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近年來，雙壁波紋管的發(fā)展趨勢(shì)是追求大口徑，其中，UNICOR宣稱他們的PE-HD雙壁波紋管外徑能做到2400毫米，而國內(nèi)目前還沒有能生產(chǎn)這樣大管徑的設(shè)備。大管徑成型設(shè)備體現(xiàn)了設(shè)備制造商的研發(fā)能力和制造技術(shù)，對(duì)國內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商來說，制造大口徑雙壁波紋管的成型設(shè)備還需要從擠出系統(tǒng)、擠出模頭和波紋成型系統(tǒng)等方面更新設(shè)計(jì)理念，真正掌握雙壁波紋管的環(huán)剛度計(jì)算方法以優(yōu)化管壁結(jié)構(gòu)。隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，巿政建設(shè)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。排水/排污管材作為巿政管網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣將直接影響污水排放系統(tǒng)的可靠性及安全性。淘汰混凝土管乃至鑄鐵管、陶瓷燒制管等是大勢(shì)所趨，發(fā)達(dá)國家已從法律上禁止使用這些具有嚴(yán)重污染性的管材，中國也將與接軌。PE-HD雙壁波紋管依賴其自身*的優(yōu)勢(shì)已在排水/排污中占有了越來越大的巿場(chǎng)份額。 PE-HD雙壁波紋管于20世紀(jì)80年代初在德國首先研制成功，經(jīng)過近二十年的發(fā)展和完善，已經(jīng)由單一品種發(fā)展到完整的產(chǎn)品系列。PE-HD雙壁波紋管在中國的起步較晚，但推廣應(yīng)用十分迅速，目前國內(nèi)生產(chǎn)該種管材的廠家已達(dá)上百家。
復(fù)合擠出模頭
目前國內(nèi)外生產(chǎn)PE-HD雙壁波紋管大多采用旋轉(zhuǎn)模頭，旋轉(zhuǎn)模頭的特點(diǎn)是：體積小，流道清潔，可以消除管材的內(nèi)應(yīng)力和清除管材的熔接痕。由于旋轉(zhuǎn)模頭的作用，料流是由經(jīng)向和緯向兩個(gè)方向合成的，就像織布一樣織成，不是堆上去的，因而管材的力學(xué)性能好。但由于雙壁波紋管生產(chǎn)工藝的原因，其模頭與生產(chǎn)實(shí)壁管的模頭有很大區(qū)別。生產(chǎn)波紋管時(shí)，一方面要求模頭是雙流道結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到管材內(nèi)徑的限制，因此，模頭的內(nèi)、中、外三種流道套比較薄；另一方面，由于波紋管成型模塊回轉(zhuǎn)半徑的限制，要求模頭的長度很長，所以波紋管擠出模頭實(shí)際上是一個(gè)很長的懸臂梁。在生產(chǎn)較小管徑波紋管時(shí)，模頭相對(duì)較小，由于懸臂而產(chǎn)生的撓度并不是很大，其對(duì)擠出波紋管壁厚均勻性的影響可以通過機(jī)頭口模調(diào)整得以校正；而在生產(chǎn)大口徑雙壁波紋管時(shí)，模頭對(duì)管材壁厚分布的影響已經(jīng)非常顯著，常規(guī)的口模調(diào)節(jié)已無能為力。為此，UNICOR發(fā)明了盤式模頭，使得復(fù)合模頭減小了80%的重量，減少了65%的能耗。國內(nèi)研制大口徑波紋管時(shí)如果也采用類似的盤式模頭顯然會(huì)涉及到侵權(quán)問題，不過，通過改進(jìn)現(xiàn)有雙壁管模頭的設(shè)計(jì)方法可以消除由于撓度給管材壁厚分布帶來的影響，即逆向修正法。逆向修正法的基本原理是：在設(shè)計(jì)前就計(jì)算好模頭撓度的大小及其分布，在其后的設(shè)計(jì)中采用相應(yīng)的逆向修正。由于逆向修正的模頭形狀不規(guī)則，所以必須使用數(shù)控機(jī)床加工，采用這種方法設(shè)計(jì)的模頭在實(shí)際工作中口模無需調(diào)整或少調(diào)整。
波紋成型系統(tǒng)
過去雙壁波紋管的直徑比較小，雙壁波紋成型機(jī)都采用“履帶式設(shè)計(jì)”：把成對(duì)的成型模塊一對(duì)接一對(duì)地固定在同步相對(duì)循環(huán)移動(dòng)的兩履帶上，形成一排移動(dòng)中的成型模塊。有的兩履帶水平配置，如UNICOR；有的兩履帶上下配置，如CORMA。熱熔態(tài)的外壁就在壓力或/和真空的作用下形成波紋外管。波紋外管再和平直的內(nèi)管熔接成雙壁波紋管。zui近的技術(shù)發(fā)展是生產(chǎn)大口徑雙壁波紋管用成型機(jī)的“梭式設(shè)計(jì)”。成對(duì)的成型模塊不再固定在履帶上，而是沿矩形軌跡循環(huán)移動(dòng)。在成型工作區(qū)，成對(duì)模塊是慢速移動(dòng)；在離開工作區(qū)后模塊沿外側(cè)軌道快速度返回。“梭式設(shè)計(jì)”的優(yōu)點(diǎn)是只需要數(shù)量較少的模塊，可以明顯降低投資和能耗；同時(shí)，在“梭式設(shè)計(jì)”傳動(dòng)中，一改過去“履帶式設(shè)計(jì)”對(duì)成型模具的風(fēng)冷，而是采用強(qiáng)制水冷，從而使生產(chǎn)速度得以大大提高。
擠出系統(tǒng)
