旋管机设计制造及应用分析

□ 许长廷

旋管机制作混凝土排水管，从技术上解决了东北地区混凝土抗冻要求。正常混凝土C20水灰比0.56左右，而用旋管机制作排水管混凝土水灰比0.35左右，减少用水量35%，经过工作轴碾压，孔隙率减少，密度增大，抗渗效果增强，抗压强度增加，抗冻能力大大提高，在辽西北地区抗冻工程可广泛应用。研究设计制造的混凝土旋管机，运行状况良好，制作的Φ1500mm、Φ1000mm、Φ800mm混凝土排水管均达到质量强度要求，广泛应用到水利水保工程中的泄洪洞、渠道防渗工程，以及市政工程的排污管道、交通工程的过水桥等工程项目之中，施工方便快捷，为工程建设节省了资金，加快了工程施工进度，保证了工程质量。

一、设计依据和标准

（一）旋管机工作原理

根据旋管机带动钢模旋转产生偏心力作用，将混凝土甩在钢模内壁上，当混凝土料填到超出涨圈时，工作轴对混凝土进行均匀碾压，水泥浆压出表面，达到混凝土排水管密实度，管内壁光滑，形成了一个完整的管体。

（二）设计标准

首先应遵照国标《GB/11836-2009》钢筋混凝土排水管设计规范要求和各种钢材及电器设备的各项技术指标进行设计。按照国标设计旋管机性能，生产钢筋混凝土排水管径Φ800mm、ф1000mm、Φ1500mm三种规格，壁厚分别为Н80mm、H100mm、Н125mm。管长2000mm。制作平对口、半对口、插入式三种结构形式。

（三）管径的确定

按照国标《GB/11836-2009》钢筋混凝土排水管规范要求规定参数如下表：

排水管参数表

（四）工作轴的转速确定

工作轴的转速见下表：

工作轴转速表 转速：n/min

（五）配套功率确定

配套功率表

（六）设计工况确定

根据上述分析结果，旋管机的设计工作能力，可加工制作Φ800mm～Φ1500mm钢筋混凝土排水管，管长2000mm.设计工况确定为加工制作Φ1500mm的钢筋混凝土排水管，进行设计旋管机主机和配套功率。确保旋管机运行安全工作。材料是按最大工作能力和最不利状态确定材料规格尺寸及技术参数指标进行选用，安全系数达到1.5。

（七）材料选择

选用Φ200mm和ф28mm圆钢；壁厚5mm、Φ200mm和ф300mm无缝钢管；厚度Н3、10、20、30、40mm钢板；120×50×5mm槽钢；50mm×5mm带钢。轴承型号238园粒两盘、7236E一盘。轴承盒自行设计尺寸铸造加工。

（八）电器设备确定

配电设备选用50kva变压器一台及其它变电设备，低压开关柜一套，YCT——三相异步电磁调速电动机27kw一台及其它配套设施等。

二、旋管机结构设计制作

旋管机整体结构分为：基础、支架、主轴、工作轴、门子等5项内容组成，分述如下:

（一）基础

旋管机基础是连接固定支架、门子的主要环节，其它构件安到支架和门子上，形成一个整体结构，使旋管机能够运转，达到制作混凝土排水管的目的。基础结构是在所安装的位置，从地面向下挖深1.5m，长、宽按设计尺寸各外加1.0m，基础底层采用M7.5浆砌石砌筑0.5m厚，找平作为垫层。在垫层上按设计几何尺寸放出各底脚螺丝的位置，底脚螺丝的位置上分别配置钢筋骨架。横向采用Φ6.5mm,0.5m×0.5m箍筋，间距0.2m.纵向上下各配置Φ16mm钢筋三根。将底脚螺丝固定在钢筋骨架上，C20混凝土浇筑固定。底脚钢筋选ф30mm元钢，螺纹处加工到Φ28mm，螺纹长100mm，总长800mm，下端弯钩长100mm,垫一园垫，用ф28mm螺母固定。

（二）支架

支架是安装主轴、电动机传动设施的一个梯形架子，同时起支撑工作轴的作用，实现电动机转动于主轴带动工作轴运转。支架采用120mm×50mm×5mm槽钢焊接制作，每个节点处都做补强处理。四个底脚采用厚30mm钢板制作，每个底脚上钻ф30mm孔两个，焊接支架底脚上，连接处作补强处理，保证牢固安全可靠，满足强度要求。电动机安装在支架内部，距地面高200mm。具体布置能保证电动机转动轮与主轴转动轮相互平行即可。

