隨著公路建設(shè)與城市發(fā)展進程的加快，對水泥涵管的需求量越來越大，同時也對涵管質(zhì)量提出了更高的要求，古老的人工預制法已遠遠無法滿足社會的需求。主要表現(xiàn)在：（1）生產(chǎn)效率低。因人工預制，為便于搗實，所拌混凝土較稀，一般情況下需經(jīng)數(shù)小時后方可脫模，因此要同時制作大量涵管，必須具備相同數(shù)量的涵管模具。不同規(guī)格的涵管，要制作不同規(guī)格的模具，因此，模具數(shù)量就需要很多，對存放、維護（脫模后內(nèi)外模套要涂油或隔離劑，以便于脫模和防銹）都會帶來很多不便。（2）質(zhì)量不易保證。由于內(nèi)外模套在搬運、堆放過程中不可避免會產(chǎn)生碰撞變形，尺寸形狀不盡一致。更為嚴重的是：內(nèi)外模是由人眼判定對中，容易產(chǎn)生偏心，導致涵管壁厚不均，影響涵管的抗壓強度和表面質(zhì)量。因此，設(shè)計一種既能滿足數(shù)量要求，又能保證質(zhì)量的涵管生產(chǎn)設(shè)備是很有必要的，并且所設(shè)計的涵管生產(chǎn)設(shè)備必須滿足：①涵管擠壓成型后應(yīng)能當即脫模，使涵管模具減至最少；②涵管壁厚應(yīng)均勻，強度應(yīng)符合要求；③涵管表面應(yīng)光滑平整，各幾何尺寸及形狀誤差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)；④機器易損件更換方便，容易維修，操作簡單。

1. 結(jié)構(gòu)原理

根據(jù)上述要求，我們設(shè)計出了一種水泥制管機，其工作原理是：電機21通過小帶輪22、帶7、大帶輪6將動力傳遞給小錐齒輪9，再經(jīng)小錐齒輪帶動大錐齒輪12，然后將動力分成兩路。一路傳給定傳動軸10，一路經(jīng)大鏈輪13、鏈條23、小鏈輪26，把動力傳給圖2中定傳軸6。在定傳軸10和定傳動軸6（圖2）上沿軸向開設(shè)有長形槽，以便傳動銷軸24、25以及動傳動軸11、5（圖2），在轉(zhuǎn)動的同時又可軸向移動。動傳動軸11和動傳動軸5下端分別固聯(lián)著管身擠壓頭17（圖1）和止口擠壓頭2（圖2），并隨各自的動傳動軸一起旋轉(zhuǎn)，止口擠壓頭2的升降由卷揚機（圖中未畫）完成。但工作時卷揚機處在自由狀態(tài)，擠壓頭的上升靠混凝土的反作用力來完成。擠壓頭轉(zhuǎn)速的改變是通過更換皮帶輪來實現(xiàn)的。外模套16是置放在底板3上，底板3通過支承座2和支承座1相聯(lián)，并可繞支承套回轉(zhuǎn)。通過定心塊4和止動定位塊19､擋塊20來保證其和擠壓頭的相對位置。涵管止口的形成由圖3中止口擠壓頭2來完成。當圖2中管身擠壓頭17上至適當高度后，即由卷揚機提起，然后松開擋塊20，由人力推動底板3繞支承套1旋轉(zhuǎn)。旋至適當位置，由人力通過杠桿（圖中未畫）放下圖3中止口擠壓頭2，待制出涵管止口后，再提起擠壓頭，用專用小推車通過吊把8將涵管運至養(yǎng)護場地脫模、養(yǎng)護，送回模套，待下一個涵管制作用。

2. 擠壓頭的研制

本機有兩個擠壓頭。圖2中的擠壓頭2是專門用來擠壓涵管止口的，它不帶螺旋擠壓塊，而由兩段不同直徑的圓環(huán)組成。由于擠壓止口的時間較短，故不易磨損；圖1中的擠壓頭17是專門用來擠壓整個管身的。涵管擠壓工作的85%是靠此擠壓頭完成。為了保證涵管的質(zhì)量，考慮到易損件更換方便，我們利用螺旋推進原理設(shè)計出了如圖3所示的管身擠壓頭。它由內(nèi)模套1、模套座2、擠壓塊4組成，它們之間均采用螺栓連接，以便裝拆更換。兩個擠壓塊對稱布置在同一水平面內(nèi)。擠壓塊是楔形的，由于混凝土拌料的加入是間斷性的，使拌料在內(nèi)外模套間成凹凸不平狀，這樣當擠壓頭旋轉(zhuǎn)時，擠壓塊便起到了螺旋推擠混凝土的作用，把拌料擠壓密實，并經(jīng)拌料的反作用力克服動傳動軸及擠壓頭部分自重，把擠壓頭頂起。由此看出，涵管密實度取決于以下3個因素：①拌料的干稀程度，即水灰比；②動傳動軸及擠壓頭部分自重；③管身擠壓頭的轉(zhuǎn)速。考慮到拌料的干稀度將影響能否當即脫模，于是我們通過實踐將水灰比控制在一定范圍，這樣密實度只取決于重量和轉(zhuǎn)速。雖然重量可以在模套座內(nèi)加設(shè)配重來改變，但這不僅給制造帶來麻煩，增加用料，更重要的是起動時會產(chǎn)生較大的慣性阻力矩，增加能量消耗，從而需選用較大電機容量。于是采用變轉(zhuǎn)速的方法。通過實踐，我們發(fā)現(xiàn)不同尺寸的涵管，要保證相同的密實度，就應(yīng)采用不同的轉(zhuǎn)速，其變化規(guī)律如圖4所示。對此，我們把常用涵管分成3個區(qū)段，每個區(qū)段對應(yīng)一種轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的改變是通過更換皮帶輪來完成。通過實際使用，基本上符合生產(chǎn)實際需要。

3. 電機功率的確定

工作阻力主要來自于兩個擠壓頭�？紤]到管身擠壓頭和止口擠壓頭不同時工作，而管身擠壓頭受力遠較止口擠壓頭大，故應(yīng)按管身擠壓頭工作、止口擠壓頭空轉(zhuǎn)情況來考慮工作阻力。

考慮到外模套在使用過程中難免發(fā)生碰撞，產(chǎn)生過量變形，導致擠壓塊受側(cè)向壓力；另外，實際的混凝土配合比非恒定值，將使摩擦阻力發(fā)生變化等，故應(yīng)適當提高電機功率，取7.5KW。

實踐證明，上述分析基本合理，除易損件外，機器的運轉(zhuǎn)正常，涵管質(zhì)量以及涵管生產(chǎn)效率遠比手工高，符合生產(chǎn)實際需要。