目前在PE-HD雙壁波紋管生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)配置中一般都是采用兩臺(tái)長徑比為33：1的單螺桿擠出機(jī)。所謂的“”是指產(chǎn)量相對(duì)于傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)高，而對(duì)物料混煉能力的提高并不是該種擠出機(jī)的原始設(shè)計(jì)目標(biāo)。對(duì)雙壁波紋管而言，隨著直徑的增大，管材米重會(huì)迅速上升，會(huì)降低雙壁波紋管相對(duì)于其它傳統(tǒng)排水管的成本優(yōu)勢(shì)。為此，對(duì)波紋管原料進(jìn)行必要的改性以提高其彈性模量，進(jìn)而達(dá)到減小米重的目的對(duì)大口徑雙壁波紋管來說顯得尤為迫切。*，傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)的優(yōu)勢(shì)更多地體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單和高擠出壓力，而其混煉能力相對(duì)較弱，為此人們一直都在努力改進(jìn)螺桿構(gòu)型以期在保證傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上提高其混煉性能，盡管也取得了一定的進(jìn)展，但與人們的期望值還有不小的距離。
在塑料改性方面，人們更多地借助于同向雙螺桿擠出機(jī)和布斯混合機(jī)。由于單螺桿擠出機(jī)的混煉性能不理想，現(xiàn)在普遍的做法是在同向雙螺桿擠出機(jī)上混合造粒，然后再用單螺桿擠出機(jī)擠出，這顯然增加了能耗，提高了zui終制品的成本。如果能在一臺(tái)擠出機(jī)上同時(shí)完成混煉和擠出的話，則會(huì)使生產(chǎn)流程得到簡化，制品成本得以降低。為此，研究人員要對(duì)擠出理論有深刻的理解，能夠巧妙結(jié)合目前混煉型和擠出型擠出機(jī)的特點(diǎn)，給出*不同于現(xiàn)有的、一套全新的螺桿設(shè)計(jì)理念，從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)擠出機(jī)既具有同向雙螺桿擠出機(jī)的混煉效果又能擁有單螺桿擠出機(jī)的擠出能力。基于這一指導(dǎo)思想，中云集團(tuán)正在做一些有益的嘗試，目前樣機(jī)正在研制中，不久就會(huì)問世。
環(huán)剛度計(jì)算
我們知道，雙壁波紋管一個(gè)zui重要的考量參數(shù)是環(huán)剛度。在達(dá)到使用要求的環(huán)剛度下如何使得單位長度管材的重量zui小是問題的關(guān)鍵，也是各國研究雙壁波紋管的核心點(diǎn)。波紋管性能的優(yōu)劣是由成型模具決定的，所以必須掌握環(huán)剛度的計(jì)算方法并有一套切實(shí)可行的計(jì)算手段才能確保成型模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
環(huán)剛度的定義為：
S=EI/D³
其中：
E-材料的彈性模量；
I-管材的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
D-管材的有效直徑。
材料的彈性模量是由材料本身性能決定的，而作為設(shè)備供用商可能更關(guān)注于管材的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的研究。實(shí)壁管的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算已有資料給出，但關(guān)于結(jié)構(gòu)壁管轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算各國研究者都密而不談，因?yàn)樗请p壁波紋管技術(shù)的核心之核心。目前國內(nèi)雙壁波紋管設(shè)計(jì)人員對(duì)環(huán)剛度的影響因素知之甚少，更別說是計(jì)算了。很顯然，如果沒有一套可以實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算方法，開發(fā)國內(nèi)的大口徑雙壁波紋管只能是一個(gè)美好愿望而已。實(shí)際上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算和有效直徑D的確定是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，絕不能和一些作圖軟件所提供的慣性矩混為一談，以免被誤導(dǎo)。中云集團(tuán)武停啟博士耗時(shí)2個(gè)多月潛心研究，現(xiàn)已能提供一套非常實(shí)用的雙壁波紋管環(huán)剛度的計(jì)算方法，并編制成了計(jì)算機(jī)程序。采用該程序，可以快速計(jì)算出結(jié)構(gòu)壁管的環(huán)剛度和相應(yīng)米重，并能對(duì)雙壁波紋管的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。有了這套計(jì)算機(jī)程序，國內(nèi)的設(shè)備制造商在雙壁波紋管的開發(fā)方面就可以依靠自己的理論依據(jù)，而不再是對(duì)國外產(chǎn)品的簡單跟進(jìn)，中云集團(tuán)已經(jīng)利用這一成果開發(fā)了外徑1500毫米雙壁波紋管的波紋成型系統(tǒng)。
雙壁波紋管的大口徑化是目前上的發(fā)展趨勢(shì)，國內(nèi)的設(shè)備制造商和相關(guān)研究人員應(yīng)該抓住機(jī)遇，迎頭趕上，而不應(yīng)走“引進(jìn)一代，落后一代”的老路子。