一种塑料波纹管内径变形量测定装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种塑料波纹管内径变形量测定装置。


背景技术：

2.预应力混凝土桥梁用塑料波纹管是桥梁施工过程中一种常用的产品，其分圆形管节和扁形管节两种形式，在该产品型式检验和出厂检验项目中，环刚度是必须检验的项目之一，其检验结果是否准确将直接影响到桥梁结构实体的安全性能，现行产品标准规范《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》(jt/t 529
‑
2016)中规定：该塑料波纹管环刚度测定采用的方法为《热塑性塑料管材环刚度的测定》(gb/t 9647
‑
2015)。根据这两本规范可得出环刚度检验相关信息：(1)试样的长度为(300
±
10)mm，圆形管节内径标称50mm至130mm，扁形管节短轴标称22mm；(2)环刚度检验测定试样垂直方向内径变形量为原内径(或扁形管节短轴)的3％，根据产品规格计算该值为0.66mm至3.9mm；(3)测量量具测量波纹管内径变形量精确到0.1mm，或变形量的1％，取较大值，根据产品规格计算变形量的1％为0.039mm(内径最大130mm，变形量3％即3.9mm)，故变形量精确到0.1mm。
3.综上所述，波纹管环刚度检验时，塑料波纹管试样内空间狭长，变形量较小，变形量测定结果精度要求较高。
4.对于波纹管内径(或短轴)变形量的测定，查阅了相关规范和现有专利文件，目前主要还有以下四种测量方式：
5.(1)现有标准规范中给出的测量波纹管内径的典型装置，是一种典型的电阻应变计式传感器测量装置，包括压脚、变形传递杆和典型装置传感器。
6.(2)一种塑料波纹管内径变形测量装置(cn201620379459.1)，主要包括包括上测试杆、下测试杆、上链接杆、下链接杆、上接触块、下接触块、拉线式位移传感器等。
7.(3)环刚度内径测量装置(cn201821423866.3)，包括拉力机底座、支撑柱、移动横梁、力传感器、第一环刚度夹具、第二环刚度夹具、波纹管试样、立杆座、立杆、直线轴承、滑动块、调整母、压缩弹簧、水平横杆、拉绳编码器和测量头。
8.(4)一种悬臂式管材内径测量用引伸计(cn201720879554.2)，工作台，工作台设置有对测试管材进行压缩的上压板、下压板，工作台设置有悬臂移动竖向柱，悬臂移动竖向柱的上下两端与压力机固定，悬臂移动竖向柱安装有位于上压板与下压板之间的上悬臂单元、下悬臂单元、移动脚、金属杆、接触杆，金属杆安装有信号输出端连接于采集器的拉线式位移传感器。
9.波纹管环刚度检验时，塑料波纹管试样内部空间狭长，试样内径方向变形量较小，变形量测定结果精确度要求较高，现有方案缺陷如下：
10.第一种测量装置：(1)无法确保压脚与波纹管内壁紧密贴合，波纹管内径变形量本身就比较小，若压脚与波纹管试样内壁存在间隙，这对测量结果来说，相对误差会非常大；两个变形传递杆属于细长杆件，当波纹管试样受力时，压脚将力传递至变形传递杆，变形传递杆端点受力会产生受弯变形，影响测定结果；典型装置传感器悬挑在外，自身重力可能会
导致测定装置发生倾斜而影响测试结果。
11.第二种处理方式：上测试杆2与上链接杆3相连，下测试杆2’与下链接杆3’相连，该连接方式不能固定，且测试杆与链接杆相连后整体较长，当波纹管试样受力时，接触块将力传递至测试杆，测试杆端点受力会产生受弯变形或测试杆在与链接杆连接的部位发生转动，从而很大程度上影响测定结果。
12.第三种处理方式：拉绳编码器置于试样内部，测定装置整体较大，不适用小直径的预应力混凝土桥梁用塑料波纹管；水平横杆较短，不适用试样内空间狭长的塑料波纹管；测量头接触面积过小，不适用试样内壁不平整且带波纹的塑料波纹管。
13.第四种处理方式：拉线式位移传感器置于试样内部测定装置整体较大，不适用小直径的预应力混凝土桥梁用塑料波纹管。


技术实现要素：

14.本实用新型的一个目的是为了弥补现有方案的不足，提供一种塑料波纹管内径变形量测定装置，确保塑料波纹管环刚度检验过程中能紧密贴合波纹管管节内壁，塑料波纹管管节垂直方向受力时，通过传递装置转变变形传递方式，保证变形不受其他因素影响，在变形量传递过程中不会因为杆件自身受弯变形而影响变形测量结果的情况；本实用新型装置本身具有一定的弹性工作范围，可以适用一定范围内不同管径的塑料波纹管(例如：圆形波纹管，管内径：50mm～130mm或者扁形波纹管，短轴：22mm)，同时，本实用新型装置的外形较小，位移传感器组件位于塑料波纹管外部，可适用更小直径的塑料波纹管；本实用新型装置在塑料波纹管环刚度检验过程测定塑料波纹管内径变形量时，安装、拆卸测量装置简单、方便，不需要额外的辅具用具。