（三）主轴

电动机运转传送给主轴，带动工作轴运转。主轴选用ф200mm圆钢，按设计尺寸加工而成。轴中间装皮带轮，轴两端安装轴承盒，内装轴承，固定在支架顶两端。主轴内侧安装法兰盘，用反扣连接在主轴上，用键子固定。法兰盘采用厚30mm钢板加工，并在外边钻Φ18mm孔8个，与工作轴法兰盘连接用。轴承盒铸造按设计图尺寸加工，用ф18mm×75mm螺丝固定。达到主轴在支架上正常运转，传递给工作轴。运转方式是由电动机带动主轴和工作轴运转。皮带采用5槽B型三角皮带传动。主动轮Φ200mm，从动轮ф300mm，按设计图尺寸加工制作，分别安装上，挂上三角皮带，带动工作轴运转。

（四）工作轴

工作轴是挂上钢模带动钢模运转产生偏心力从而碾压混凝土的轴，也称为工作轴。工作轴采用Φ300mm厚壁无缝钢管，按设计尺寸加工制作而成。工作轴两侧设法兰盘，一侧和主轴连接，另一侧为模挡板法兰盘，两法兰盘的净间距应大于模总长50mm。在管两侧用厚20mm钢板卷成和钢管内经相同圆管，长200mm楔入管内进行补强钢管强度。工作轴另一侧设一小轴，安推力轴承与门子结合，这样可使工作轴一侧与主轴连接，另一侧与门子架顶推力轴承外套扣接形成一个整体，主轴带动工作轴运转，钢模在工作轴运转，相互之间形成一个运转系统，可以生产混凝土排水管。工作轴的制作加工要按设计要求尺寸，可分两部进行：一是加工法兰两个、补强管两个、小轴毛料一个、工作轴钢管一个，组装校正后，焊接成形。二是将焊接工作轴上车床子校正一刀加工成形，达到设计精度要求。

（五）门子

门子是支撑工作轴的一个支架，还能开关。开门可以进出钢模，关上可准确将推力轴承套在外套之内，保证开关自如，平稳运转，带动钢模旋转制作混凝土排水管。门子可由门轴、门梁、门柱三个部分组成一体，称为门子。门轴分内柱、外套、内环、底座组装形成门轴。内柱和外套分别选用Φ200mm和ф300mm厚壁无缝钢管，门柱两头套内环，将外套套在内柱上。另外在门柱下侧200mm处焊外环托住外套，底座用厚30mm方形钢板，四角钻Φ30mm孔4个，将内柱焊接底座钢板上，但底座与外环之间必须作四处补强，保证底座与门柱强度要求。门梁采用厚10mm钢板制作，纵向弧形，横向方形，梁中间焊上一个厚20mm钢板卷成圆管，长250mm，管内经应小于推力轴承外套外径，留加工量。门梁上下用钢板封口，内部横向用钢板加肋，左右不封与门轴和门柱连接，全部焊接制作。门柱采用厚10mm钢板制作，分别为底座、下门柱为母、上门柱为公的方形结构。上下门柱用楔子连接形成整体门柱。底座用厚30mm钢板制作方形，四角钻Φ30mm孔四个，底座与下门柱焊接一起，四个面作补强，保证强度要求。

三、模具结构设计

模具结构是由外模、涨圈两部分组成。

（一）外模

外模按设计不同内经，采用厚3mm铁板卷制，模外侧纵向设延口，横向补强，均采用50mm×50mm×5mm角钢加工制作，模两头采用50mm×5mm代钢包在外模口处外侧补强，外模纵向设3mm的公母延口，两个半模扣合用Φ14mm螺丝固定形成整体。

（二）涨圈

涨圈按设计不同内径分别采用厚12mm、30mm、50mm钢板焊接半成品后，用车床加工成形。半成品加工均按设计断面尺寸，在平台上放样进行，保证精度要求。模具结构设计及加工制作首先要保证设计几何尺寸、强度、光滑度、相互之间缝隙等都要满足设计要求，才能生产出合格混凝土排水管。

（三）旋管机设计结构内容

根据设计技术依据，旋管机整体结构设计可分以下几项主要内容：一是旋管机结构形式；二是模具；三是附助设施等。详见下图。

旋管机结构形式图

四、设备安装与调试

旋管机整体是由支架、工作轴、门子通过基础组合在一起，所以，安装调试是关键环节。严格控制好这一关，准确精度必须保证设计要求，才能收到预期良好效果，达到正常运行工作的目的。

（一）设备安装

首先将制作好的支架、工作轴、门子分别放在安装的位置，先安支架。用吊装设备吊起支架，校正整平，固定在底脚螺丝上，上下左右部位支撑住后浇筑支架部位混凝土，用振捣棒四个脚必须一次性浇到位振实。一个星期后撤掉吊装设备及支柱，将工作轴上安到主轴上校正支柱，然后吊起门子与工作轴的小轴吻合，校正后解开工作轴支柱，用手转一下工作轴是否流畅，否则进行调整达到正常运转后，将门子固定在底脚螺丝上浇筑混凝土。门子底脚下必须振实基础并全部找平一次性抹面成形，养生28d后可以运行。

