专利名称：混凝土管体制造设备与方法 在混凝土管体制造的装填头系统中，一由一滚子头或滚子总成与一通常被称为一抹子(longbottom)的镘刀的装填头下降至一圆形模中并且当它们向上移动时旋转，并将掉落在该装填头上的湿混凝土一直装填压抵在该模的内壁面上。虽然可如同在第4,540,539号专利中揭示的设备与由第5,080,571号专利的对其再改进所说明那样使用产生良好品质的铁丝加强与未加强管体的功能良好的设备，但是市场的动力要求要再改进管体的品质。因此，必须了解的是工业技术与品质标准不断地提升，特别是在加强管体方面。许多年来众所周知的是，当在该混凝土管体中成为加强物的铁丝笼扭转或无法与该混凝土产生良好结合时，不必要的孔洞结构将会使该管体无法通过模拟将土壤压在该管体上之后进行D-负载测试与水压测试，或者，虽通过这些测试，但却在现场使用之前就已失效。不必要的孔洞结构是由于在制造过程中该铁丝笼的扭转而产生，而该扭转是当由于该滚子头与抹平表面相对该湿混凝土的压力不平衡时，最后在该铁丝笼上产生一扭转力而产生。该笼扭转现象可藉由在第4,549,539专利中揭示的系统实质地减少，但是在该滚子头与抹子之间的速度比的关系在目前的设备中无法充分精确地控制以完全消除笼扭转。更重要的是，由于无法精确地控制前述速度关系，目前的系统并不适用于因为已不需操作者判断且可能的误判，故可制造最经济与始终如一的高品质管体的目前已知的自动控制系统。由于市场压力而作出的进一步改进包括可以在单一设备上进行的增加生产速度，增加组件寿命与藉由增加管体尺寸来减少资金投资等。
本发明是一种可制造加强或未加强混凝土管体的混凝土管制造系统，但是可发挥其较大优点的是在于加强管体的制造方面。该系统包括一以一更均匀的方式将湿混凝土运送至一装填头，使得一稳定状态的湿混凝土流可利用该装填头压抵在该模壁上，并藉此产生一非常一致且平滑的壁厚并且没有在目前设备中经常会发生的轻微凹陷与凸起。本发明亦包括一独特的装填头，其可消除所有对于湿混凝土的进料的阻碍，因此，在藉由该滚子头与该抹子装填与抹平之前，在该模壁上可出现一稳定的湿混凝土流。本发明的另一特点是一用于滚子头与抹子两者的可无级变化的驱动系统，藉此可得到一最适当的滚子头-抹子速度比，以产生永远符合规格的管体。同样重要的是，这种驱动系统是理想地适用于自动控制，因此可一贯地保持理想的操作条件(进料速度、压实的压力等)并且可避免操作者的错误。本发明还包括一单元化的装填头，该装填头可以比先前技术中的设备更快地组装至该设备的驱动系统或由其上拆下。省时的效果可藉由该装填头的独特结构再增加，而该装填头的独特结构使在该装填头中的所有零件在更换前而不是如目前一般地在开始组装之后可以进行组装与调整。本发明优于现有设备的另一优点是可使由于在该管体制造过程中与该腐蚀性湿混凝土接触而造成磨耗的该设备的组件的寿命明显增加，该优点是可利用价廉、可轻易连接与分离且与该湿混凝土接触，同时保护该设备的标准组件的组件来实现。
本发明的另一重大优点，特别是对于小型管路工厂而言，是扩大可以在一设备上制造的管体的尺寸的范围，例如相对于457毫米(18″)的先前的最小管体直径，可在一1524毫米(60″)设备上制造305毫米(12″)与381毫米(15″)管体，藉此使管体工厂操作者可仅投资在一台设备上而非两台设备上，以制造全范围的极受欢迎的305毫米(12″)至1524毫米(60″)管体尺寸。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。