15.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
16.一种塑料波纹管内径变形量测定装置，包括：位移传感器组件、伸缩弹簧元件、至少一个贴合压脚与至少一个位移传递连接杆；所述位移传感器组件包括传感器、位移导管与位移顶杆，所述伸缩弹簧元件一端与位移导管固定，另一端与位移顶杆，使得位移顶杆始终在传感器位移导管内一定范围的滑动；所述贴合压脚通过位移传递连接杆分别与位移导管及位移顶杆铰接。
17.在本技术方案中，位移顶杆可以在传感器位移导管内自由滑动，伸缩弹簧元件两端分别与位移导管、位移顶杆固定连接，外置的伸缩弹簧元件可使位移顶杆始终在传感器位移导管内一定范围的滑动，当测定装置初始状态不受力时，位移导管和位移顶杆紧密贴合，即传感器的零点。贴合压脚通过位移传递连接杆分别与位移导管、位移顶杆铰接，铰接的位移传递杆始终与传感器导管、位移顶杆保持一定的角度，当塑料波纹管管节垂直方向受力时，波纹管内径方向产生位移，位移传递到贴合压脚，贴合压脚两侧的位移传递杆发生转动，使位移顶杆和传感器位移导管产生相对位移，通过一定的函数关系，将波纹管内径变形转换成位移传感器的轴向位移，从而测定塑料波纹管内径变形量。小型配重块的质量和传感器的质量相同，用来确保测定装置两端重量基本相等，避免单边倾倒。贴合压脚通过位移传递连接杆分别与位移导管及位移顶杆铰接，便于波纹管受到受力且内径产生微小的变形量时，贴合压脚位带动移传递连接杆移动，使得位移顶杆在位移导管内一定范围的滑动，将波纹管内径变形转换成位移传感器的轴向位移，从而测定塑料波纹管内径变形量。
18.作为本实用新型的一种优选方案，所述贴合压脚设置于位移传感器组件的上侧与下侧。
19.在本技术方案中，上、下两侧的贴合压脚，可以使贴合压脚紧密贴合波纹管内壁。
20.作为本实用新型的一种优选方案，当测定装置初始状态不受力时，位移导管和位移顶杆紧密贴合。
21.作为本实用新型的一种优选方案，所述位移传递连接杆在初始状态时，与位移传感器组件之间具有角度α。
22.在本技术方案中，铰接的位移传递杆始终与传感器导管、位移顶杆保持一定的角度。
23.作为本实用新型的一种优选方案，所述角度α为37
°
。
24.作为本实用新型的一种优选方案，还包括配重块，所述配重块位于位移顶杆远离传感器的一端所述配重块与传感器的质量相同。
25.在本技术方案中，用来确保测定装置两端重量基本相等，避免单边倾倒。
26.作为本实用新型的一种优选方案，所述贴合压脚的外端面与塑料波纹管内壁相配。
27.作为本实用新型的一种优选方案，所述贴合压脚的截面为圆弧形或平面。
28.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
29.本实用新型的测定装置确保塑料波纹管环刚度检验过程中，可以准确、有效地测定塑料波纹管的内径变形量，伸缩弹簧元件自身的拉力，通过位移传递连接杆传递到贴合压脚，使贴合压脚紧密贴合波纹管内壁，当波纹管垂直方向受力且内径产生微小的变形量时，本实用新型的测定装置就可以准确测定其变形量大小，最大程度减小因测定装置自身受弯产生变形而影响测量结果；本实用新型的测定装置针对不同规格的塑料波纹管可快速调节测定装置的高度，只需要按塑料波纹管内径(或短轴)的大小范围安装测定装置即可；本实用新型的测定装置的外形较小，位移传感器组件位于塑料波纹管外部，可适用小直径的塑料波纹管，特别是扁形塑料波纹管；本实用新型的测定装置在塑料波纹管环刚度检验测定塑料波纹管内径变形量时，安装、拆卸非常简便，不需要安装额外的辅助固定装置，工作效率高。
附图说明
30.图1是本实用新型的一种结构示意图。
31.图2是图1的爆炸图。
32.图3是本实用新型的工作状态图。
33.图4是图1的a
‑
a截面图。
34.图5是图1的另一种a
‑
a截面图。
35.图6是本实用新型的结构原理图。
36.图中，1.位移传感器组件；2.伸缩弹簧元件；3.贴合压脚；4.位移传递连接杆；11.传感器；12.位移导管；13.位移顶杆；14.配重块；5.塑料波纹管；6.试验机上压板；7.试验机下压板。
具体实施方式
37.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
38.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。