（二）电器设备安装

电器设备是旋管机动力系统，带动旋管机正常运转，制作混凝土排水管。按设计位置装上调速电动机，接通380V三相电源，选16mm2三相电缆线接通380V低压配电盘、启动补偿器、调速电动机、调速器。配电设备应安放在配电室内，安全操作。电动机设计功率27KW，相应配套变压器50kva，电源与变压器二次出口连接，形成一个低压线路网络系统，投入使用。

（三）调试

电器设备全部按技术要求安装接通之后，逐项设备分别用万能表测试线路、设备的接地电阻值满足技术要求，设备相互之间线路都通。线路接线柱牢固、检查无误后，才能合闸测试线路及电器设备运行状态是否正常，作到万无一失，均达到合格，即可投入使用。旋管机安装完，养生28天之后，清理所有支吊设备。首先用人转动工作轴运转平稳，安上三角带，合闸开机，运行正常，安装合格。否则调整支架、门子、轴承盒子底脚螺丝，达到支架平、门子垂直，如底脚有缝隙可以加铁垫调整固定脚螺丝。反复进行调整，使工作轴运转平稳为止。用框架水平仪检测工作轴水平精度±3mm之内，推力轴承与外套吻合，安装合格。门子开关自如，否则可以综合微调各个部位脚或连接螺丝，反复调整达到开关自如为止。调整到各个部位固定检测手感转动合格后，再挂上皮带 ，合闸开机试机，机械运转平稳，声音均匀，调试合格。但是，在运行过程中应经常检查运行情况，保证安全生产。

五、旋管机应用

（一）辅助设备

辅助设备：5t电胡芦门型吊车各1台，0.3M3搅拌机1台，0.5t蒸气锅炉1台，及一些小型配件等设备。

（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钢筋,ф1000mm用Φ5mm钢筋,Φ1500mm用Φ6.5mm钢筋，间距均150mm×150mm网格。保护层20mm,单层配筋，只有Φ1500mm双层配筋，间距70mm，双层组合用支子焊接，其它用22＃铁线绑扎。

（三）操作方法

模具组装首先要将模内清理干净，刷上隔离剂，两个半模块合在一起，穿上螺丝，钢筋网放入模内，装上涨圈校正后固定，组装完毕。吊起模具，打开门子套入工作轴上，关闭门子，用销子楔住。同时将按配合比拌合好混凝土堆放门子前，数量应高出用量2%左右。准备工作全部就序，操作人员个就各位，由一人统一指挥开机，运转正常后开始上料，分前后中三个部位各负其责，但要紧密相互配合，将料均匀填入模内并超出涨圈，用工作轴碾压找平增加混凝土密实和光洁度。运转2min停机。吊起模具打开门子，运送到预定摆放位置落到地面。初凝6h后，模两侧封上，用蒸气养生12h拆模，混凝土排水管制作程序全部完成。

六、经济效益分析

（一）设备投入

旋管机设计、制作、安装、调试费用8.5万元；电器设备费用2.2万元；模具费用4.8万元；辅助设备费用4.2万元；总计投入费用19.7万元。

（二）年生产毛收入

年生产按6个月计，每月25天，计150天。每天生产Φ1500mm5节、ф1000mm5节、Φ800mm5节，计15节，六个月总计生产2250节,年收入247.5万元。其中ф1500mm750节，每节1500元；Φ1000mm750节，每节1000元；ф800mm750节，每节800元。

（三）年生产支出

设备折旧费按5年计，每节管折旧费25元，年折旧费5.5万元；年加工制作成本费146.5万元；年税收24.75万元；年管理费24.75万元；年支出总费用201.5万元。

（四）年生产利润

年毛收入247.5万元，年支出201.5万元，年利润46.0万元。

七、结束语

总之，通过研究制作钢筋混凝土旋管机，可以制作ф1500mm、Φ1000mm、ф800mm的大口径钢筋混凝土排水管，每天制作Φ1500mm、ф1000mm、Φ800mm钢筋混凝土排水管各5节，计15节，能按设计完成，年生产2250节。毛收入247.5万元，减去成本及各种费用201.5万元，年创利润46万元。制作的钢筋混凝土排水管，广泛应用到水利、水保、交通、市政等工程项目之中，质量合格，效果良好，效益可佳。钢筋混凝土旋管机在一定程度上解决了水利水保工程防渗、抗冻技术难题，保证了工程质量，大大提高了施工进度，节省了工程建设资金，取得了较好的社会效益和较高的经济利润，为加快水利建设改革创新做出了贡献。