一种双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备的制作方法

1.本实用新型涉及塑料管材的物理性能测试装置技术领域，尤其涉及一种双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备。


背景技术：

2.双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备主要用于塑料管材试样在规定条件下产生蠕变情况的测量和长期趋势的推算。排水、排污等无压埋地塑料管材在使用中要承受管道上方及周围填埋覆土层的外压载荷，作用结果将使其不同程度地产生形变，随时间的延续，这种形变会逐渐累积加大，即发生蠕变现象。
3.该试验是长期连续测试试验，国内现有商品化产品和技术，全部为电动控制加载方式，在长时间试验时，对外部环境较为依赖，如电力供应，若发生断电情况，加载力值会失效而导致试验中断，此情况对长期试验尤为不利，不能完成完整长期连续的试验测试，得到准确的测试结果。另一方面该方式加载为实现恒定的加载力值，需要控制系统对加载力值进行实时微调，使加载力值一直处于微小的波动状态，无法保证加载力值的稳定性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备，解决加载力值不稳定，精度低，长时间试验依赖外部环境的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型一种双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备，包括机架、驱动装置、升降装置、试样定位装置，加载装置、防护装置、内径测量装置和控制系统，所述机架为框架式结构，所述试样定位装置安装在所述机架的底板上，所述升降装置分别安装在所述机架的两侧，所述升降装置上设置有中横梁，所述驱动装置设置在所述机架的底部且与所述升降装置传动连接，所述中横梁上安装有所述加载装置，所述防护装置设置在所述机架上方且与所述加载装置相对应，所述加载装置的底部设置有压板，所述压板的一端通过连接件安装在所述中横梁上，所述压板的另一端上安装有所述内径测量装置，所述压板的中心与所述试样定位装置的中心位于同一竖直面上，所述驱动装置驱动所述升降装置作业进而带动所述中横梁上下移动，实现对试样的加载；所述驱动装置、加载装置、内径测量装置均与所述控制系统电连接。
7.进一步的，所述试样定位装置包括导柱、压杆、两个定位块、导轮、位移传感器和试样托板，所述试样托板安装在所述机架的底板上，所述定位块安装在所述试样托板上，两个所述定位块的间距与所述试样长度相适配，所述导柱上套装有压杆，所述导柱贯穿连接在所述定位块内，所述导轮、位移传感器安装在所述压杆上，所述位移传感器的拉绳的顶端绕过通过所述导轮后与所述内径测量装置连接。
8.进一步的，所述内径测量装置包括塔杆、塔杆座、手扭、悬杆、探杆和弹簧，所述塔杆座安装在所述压板的一侧上，所述塔杆通过所述手扭安装在所述塔杆座上且底部与所述
悬杆的一端连接，所述悬杆的另一端通过弹簧与所述探杆连接，所述位移传感器的拉绳末端与所述探杆的底端连接，所述位移传感器与所述控制系统电连接。
9.进一步的，所述加载装置包括滑套、光轴和力值传感器，所述滑套安装在所述中横梁上，所述光轴与所述滑套滑动配合，所述光轴底部与所述压板连接，所述光轴与所述压板之间安装有力值传感器，所述力值传感器与所述控制系统电连接。
10.进一步的，所述加载装置还包括砝码，所述砝码叠放在所述光轴上。
11.进一步的，所述防护装置包括防护杆连接座、若干防护杆和防护罩，所述防护杆的底部连接在所述防护杆连接座上，所述防护杆连接座均布在与所述砝码周向位置对应的所述中横梁上。
12.进一步的，所述升降装置为滚珠丝杠，所述中横梁的两端均与所述滚珠丝杠螺纹连接。
13.进一步的，所述驱动装置包括电机、减速机、同步带和同步带轮，所述电机与所述减速机相连并安装在所述机架的底部，所述滚珠丝杠的底部安装有所述同步带轮，所述同步带轮通过所述同步带传动；所述减速机的输出轴与所述驱动带轮传动连接，所述驱动带轮通过所述同步带与任一同步带轮传动连接，所述驱动带轮通过驱动同步带轮转动进而驱动两侧滚珠丝杠同步旋转，所述电机与所述控制系统电连接。
14.进一步的，所述控制系统包括中央处理单元、主控单元、模拟量输入模块、数字量输入模块和通信接口，所述主控单元通过输出接口控制所述驱动装置进而控制所述横梁升降，所述主控单元通过所述通信接口与计算机连接并且通讯；所述模拟量输入模块采集力值信号并且转化为数字信号传送给中央处理单元处理；所述数字量输入模块采集编码器产生的数字信号并传送给中央处理单元处理。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
16.本实用新型具有机、电双模式加载功能，既可通过机械砝码加载，也可通过电动控制加载，解决了仪器在试验过程中对外部环境的依赖、试验负荷(试样压缩变形到一定比例的负荷)和加载预负荷(不同规格的样品，加载不同预负荷)的问题，解决了热塑性塑料管材蠕变比率试验方法的技术问题，符合gb/t18042