图1是一截面图，且其中省略某些部份以便清楚地显示在发明时广泛使用且本发明对其进行改进的逆转装填头；图2是一截面图，且其中省略某些组件以便清楚显示本发明的装填头，此处是一逆转装填头；图3是一侧视图，且其中省略某些部份并且其他部份被切除以清楚显示驱动本发明的滚子总成的外装填管；及图4是一侧视图，且部份被切除以便清楚地显示本发明的可无级变化的双驱动系统。
在本发明的以下说明中，类似的标号将表示各图中的相同或类似组件。

请参阅图1，一已有的逆转装填头总成(以下称为装填头)是以10表示，该装填头包括一以11表示的滚子总成，或仅称为一滚子头，及一通常被称为一抹子且以12表示的镘刀总成。
该滚子头11包括一以13表示的滚子总成，且该滚子总成13包含多个抹平滚子，通常有四个，且其中一抹平滚子是以14表示。该滚子14是由一滚子安装板15支撑，且该滚子安装板15是与下驱动管16连结在一起。一占据在该滚子14之间的滚子罩是以17表示，该滚子罩的功用是在湿混凝土掉落在滚子14顶部下方之前拦截来自上方的湿混凝土并且亦确使该湿混凝土径向向外流向未显示的模的内壁。该滚子罩17是利用多个，在此为八根支持销18而与该滚子安装板15分开，且该支持销18是藉由多个螺栓19而可分离地连结该滚子安装板15，且在其上端处是与该滚子罩17的底侧焊接在一起。
该滚子头还包括一上驱动管20，该驱动管的上与下是利用凸缘装置21连接，且该凸缘装置21是由一环绕该下驱动管16的上端的下凸缘22，一环绕上驱动管20的下端的上凸缘23，及多个与该上与下驱动管16与20连接的螺栓24。
一以25表示的保护套环绕该上驱动管20的上端。
该抹子12包括一圆形底板28，且在该底板28中具有多个供滚子14进入的孔29。一圆形安装凸缘是以30表示且在底板28的末端处，该安装凸缘承载一平滑、圆形的镘平构件31，该镘平构件31是以适当的固定结合装置而整个固定在该安装凸缘的周缘四周，且该固定结合装置在此为多个隐藏式螺栓32。该镘平构件31通常是由多个独立区段构成，各区段是构成为在组装时可形成一圆形外周缘。
该圆形底板28是藉由螺栓35与凸缘36而与一短柱套管34连接，且该凸缘36是与该短柱套管34连结在一起。一具有一间隔键齿的键齿环是以37表示且由短柱套管34向上延伸，具有一内键齿的短柱套管34与一位在抹子驱动轴39底部附近的外键齿38对接。驱动轴39的最下端40是收纳在短柱套管34的内孔中，驱动轴39是藉由螺合在驱动轴39的螺纹端上的螺帽42而固定连接在底板28上。轴衬44与45使抹子驱动轴39与该下驱动管16及该上驱动管20分开。
上驱动管20与轴39的上端是以螺栓48、49分别固定连接至固定支持结构与一驱动驱动管20及驱动轴39的驱动系统上，为了了解适用于图1的已有技术的说明与在此揭示的本发明两者的支持结构，请参照美国专利第4,540,539号且特别参照其中的图1。
以下请参阅图2，本发明的装填头是以50表示，且该装填头包括一以51表示的滚子头与一以52表示的抹子。
该滚子头51包括一以53表示的滚子总成，且该滚子总成53包含多个，在此为四个抹平滚子，并且其中一滚子是以54表示。该滚子54是由一滚子安装板55支撑，且该滚子安装板55是以多个螺栓57固定连接于下驱动管总成56，而该螺栓57则连接该驱动管总成凸缘58与在滚子安装板55中的螺孔的内圈。
