摘要：针对在输水工程中得到广泛应用的PCCP钢筒，在简述其生产流程与设备的基础上，对其主要生产设备的改进进行深入分析，提出改进的方向和要点，以此为实际的生产设备改进工作提供可靠参考依据。
关键词：PCCP钢筒；钢筒生产设备；设备现状；设备改进
PCCP钢筒目前正广泛应用在输水干线、供水工程等领域，相较于传统管材，该新型复合式管材不仅适用范围广泛，而且具有良好的抗震性能，安装施工方便，运行用度较低，还具有较长的使用与经济寿命。另外，该钢筒已能实现全机械化生产，生产效率高，可以满足不同工程领域提出的要求。
1生产流程与设备分析
PCCP钢筒即 Prestressed Concrete Cylinder Pipe，预应力钢筒混凝土管，在带有钢筒的管芯上通过对预应力钢丝的缠绕，然后在其表面喷上一层水泥砂浆来形成保护层，主要由三部分构成，即混凝土、薄板和高强钢丝，属于复合型管材，既能充分发挥钢材具有的抗拉性、易密封性，又能充分发挥混凝土具有的抗压性与耐腐蚀性。PCCP钢筒的生产制备需要采用专门的机械设备进行，在这种情况下，生产机械设备自身性能在很大程度上决定了钢筒生产质量和效率[1]。
对于PCCP钢筒，其生产流程包括：承插口加工制作→筒身加工制作→钢筒组对→水压试验。在以上生产流程中，对于承插口加工制作，还可分为以下几个步骤：①下料；②卷圆；③焊接；④扳边；⑤合口缝打磨处理；而对于筒身加工制作，也可分为以下几个步骤：①下料；②清边；③拼接焊；④卷筒；⑤合口缝焊接。
在承插口加工制作过程中，需要使用以下几种设备：①卷板机；②扳边机；③涨圆机；在筒身加工制作过程中，需要使用以下几种设备：①剪板机；②清边机；③焊机；④卷板机；在钢筒组对过程中，需要使用以下几种设备：①螺旋焊机；②钢筒组对机；在水压试验过程中，需要使用水压试验机[2]。
2生产设备改进方向
2.1对尺寸予以实时测量与显示
从结构角度讲，使用涨圆机达到要求的钢圈尺寸主要利用心轴，这一心轴为多边棱形椎，椎头向下，作上下往复移动，促使辅助块与功能块于轨道表面滑动，不断向外侧扩张，对于棱形上下高与承插口尺寸，存在线性关系，可充分利用，采集并处理两项数据后，可实现可视化。这样一来，涨圆时，无需停止涨圆过程进行取圈测量，然后再装圆涨圆，以此对尺寸及其发生的变化予以实时观察，提高尺寸达到设计要求的成功率，保证设备实际工作效率。
2.2提高钢环圆度
在保证圆度方面，涨圆机主要靠功能块来保证，其形状主要模仿成型以后的内表面，和承插口内表面之间的接触表面比较光滑，不同功能块上的不同弧面就形成了该承插口内部表面。在功能块之间，还存在一定的间隙，这一部分即各功能块弧面，为薄弱点，经反复使用，磨损将从边缘部位开始，其中一个是和承插口内环面相接触的位置，另外一个是和辅助块相接触的位置，使弧面形状于局部产生明显变化，完成涨圆后，钢环将产生局部不圆[3]。
针对上述问题，可以从以下两个方面入手改进：第一，从功能块弧面综合处理角度入手，保证其耐磨性与硬度，特别是边缘处；第二，从整体结构设计角度入手，在和辅助块之间的接触处，容易受到磨损，对其进行适当调整，并采用加垫片的方法来改进和补偿。
2.3清边机的改进
就目前来看，清边机浮锈主要使用钢丝刷进行清理，按上下对称方式布置，使薄板从其中部通过，同时钢丝刷通过旋转对浮锈进行处理，这种方法对轻微浮锈具有明显作用，但对于锈蚀往往无能为力。对此，需在钢丝刷上增设磨光片与砂轮，以此对焊接端面及边缘实施重点清理，保证最终清理效果，实现对焊接表面质量有效改善。这一方法经人工试验验证是有效的，但还取决于设备实际运行情况[4]。
2.4焊接的改进
对薄板而言，其卡装达到平整的难度很大，中间存在间隙，且不平整，产生这一问题的原因包括：薄板本身不平、卡装不平、垫板不平、轨道不平等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于卡装垫板，其为刚性结构，无法从面这一角度做到处处压平，消除间隙。因此，需要对压紧装置进行改进，使刚性结构变成半钢式结构，以此确保各个位置都能做到受力均匀，使薄板卡装做到紧密贴合，为后续的焊接提供方便。