‑
2000的标准要求。
17.本实用新型的机械砝码加载方式为试验提供稳定的恒力，保证仪器即使是在断电的情况的下，加载力值也不受影响，精度不变，试验依然可以正常进行，保证长时间试验的可靠性、连续性与稳定性。
18.本实用新型的防护系统在采用机械砝码加载模式试验时提供安全防护，若干防护杆分布在砝码周围，上部防护罩用于砝码位置较高时对砝码进行保护，防止砝码脱落倾斜出现安全隐患，砝码周围也可以采用防护网，防护罩等形式提供防护。
19.本实用新型的电动控制加载功能能够实现长期或短期恒载、恒速、速率控制等功能，能够对管材进行规定时间内平稳加载，加载预负荷控制加载，解决了加载预负荷的问题，保证加载力平稳，具有重复性；同时，在进行机械砝码加载之前，可使用电动控制加载模式预先寻查所测试管材达到标准试验所需的力值，确保砝码加载试验一次成功，避免反复拆装砝码，提高试验效率，降低试验劳动强度。
附图说明
20.下面结合附图说明对本实用新型做进一步说明。
21.图1为本实用新型双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备的主视图；
22.图2为本实用新型双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备的侧视图；
23.图3为本实用新型试样定位装置和内径测量装置的结构示意图；
24.附图标记说明：1、机架；101、中横梁；2、驱动装置；201、电机；202、减速机；203、同步带；204、同步带轮；3、升降装置；4、试样定位装置；401、导柱；402、压杆；403、定位块；404、导轮；405、位移传感器；5、加载装置；501、压板；502、滑套；503、光轴；504、力值传感器；505、砝码；6、防护装置；601、防护杆；602、防护杆连接座；603、防护罩；7、内径测量装置；701、塔杆；702、塔杆座；703、手扭；704、悬杆；705、探杆；706、弹簧；8、控制系统。
具体实施方式
25.如图1－图3所示，一种双模式塑料管材蠕变比率性能测试设备，包括机架1、驱动装置2、升降装置3、试样定位装置4，加载装置5、防护装置6、内径测量装置7和控制系统8，机架1为框架式结构，试样定位装置4安装在机架1的底板上，升降装置3分别安装在机架1的两侧，升降装置3上设置有中横梁101，驱动装置2设置在机架1的底部且与升降装置3传动连接，中横梁101上安装有加载装置5，防护装置6设置在机架1上方且与加载装置5相对应，加载装置5的底部设置有压板501，压板501的一端通过连接件安装在中横梁101上，压板501的另一端上安装有内径测量装置7，压板501的中心与试样定位装置4的中心位于同一竖直面上，驱动装置2驱动升降装置3作业进而带动中横梁101上下移动，实现对试样的加载；驱动装置2、加载装置5、内径测量装置7均与控制系统8电连接。
26.本实施例截取规定长度的管材，放在试样托板406上，并通过试样定位装置4定位，通过升降装置3移动中横梁101，在试样内安装内径测量装置7，控制系统8控制驱动装置2，继续向下移动中横梁101，使加载装置5对管材施以固定的垂直压力并持续施压1008h(42天)，通过内径测量装置7检测管材试样内径的形变。分别在规定的时间里记录管材的形变，然后建立管材形变对时间的关系曲线与方程，并分析数据的线性关系，最后通过计算外推两年时的形变求取管材的蠕变比率。
27.具体的，试样定位装置4包括导柱401、压杆402、两个定位块403、导轮404、位移传感器405和试样托板406，试样托板406安装在机架1的底板上，定位块403安装在试样托板406上，两个定位块403的间距与试样长度相适配，导柱401上套装有压杆402，导柱401贯穿连接在定位块403内，导轮404、位移传感器405安装在压杆402上，位移传感器405的拉绳的顶端绕过通过导轮404后与内径测量装置7连接。
28.本实施例中将试样放置在两个定位块403之间，通过调整中横梁101位置，使压板501下平面与试样外径距离1
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2mm，后在试样内安装由压杆402、导轮404、位移传感器405组成的压杆402组件，压杆402组件应安装在试样内径居中位置，并与试样内径下壁贴合。
29.具体的，内径测量装置7包括塔杆701、塔杆座702、手扭703、悬杆704、探杆705和弹簧706，塔杆座702安装在压板501的一侧上，塔杆701通过手扭703安装在塔杆座702上且底部与悬杆704的一端连接，悬杆704的另一端通过弹簧706与探杆705连接，位移传感器405的拉绳末端与探杆705的底端连接，位移传感器405与控制系统8电连接。
30.本实施例将试样放置好后，压板501下平面与试样外径距离1