该滚子54是安装在一由轴承支持的轴59上，且该轴59的下部60是收纳在一偏心轴衬61中，而该可旋转轴59是藉由螺帽62固定在该滚子安装板55上。在此应了解的是在操作时，与刚铺在湿混凝土接触的该抹平滚子54的边缘距离该装填头的轴向中央线63的径向距离应与距离该抹子52的周缘的距离相同，且有时依情况不同，甚至会具有一稍大的径向距离。藉由检查该偏心轴衬61，可以看出该轴衬的壁厚度是有变化的，因此，依据由在轴衬61的底凸缘65中设置径向调整螺栓64而在该轴衬61与滚子安装板55之间产生的转动关系，滚子54的外部混凝土接触表面可以径向向内与向外移动。通常操作者必须使滚子54的混凝土接触表面由轴63向外突出一稍大于抹子52的周缘的距离。
一滚子罩是以68表示，且该滚子罩68大致是一圆形平板且具有多个可容纳该滚子的圆形缺口，较佳地，该滚子罩68的顶面是与该滚子54的顶面在同一平面上。湿混凝土分配板69是焊接于该滚子罩68且由其向上延伸。
滚子罩68是利用多个支持销70与安装板55连接且固定地分开，上螺栓71将该滚子罩68固定于支持销70的上端且下螺栓72将支持销70的下端固定于该安装板55。
滚子安装板连接凸缘58由该驱动管总成56的下部73向外突出，下部73的底内孔是在74处凹陷以紧密但可转动地收纳该抹子驱动系统的直立部份，这部份将在以下更完整地说明。在该驱动管总成的下部73外侧与在滚子罩68的中心孔之间有一非常小的间隙，该间隙是大到足以防止在两组件间产生结合但小到可防止新的湿混凝土穿透通过该滚子罩68。
该驱动管总成56的下部73向上延伸一段短距离而到达其顶端，该处是以76表示。一外键齿77形成在下部73的上端上。
驱动管总成56的上部是以79表示，如图3所示。一驱动传递套筒80在81处焊接于上部79的下端部82，一内键齿83是形成在下端部82的周缘上，该内键齿83与在下部73上的外键齿77对接。
上部79的上端端接于一顶部凸缘84中，该顶部凸缘84是以多个螺栓85固定连接至前述的固定支持结构，如图4所示，与以下将说明的驱动系统。
抹子52包括一具有中央安装孔89的圆形底板88，一圆形安装凸缘是在底板88的周缘处以90表示，且该安装凸缘支持一平滑圆形镘刀构件91，而该镘刀构件91是藉由在此为隐藏式螺栓92的适当固定装置，固定连结在安装凸缘90的全周缘四周。该镘刀构件通常包含多个独立区段，且各区段的形状在组装时可形成一圆形外周缘。
该底板88利用多个螺栓95与一在键槽94的底端部上的凸缘93连接，板88是一水平板且是为该抹子框的一部分。该板具有在其中切割出的多个开孔87，该开孔87是朝向该滚子位置。该滚子安装总成与抹子总成可以互相旋转，使得在板88中的该开孔87对齐该滚子。因此不需分解两主要滚子头总成组件必须由该设备中取出整个单元就可以接近并取出该滚子的底螺帽62。
底板88亦可-接近该滚子的轴衬61以便在必要时且该单元仍在组装状态下进行径向定位调整；-接近在壳体螺丝外侧的轴承103以拆解两主要单元；-使通过该安装构件的耐磨板108、110之间的混凝土浆通过该抹子框架的板88流出；-减少重量且不会明显影响该抹子框架的强度。
键槽94以一紧密嵌合、非结合方式在该驱动管总成56的下部的凹陷部74内侧向上延伸，使得该键槽94与驱动管总成56的下部73以互相相对旋转。一在键槽94中的下内凹部是以96表示且一上较大凹部是以97表示，凹部96具有一内键齿98，且凹部97具有前述内键齿74。
一抹子驱动轴是以100表示，一上外键齿是以101表示，且该上键齿与在该键槽94上的内键槽97对接。一下外键齿是以102表示，且该下键齿是与键槽94的下键槽凹部96中的内键齿对接。虽然在这例子中所示的是在单一驱动轴100上的两键齿与键槽系统，但是较佳的是该上键齿系统应被用来驱动较大尺寸的抹子总成且该下键齿系统应被用来驱动较小尺寸的抹子总成。换言之，该键槽94可仅具有一内键齿，该键齿的位置是依据该抹子的尺寸来决定。