39.参见图1与图2，本实用新型提供了一种塑料波纹管内径变形量测定装置，包括包括位移传感器组件1、伸缩弹簧元件2、贴合压脚3、位移传递连接杆4四大部分，位移传感器组件包括传感器11、位移导管12、位移顶杆13、配重块14。所述位移顶杆13可以在位移导管12内自由滑动，伸缩弹簧元件2两端分别与位移导管12、位移顶杆13固定连接，外置的伸缩弹簧元件2可使位移顶杆13始终在位移导管12内一定范围的滑动，当测定装置初始状态不受力时，位移导管12和位移顶杆13紧密贴合，即传感器11的零点。贴合压脚3通过位移传递连接杆4分别与位移导管12、位移顶杆13铰接，铰接的位移传递杆4始终与位移导管12、位移顶杆13保持一定的角度。
40.参见图4与图5，贴合压脚的外端面与塑料波纹管内壁相配，以适用于不同型号、不同规格的塑料波纹管内径变形量的测定，例如：圆形波纹管，管内径：50mm～130mm或者扁形波纹管，短轴：22mm。
41.当塑料波纹管管节垂直方向受力时，波纹管内径方向产生位移，位移传递到贴合压脚，贴合压脚两侧的位移传递杆发生转动，使位移顶杆和传感器位移导管产生相对位移，通过一定的函数关系，将波纹管内径变形转换成位移传感器的轴向位移，从而测定塑料波纹管内径变形量。小型配重块的质量和传感器的质量相同，用来确保测定装置两端重量基本相等，避免单边倾倒。
42.参见图6，在初始状态时，位移传递连接杆的长度为l1，l1在测定过程中一直是个定量；同一个贴合压脚上两侧的位移传递连接杆连接处的距离为l2，l1在测定过程中一直是个定量；l1与水平线夹角为37
°
，l1与l2组成的钝角为143
°
；当波纹管受力后，本发明装置变形后的状态，l1与水平线夹角小于37
°
，l1与l2组成的钝角大于143
°
。
43.y为内径方向的单侧变形量，x为位移顶杆和传感器位移导管产生单侧相对位移量
(传感器位移量)；因为本发明装置上、下对称，左、右对称，当内径总变形量为y y，即2y时，传感器位移量为x x，即2x，该过程可简化为：当内径总变形量为y时，传感器位移量x。为得出内径总变形量与传感器位移量的关系，需要求出x与y的关系式。
44.例举求解过程，选定其中一个型号的测定装置求解：
45.初始状态时(传感器读数为0)，设定一个长边a，短边b，斜边l1的直角三角形。
46.变形状态时，设定一个长边a x，短边b
‑
y，斜边l1的直角三角形。
47.勾股定理得出：
48.a2 b2＝l
12
；(x a)2 (b
‑
y)2＝l
12
49.即：a2 b2＝(x a)2 (b
‑
y)250.(x a)2＝a2 b2‑
(b
‑
y)251.(x a)2＝a2 b2‑
b2‑
y2 2by
52.(x a)2＝a2‑
y2 2by
[0053][0054][0055]
x变量取正值，即：
[0056][0057]
同理可得出：
[0058][0059]
式中的a、b可根据具体波纹管内径的大小，选择合适大小的尺寸，只要符合a2 b2＝l
12
即可。参见图3，在试验机上做塑料波纹管环刚度检验时，需要测定波纹管内径变形量，按照以下步骤进行：
[0060]
(1)塑料波纹管取样，试样的长度为(300
±
10)mm；
[0061]
(2)将波纹管试样装在试验机的下压板上，并调整好上压板位置，使试验机上压板与下压板之间的距离，使压板刚好贴合塑料波纹管试样；
[0062]
(3)根据波纹管的型号、规格，选择合适的测定装置；
[0063]
(4)安装本测定装置，轻轻按压测定装置贴合压脚，当其高度略小于波纹管试样内径，将其推入波纹管试样内部，当贴合压脚贴住波纹管试样内壁时，继续往里推入测定装置，直至贴合压脚位于波纹管试样的中心位置(在圆形波纹管试样内安装时，确保本测定装置处于竖直状态)，这个时候位移导管和位移顶已经产生一定的位移，作为环刚度检验时的初始位移；
[0064]
(5)设定好试验机的程序，开始试验，上压板缓慢下降，上压板与下压板之间的距离慢慢减少，波纹管试样开始受力，测定装置开始产生位移；
[0065]
(6)从试验开始产生的位移减去步骤(4)中的初始位移，其值等于为波纹管试样原内径(或扁形管节短轴)的3％时，试验结束，记录此时试验机的力值；
[0066]
(7)试验机的上压板与下压板分离、取出波纹管试样，从试样中取出测定装置，依次进行下一个试样的测定。
[0067]
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质
上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。