、成型后管內(nèi)外表面光滑、工作噪聲低，經(jīng)過幾十年的研制與發(fā)展，立式徑向擠壓制管技術(shù)和設(shè)備已走向成熟，并向自動化、智能化方向邁進(jìn)。

一、立式徑向擠壓制管機(jī)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

雖然立式徑向擠壓設(shè)備的發(fā)展歷程只有30多年，但徑向擠壓這一技術(shù)來自于鑄造業(yè)。由于德國與美國對立式徑向擠壓制管技術(shù)和設(shè)備的研究起步較早，因此在立式徑向擠壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。美國McCracken公司與德國Hess公司的產(chǎn)品成型快，更換模具方便，養(yǎng)護(hù)簡單，無廢渣，覆蓋了Φ300mm~Φ1200mm所有規(guī)格的混凝土管。德國Hess集團(tuán)Radialpress RP系列的立式徑向擠壓制管機(jī)能夠生產(chǎn)最大口徑達(dá)Φ2500mm、長度達(dá)6000mm的混凝土排水管，其生產(chǎn)Φ300mm、3.5m長的水泥管僅需90s~100s，生產(chǎn)Φ1200mm、3.5m長的水泥管僅需180s~200s。

因?yàn)榧夹g(shù)積累的不足以及發(fā)達(dá)國家的技術(shù)限制，早期國內(nèi)主要以仿制為主，在現(xiàn)有制作工藝與設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過積累經(jīng)驗(yàn)，逐步實(shí)現(xiàn)了較為成熟的技術(shù)。20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)并自行研制立式徑向擠壓制管工藝。20世紀(jì)90年代，從美國McCracken和德國Zublin企業(yè)各引進(jìn)一套立式徑向擠壓制管工藝技術(shù)與設(shè)備用于制造混凝土和鋼筋混凝土排水管。20世紀(jì)90年代中期，山東省水泥科學(xué)研究院經(jīng)多年研究開發(fā)了2G系列變速立式擠壓制管機(jī)，該成果獲得了省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)，該機(jī)具有多級變速以適應(yīng)多種管徑生產(chǎn)所必須的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，不但能生產(chǎn)Φ150mm~Φ1000mm系列的水管，而且還能生產(chǎn)2孔~6孔的電纜管材，具有一機(jī)多用的功能。2010年又開始重新引進(jìn)并研制新一代設(shè)備，目前，已研發(fā)出芯模振動等制管設(shè)備的江蘇華光雙順制管有限公司正著手研制新型立式徑向擠壓制管機(jī)。

目前，除了立式徑向擠壓技術(shù)自身的發(fā)展和改進(jìn)外，立式徑向擠壓制管機(jī)的生產(chǎn)也向著自動化與多樣化方向邁進(jìn)，觸摸屏通過豐富的畫面和操作選項(xiàng)可以極大地簡化操作過程，數(shù)據(jù)的存儲和查看功能可以準(zhǔn)確地指示生產(chǎn)中的缺陷和不足，以供改進(jìn)。

二、立式徑向擠壓制管機(jī)工藝

2.1 立式徑向擠壓制管機(jī)的工作流程

徑向擠壓制管工藝采用立式生產(chǎn)方法，模具豎直地立在地面的底部托盤上，由喂料機(jī)構(gòu)向管內(nèi)輸送半干硬性混凝土的同時(shí)，通過水泥制管機(jī)底部的托盤振動來密實(shí)混凝土，旋壓頭通過高速旋轉(zhuǎn)以擠壓管模內(nèi)的混凝土。喂料速度與旋壓頭上升速度相同，水泥管內(nèi)徑與旋壓頭直徑尺寸相同。采用立式徑向擠壓制管工藝時(shí)，由于承口部分很難用旋壓頭來壓實(shí)混凝土，因此在承口部分還必須配以輔助振動，一般還需要噴灑少量的水，使得水泥管承口部的塑性便于調(diào)整。立式徑向擠壓制管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2.2 立式徑向擠壓制管機(jī)的工藝優(yōu)點(diǎn)

目前通常使用的制管工藝有5種，即離心法、懸輥法、擠壓法、搗實(shí)法和振動法。在這5種工藝中，離心、懸輥、搗實(shí)工藝被稱為傳統(tǒng)工藝，離心法施工方法簡單，但在離心轉(zhuǎn)速過高或過低時(shí)無法保證混凝土密度且容易發(fā)生離析現(xiàn)象，使水泥漿富集于管壁；懸輥法具備管身混凝土密實(shí)程度高、抗?jié)B水能力強(qiáng)、生產(chǎn)設(shè)備簡單易于操作的優(yōu)點(diǎn)，但參數(shù)選擇不合理、操作不正確時(shí)會使生產(chǎn)質(zhì)量不合格，甚至造成設(shè)備損壞。