2.5组对机的改进
对于直径在1600mm以内的钢筒，用卷尺进行测量使筒身的周长、长度、断面倾斜度达到要求是可行的，但对于直径超过1600mm的钢筒，由人工使用卷尺进行测量不仅有很大的困难，而且容易产生偏差，特别是端面倾斜度，现场操作十分困难。对此，设备厂家需要和钢筒厂家积极沟通，针对直径超过1600mm的钢筒，对其组对机实施改进，使设备实现多规格一体化，简化生产方式，以创造更大的市场空间。
2.6螺旋焊机的改进
主要包含以下两方面内容：一方面，使客户正确认识由于螺旋焊接产生的环状裂缝；另一方面，以项目规模大小与特点为依据选择适宜的螺旋焊机，同时与钢筒之间通过拼接来成型，以此保证实际的使用效果。
2.7水压机的改进
对于水压机，其结构由内胆、水路、气路和上压装置几部分构成，且除内胆外，其它都可以实现通用。内胆的形状是一个圆柱体，外径比钢筒的内径略小，其主要目的在于减小充水空间，缩短充水时间，提高工作效率，其长度也与钢筒近似，可确保筒身的焊缝可以被水完全覆盖。想要实现以上目标，并减少设备数量与占地面积，需要做好结构设计，采用组合式的内胆，在直径或长度方面进行组合，使一套内胆具有多种用法，以此在提高其利用率的基础上，减少其它设备的使用，进而减少占地面积，起到有效的降低成本的作用[5]。
2.8其它设备的改进
对于剪板机，其主要功能在于对薄板实施裁剪，以设计要求的宽度为依据将整个薄板裁剪为尺寸不同的各部分，其拼接宽度各有不同，以此为各种口径的钢筒的形成创造良好条件（在非螺旋焊组对过程中），现阶段它的功能可以达到实际要求。对于薄板的卷板机，其主要功能在于对完成拼接的薄板实施卷圆处理，使薄板自身曲率发生明显的变化，将整块薄板卷制成一个筒体，就目前来看，这一设备的实际功能同样可以达到实际要求。
2.9采用薄壁钢筒自动螺旋卷焊机
专用于内衬式预应力钢筒混凝土管，由放板车、三辊卷板机、焊接装置、钢筒输送切割装置、电气控制系统等五部分组成，相较于传统拼焊工艺，该设备具有以下优势：（1）具有较高自动化程度与生产效率；（2）节约原材料（钢板）；（3）筒体的刚性较好，外形美观，与承、插口环的组装十分方便；（4）焊缝保持均匀、平整和光滑，焊接质量良好；（5）采用美国原装进口焊药自动回收系统，环保性良好，没有污染；（6）电气控制系统先进，在允许的调速范围内，可对送板的速度予以任意改变；（7）设备的占地面积相对较小，能节省很多基建方面的投资；（8）成品管的内在质量易于保证。
3结束语
综上所述，PCCP钢筒的生产制备离不开各类生产设备，在不同的生产环节中需要用到不同的生产设备，生产设备的性能在很大程度上决定了产品质量与生产效率。为适应市场对PCCP钢筒的要求，需要在掌握生产基本流程和各类生产设备实际情况的基础上，结合现阶段生产设备存在的问题与不足，对不同生产设备予以优化改进，针对不同设备确定合理的改进方向，以此不断提高生产设备综合水平，满足现阶段和未来生产要求。
参考文献：
[1]李建堂.自密实混凝土在预应力钢筒混凝土管（PCCP）中的应用[J].居舍，2019（32）：128-129+222.
[2]胡少伟，卢勇，孙岳阳，黄逸群.实际埋置条件下断丝对PCCP内水压承载能力影响研究[J].混凝土与水泥制品，2019（10）：27-30.
[3]董晓农，李萌，孙志恒，马宇.预应力钢筒混凝土管内壁复式碳纤维加固试验与计算分析[J].水利学报，2019，50（06）：780-786.
[4]张海鹏，赵丽君，窦铁生，程冰清.预应力钢筒混凝土管（PCCP）几种常用加固方法的对比研究[J].混凝土与水泥制品，2019（01）：36-39.
[5]刘旭东.复杂地形条件下长距离预应力钢筒混凝土管（PCCP）施工技术[J].水利水电施工，2018（04）：46-50.
论文作者:张磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
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