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2mm，此时调整塔杆701的位置，压缩弹簧706，使探杆705接触试样内壁。将位移传感器405的拉绳通过导轮404与探杆705连接，后继续驱动升降装置3，确保压板501与试样接触时，探杆705与试样内壁保持接触。压杆402组件通过自重与试样内径下壁贴合，探杆705通过弹簧706张力与试样内径上壁自适应，达到贴合状态，通过位移传感器405实时检测试样内径变化值。
31.具体的，加载装置5包括滑套502、光轴503和力值传感器504，滑套502安装在中横梁101上，光轴503与滑套502滑动配合，光轴503底部与压板501连接，光轴503与压板501之间安装有力值传感器504，通过驱动装置2控制中横梁101上下移动，实现对试样的加载；力值传感器504与控制系统8电连接。
32.本实施例采用电动控制方式加载所需力值，并测量试样内径变化，使用电加载模式进行试验时，光轴503固定，不在滑套502内滑动。此时压板501、力值传感器504、滑动光轴503与中横梁101组成刚性组件，通过驱动系统控制中横梁101移动，实现对试样的加载。
33.此外，在进行机械砝码505加载之前，可使用电动控制加载模式对所需加载力值进行寻查，此功能可以测算出依据标准要求所需的力值。据此，砝码505加载试验一次成功，避免反复拆装砝码505，提高试验效率，降低试验劳动强度。
34.具体的，加载装置5还包括砝码505，砝码505叠放在光轴503上。
35.本实施例通过机械砝码505直接加载，砝码505通过滑套502内的光轴503连接，光轴503也作为砝码505的一部分，光轴503通过力值传感器504将加载力直接传递到试样上。
36.驱动装置2驱动中横梁101向上移动，压板501、力值传感器504、滑动光轴503、砝码505随同中横梁101一同向上移动。当压板501下平面与试样托板406上平面之间的距离大于试样管材的外径时，中横梁101可停止移动。在试样托板406上居中放置试样。调整中横梁101位置，使压板501下平面与试样外径距离1
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2mm。在试样内安装内径测量装置7。向下移动中横梁101，使砝码505力值通过光轴503作用在力值传感器504上，力值传感器504将砝码505重力通过压板501作用在试样上，实现机械砝码505加载。
37.具体的，防护装置6包括防护杆连接座602、若干防护杆601和防护罩603，防护杆601的底部连接在防护杆连接座602上，防护杆连接座602均布在与砝码505周向位置对应的中横梁101上。
38.本实施例防护罩603用于砝码505位置较高时对砝码505进行保护，防止砝码505脱落倾斜出现安全隐患。防护杆601可以是1根，也可以是n根n≥1；每根防护杆601可以是单独一根，也可以分成m(m≥1)段。砝码505周围可以采用防护罩603，也可以采用防护网，格栅，也可以采用分布式防护杆601结构。
39.具体的，升降装置3为滚珠丝杠，中横梁101的两端均与滚珠丝杠螺纹连接。驱动装置2包括电机201、减速机202、同步带203和同步带轮204，电机201与减速机202相连并安装在机架1的底部，滚珠丝杠的底部安装有同步带轮204，同步带轮204通过同步带203传动；减速机202的输出轴与驱动带轮传动连接，驱动带轮通过同步带203与任一同步带轮204传动连接，驱动带轮通过驱动同步带轮204转动进而驱动两侧滚珠丝杠同步旋转，电机201与控制系统8电连接。
40.具体的，控制系统8包括中央处理单元、主控单元、模拟量输入模块、数字量输入模块和通信接口，主控单元通过输出接口控制驱动装置2进而控制横梁升降，主控单元通过通
信接口与计算机连接并且通讯；模拟量输入模块采集力值信号并且转化为数字信号传送给中央处理单元处理；数字量输入模块采集编码器产生的数字信号并传送给中央处理单元处理
41.本实用新型的工作过程如下：
42.截取规定长度的管材试样，放在压板501和试样托板406之间，在试样内安装内径测量装置7，加载预负荷fo进行形变零点定位，fo是一个最小7.5n，最大根据管径计算的不确定力，管材内径di＝0.1m时fo＝7.5n,di＞0.1m时fo＝75din,规定时间后调节内径测试组件到零点。开始正式加载一个恒定的试验负荷f，施加的f值应使管材的形变在6min时达到其内径的1.5％，以该形变作为初始形变并记为y。然后继续分别测量记录规定时间点的形变值。每个试验应至少拥有多组时间－形变数据。形变与时间的函数关系迈似为可线性化的指数函数，在半对数坐标图上作时间－形变的半对数曲线呈直线，因此可通过建立直线方程y,
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b migt对全部数据作线性回归，采用最小二乘法求取常数b、m及相关系数r并进行分析。通过计算外推两年时的形变求取管材的蠕变比率。
43.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。