本发明的重要特点是装填头50是单元化，使得以该滚子罩68与该抹子52为首的滚子头51是单一构件，且只需要一单一连接步骤就可由一如305毫米(12″)的装填头变换成一如1524毫米(60″)的另一装填头，且反之亦然，或者该设备在设计上可使用的极限之间的尺寸的组装。
请参阅图2，一放大的轴承是以103表示，该轴承103是利用多个螺栓102固定连接在滚子安装板55的底侧，而该轴承的104则放置在键槽94中的外凸缘105上。该组件是藉由将驱动轴螺帽106螺合在该抹子驱动轴100的底部螺纹端而组装成，如图2所示。欲拆解时，该螺帽106是被旋出且该抹子52与该滚子头51两者呈一单元地滑出该驱动轴100，藉此可非常快速地更换装填头，以达到制造不同尺寸的管体的需求或维修初始的装填头且组装一复制装填头作为一替代品。这些更换可藉由将一单一组件，即螺帽106装上或卸下来实现，并且卸下的装填头可以在闲暇时处理且不需要该设备的停机时间。
或者，为了由抹子52上卸下滚子头51，可拆除在外壳体的轴承103中的螺丝102，这些螺丝可以经由在板88中的开孔接近，或者可以卸下螺栓95而使该抹子52由该单元中掉落。除了有必须进行与此不同动作的理由，否则较佳的方式是拆除固定构件95而不是藉由拆除该外壳体扣件而产生可能污染或破坏轴承103的风险。
本发明的其他重要特点是(i)其能力可更有效地补偿磨耗且(ii)大量减少由于存在有渗入该滚子头四周且进入滚子头51的内部的湿混凝土而堵塞该滚子头的情形。
请参阅图2，一由如锰钢的硬质耐磨材料制成的耐磨环108是点焊焊接于一座环109上，而该座环109则焊接于安装凸缘90的上内侧边缘部，使得该环108与该抹子一起移动。
一第二耐磨环或带是以110表示，且该第二耐磨环是点焊焊接于安装板55的外周缘，因此它可与该滚子头51一起移动。在两环之间的径向间距是固定为对许多混合而言是大约3.175毫米(1/8英吋)的最适当间距，这间距可防止已暂时滑至滚子54下方的湿混凝土进入并穿入抹子52的内部，使该球轴承103堵塞或由于滚子堵住而干扰该设备，特别是该滚子头51的运作。
在此应了解的是只有一种特定的材料对所有尺寸的环108与110是理想的，因此，由具有大量锰含量且布氏(Brinell)硬度直径在212-255范围的中硬度热轧铬钼钢板块切下的材料是非常令人满意的，这种商品名称为AR的已有合金钢已被使用在这些应用中作为砾砂、混凝土、石粒、黏土与泥浆的滑槽内衬。对于更严格、更高强度的应用，一商品名为Kromite的类似铬、钼与锰钢可具有相当好的效果。这种钢可具有大约360的布氏硬度直径，且甚至可依应用所需达到比该AR型钢更耐磨的400。
该环或耐磨带的宽度通常是大约4.7625毫米(3/16″)至9.525毫米(3/8″)，依据该湿混凝土的黏度与组成而定，一适用于极多个应用的典型宽度是6.35毫米(1/4″)。对于如305毫米(12″)或457毫米(18″)尺寸且甚至是610毫米(24″)尺寸的较小滚子头，大约4.763毫米(3/16″)的宽度将是相当令人满意的。
当一起作用的两耐磨带的种类与组成适当地配合该应用时，可避免在使用于揭示在美国专利5,080,571中的冷轧1018、1020与A-36型钢带中遭遇到的磨耗问题。