圖1 立式徑向擠壓制管機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

立式徑向擠壓制管工藝的最大特點(diǎn)是成型制作周期短，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)一根水泥管的時(shí)間僅僅需要2min~3min左右，而且期間還可以配置機(jī)械手等自動化裝備，從而大大提高了生產(chǎn)速度。由于采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)以及質(zhì)量控制技術(shù)，因此使其生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效的保證，克服了傳統(tǒng)鋼筋混凝土制造工藝易造成的鋼筋骨架扭曲縮短、損壞，管子易坍塌、斜裂以及抗?jié)B性差等缺陷。

立式徑向擠壓制管工藝的主要特征為動模與定模組成圓柱狀的空腔，2道~6道擠壓凸緣分布在動模與定模模腔的軸線方向，在保證鋼筋連接強(qiáng)度的條件下，鋼筋連接只需1次~2次擠壓完成，極大地提高了連接速度，操作便捷。

立式徑向擠壓制管工藝使用的原料為半干硬性甚至為干硬性混凝土，不會產(chǎn)生多余的廢水廢漿，相對環(huán)保；生產(chǎn)過程中噪聲較少，只有在水泥管承口成型時(shí)有一定的噪聲；水泥管生產(chǎn)出后只需要自然保濕，不需要費(fèi)力用蒸汽來養(yǎng)護(hù)，節(jié)約能源。

2.3 立式徑向擠壓制管機(jī)的工藝缺陷

徑向擠壓制管工藝一般只適合于小口徑的混凝土圓管加工，直徑超過Φ1200mm的水泥管不適合徑向 擠壓的方式制造。其原因在于一旦加大水泥管的管徑，會使得水泥管的內(nèi)壁增厚，旋壓頭很難達(dá)到水泥管所需要的擠壓力，由此可能會導(dǎo)致水泥管的抗?jié)B透性、抗載荷強(qiáng)度以及制造成本都達(dá)不到預(yù)期的要求。

與離心式與懸輥式制管機(jī)不同，立式徑向擠壓制管機(jī)主要為擠壓成型工藝。但是立式徑向擠壓成型工藝是瞬時(shí)過程，基本上沒有混凝土的液化而產(chǎn)生流動的過程，無法通過混凝土的再次液化來使水泥管排列密實(shí)，所以徑向擠壓制管機(jī)對原料的要求會相對較高，加大了細(xì)物料的用量，同時(shí)需保證混凝土顆粒均勻才能使得水泥管達(dá)到需要的密實(shí)度。

徑向擠壓工藝是對水泥管做圓周運(yùn)動，很容易使得水泥管內(nèi)部的鋼筋網(wǎng)扭曲損壞，所以在模具上增加了多個(gè)鋼筋骨架定位塊，用來固定鋼筋網(wǎng)防止其扭動。但骨架定位塊難以做到剛好壓緊且又不使骨架受力，若移除定位塊，鋼筋網(wǎng)會產(chǎn)生反彈，若反彈力大會使得水泥管局部產(chǎn)生裂紋，影響水泥管的抗?jié)B透性能。所以徑向擠壓制管機(jī)對鋼筋網(wǎng)的鋼筋質(zhì)量、焊接質(zhì)量等都有相對高的要求。

三、立式徑向擠壓制管機(jī)的發(fā)展趨勢

3.1 自動化與智能化

2017年蘇州科星混凝土水泥制品裝備有限公司開發(fā)并完成了“鋼筋混凝土排水管升芯式芯模振動自動化生產(chǎn)線”，立式徑向擠壓式制管機(jī)制造必然會向自動化與智能化邁進(jìn)。

智能化控制系統(tǒng)是由智能機(jī)器和人類共同構(gòu)成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，人和智能機(jī)器相互合作，可以部分取代人類在生產(chǎn)制造過程中的腦力勞動。水泥產(chǎn)品行業(yè)起點(diǎn)較低，因此發(fā)展智能化制造可以大大提高生產(chǎn)制造管理水平、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，同時(shí)大大降低生產(chǎn)成本。

智能化的立式徑向擠壓制管機(jī)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)沉淀、數(shù)據(jù)分析、有效計(jì)算輸出、智能判斷、智能執(zhí)行等功能，除了可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)信息供系統(tǒng)實(shí)施自動控制外，還能在限定范圍內(nèi)調(diào)整參數(shù)設(shè)置，以保證設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行在最佳狀態(tài)。同時(shí)配合文字和圖像形式顯示，不僅便于操作員全面監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行動態(tài)，而且當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維護(hù)人員可以快速查找并排除故障。另外，統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量、部分電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)，便于車間的生產(chǎn)管理和設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，數(shù)據(jù)采集沉淀量加大，系統(tǒng)可靠性也隨之提高。

3.2 綠色環(huán)保化

近年來，國家對工業(yè)制造節(jié)能降耗標(biāo)準(zhǔn)逐步提高，國家發(fā)改委發(fā)布38號文件，要求嚴(yán)格抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過剩，這對水泥行業(yè)的能耗提出了更高要求。首先是制管材料的綠色化，可以減少污染的排放；其次在生產(chǎn)過程中，智能化生產(chǎn)可保證設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。