调整由该滚子头总成51与该抹子52施加在该刚铺上且仍是湿的混凝土上，并且因此施加在被包围在其中的铁丝加强笼上的扭转力的特性是显示于图2与4中。
请先参阅图4，一滚子头驱动工具盒是以112表示，该工具盒112是以螺栓114结合且分开设置在该固定支持结构113下方。该工具盒112是由一可变位移速度的液压马达115驱动，且该液压马达115是由一电子驱动可变位移液压泵回路驱动。
该滚子头驱动工具盒112的输出轴是以116示意地表示，多个螺栓117连接该驱动管总成56的上部79的顶部凸缘84，如图2所示，与该工具盒112的输出轴116。由于该液压马达115的输出在最大系统操作参数内可无级变化，该驱动管总成56的转速，且因此该滚子总成53的转速可以无级地变化。
一抹子驱动工具盒是以120表示，且该工具盒120是利用多个螺栓121结合于该固定支持结构113上。该抹子工具盒120是由一可变液压马达122驱动，且该液压马达122是由一液压回路与电动马达以前述的已有方式驱动。
该抹子驱动工具盒120的输出轴是以123示意地表示，多个螺栓124连接该抹子驱动轴100的上端的顶部凸缘86，如图2所示，与该抹子工具盒112的输出轴123。由于该液压马达122的输出在最大系统操作参数内可无级变化，所以该抹子驱动轴100的转速，且因此该抹子52的转速可以无级地变化。
这种双重、无级变化液压驱动系统可使其本身适用自动控制，而此可在该设备上制造具有一致品质的管体。
本发明的使用与操作将说明如下。
由于这种管体代表该管体设备的最严格与要求的操作，故可制造加强混凝土管体。在加强管体的制作工序中，要记得的是要将由加强铁丝的垂直桁条与圆形环构成的圆形横截面铁丝笼埋设在该混凝土管体的壁内。该混凝土必须完全包覆该铁丝，因为必须在该铁丝与固化混凝土之间达成一封闭、接触结合以避免在使用时该管体的效能不佳。以另一种方式来说，在该铁丝笼与该混凝土之间不能有空洞，而这些空洞主要是由于制造时在该铁丝笼上的湿混凝土的无补偿扭转力所产生；铁丝笼扭转必须如在美国专利第4,540,539号中详述的那样消除。
由于每一次管体制造操作绝不会在一预定管体制造设备上对一种管体尺寸上连续地运转，且即使已长期运转的亦必须周期性地检查与清洁，故该设备必须周期性地停机以拆除一使用过的装填头并安装一新的装填头。
在目前，该停机、拆卸与安装是一冗长的过程，例如，为了拆卸图1的已有装填头，必须拆除抹子驱动轴螺帽42且使该抹子12滑出抹子驱动轴39。然后，必须拆卸螺栓24，使该滚子头总成11掉落。为了再次安装，必须以相反的方式重复前述步骤，但是，该步骤无法仅依序重复，因为该滚子14的定位必须在该滚子头总成11在其所示位置时，且在该抹子再组装至其驱动轴之前完成。调整该滚子14是困难且耗时的，若该滚子头总成的再组装、其调整与该抹子的再组装一直发生，则该设备将无法生产。在现今的高竞争环境中，停机会造成生产损失并终将导致收入与利润的损失。
相反地，在本发明的系统中，只需要拆卸一个组件，即，驱动轴螺帽106，使整个装填头，亦即该滚子头总成51与抹子52同时滑出该驱动系统即可。拆卸第一装填头时，就可藉由将一组件，即驱动轴螺帽106螺合回到驱动轴100上而完成装填头的替换并继续制造。如果拆卸的装填头必须调整或修理，则此可在该替换装填头正在生产管体时，在工厂的修理部中完成。当然，在组装至该驱动系统之前，该替换装填头是已调整至要的可精确操作状态。在该快速拆卸/组装操作中重要的是对藉由轴承103进行调整的弹性，因此，在拆卸该滚子头51后，该抹子52可与该滚子头51分开并且便利地与该滚子头分开地重新运作。可以仅替换，例如，该抹子耐磨环108，并且在此完成之后，该装填头可进行快速再组装。
另一方面，如果必须调整该滚子头相对该中央轴63的径向间距，则这可以轻易地完成，因为可轻易接近滚子轴螺帽62而不必向上通过在图1的已有结构的该底板28中的孔29来工作。
本发明的另一优点是可快速拆卸与再组装该滚子头以便只进行清洁，因为在图1的已有结构中的销18是焊接在该罩17上，所以该罩17可以轻易地拆下以便清洁该滚子14。固定件或上螺栓71使滚子罩68可轻易拆卸，藉此该滚子可以在不由其驱动系统中拆卸该滚子头51的情形下进行清洁。因此，滚子清洁时间可以大幅减少，且亦可避免由于组装与拆卸所造成的可能的组件破坏。
在此应注意的是在不破坏该抹子的任何标准设计的操作部份的情形下，轻易地防止湿混凝土进入该抹子内部，虽然已试着使用一耐磨环来防止湿混凝土渗入抹子中，但是磨耗仍无法避免地发生在该设备的一或多个昂贵、标准设计的永久操作组件上，造成必须更换与随之而来的高替换费用与生产停机。相反地，在本发明的系统中，当该耐磨环108及/或110其中之一或两者需要更换时，这种更换可以藉由点焊快速地完成且该设备可以立即回到操作状态，且所有初始、标准零件全部整体地且永久地不受与该腐蚀混凝土接触影响。
本发明可在具有所有尺寸的设备中使湿混凝土的进料量明显增加，将混凝土送入该滚子头以便在该设备中于内部形成该管体壁是利用一使该混凝土落下至该滚子头的中央并且向下沿着该驱动轴的周缘移动的输送器来实现。在图1的已有结构上的以螺栓结合的凸缘装置21是一对混凝土的量的限制因素，使该混凝土可有效地落入由该滚子罩17的顶部与该滚子14所形成的成形区域。在本发明中，省略该阻碍凸缘装置21可消除已有的明显阻碍并且提供流入该压实区域中的更佳混凝土流。消除流动的阻碍的原因是利用了图2与3中于77与83处所示的键齿连接方式。
有助于最终产物的大幅改进一致性与增加每单位时间的产量的另一因素是显示于图2与4，在所有已有系统中，只可能进行该驱动系统的增加速度步骤，因此，必须倚重操作者的技巧来产生一致的可接受产品，因为如该湿混凝土的进料速度等其他操作因素必须要配合无法藉由比较，利用目前所使用的略为粗略的驱动控制系统实现的操作变化。藉由将对在该装填头中的一组件的无级变化驱动速度控制施加在对在该装填头中的另一组件的另一无级变化驱动速度控制上，可完全解决这问题。因此，如图4所示，该抹子与该滚子头两者的速度可以设定成任意的比例。这在该逆转装填头系统中特别有用，因为即使其中一转动组件可无级变化，其他转动组件的仅阶段调整将无法产生最适当的速度关系以在高产量管体工厂中生产高品质管体。
所示系统的另一优点是可以理想地适用于自动化生产，而在自动化生产中操作者的经验的重要性可以大幅降低。因此，一旦知道最终产品的规格且原料的特性与其混合比决定后，这些参数可以输入控制台且工厂开始生产，并且可确保在每次操作中的第一与最后管体均将具有相同一致的可接受品质。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。


一种混凝土管体制造设备具有一由一滚子头与一抹子构成的装填头，其中该滚子头与抹子可如一单元地快速地组装至具有一连接器的该装填头驱动装置且由其上卸除并且脱离该设备进入最后调整状态。该驱动装置不会对湿混凝土流向该压实区域造成阻碍，且在该滚子头与抹子之间的速度比可无级变化，且该混凝土管体制造设备具有多个用以防止该设备的永久零件由于湿混凝土不必要地渗入该抹子而产生腐蚀性变形的可轻易替换保护性耐磨环。