一种高密度聚乙烯管道自然老化装置及测试方法

1.本发明涉及暴晒实验装置技术领域，具体涉及一种高密度聚乙烯管道自然老化装置及测试方法。


背景技术：

2.pe管(聚乙烯材料)由于材料自身强度高、耐磨性好、无毒、重量轻、安装方便等优良特点。因此pe管道被广泛应用于城市燃气、供水及农业灌溉等各个方面。对于户外使用高密度聚乙烯管道，其耐候性、耐光照和抗氧化性能要求越来越高，自然环境老化实验是利用自然环境条件或自然介质进行的实验，相较于室内加速老化，自然环境老化实验结果更符合实际，更能反映材料在实际环境中的老化行为，目前多采用户外曝晒的方式来验证材料的属性。
3.现有的暴晒架一方面角度和方位不能随太阳移动而移动，不能适应各个角度的曝晒实验，另一方面只能曝晒标准试样，不能模拟真实工况。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高密度聚乙烯管道自然老化装置及测试方法。
5.本发明公开了一种高密度聚乙烯管道自然老化装置，包括支撑框架、管道夹持装置、方位角旋转装置；所述支撑框架的一侧可伸缩，所述管道夹持装置一端与所述支撑框架可伸缩一侧固定连接，另一端与所述支撑框架相对一侧旋转连接；所述方位角旋转装置固接于所述支撑框架上，所述管道夹持装置包括矩形框架，所述矩形框架活动设有一根试样夹持梁；
6.其中，所述方位角旋转装置包括电机、旋转杆以及固接于所述旋转杆上的十字形连杆，所述十字形连杆的外端分别连接所述支撑框架上，所述电机驱动所述旋转杆运动，进而通过所述十字形连杆带动所述支撑框架运动。
7.优选的是，还包括气象站和控制器，所述气象站用于监测环境信息，且将所述环境信息发送至所述控制器，所述控制器根据所述环境信息分别控制所述电机运动和所述支撑框架做伸缩运动。
8.优选的是，还包括气压模拟装置，所述气压模拟装置包括空气压缩机、三通管、气压计以及密封套，所述密封套设于聚乙烯管道的两端，所述三通管相对两端口分别连接所述空气压缩机和所述密封套，另一端口连接所述气压计。
9.优选的是，所述管道夹持装置包括矩形框架、丝杆、管夹和管托，所述矩形框架内间隔平行设有多个所述丝杆，所述丝杆上设有至少一个所述管托以及至少两个所述管夹，且每个所述管托的两侧相对设有所述管夹。
10.优选的是，所述管道夹持装置还包括驱动所述管夹运动的驱动装置，所述驱动装置包括驱动器和驱动轮，
11.其中，所述丝杆上位于所述管托的两侧分别设有方向相反的丝杆螺纹，所述管夹滑动设于所述丝杆螺纹上，所述丝杆的一端穿过所述矩形框架与所述驱动轮连接，所述驱动器驱动所述驱动轮转动，通过所述丝杆带动所述管夹在所述丝杆上做往复直线运动。
12.优选的是，设于所述丝杆上的所述驱动轮之间通过链条连接。
13.本发明还公开了一种高密度聚乙烯管道自然老化装置及测试方法的制备方法，包括：
14.将聚乙烯管道固定设于管道夹持装置上；
15.在控制器上预先设置暴晒参数；
16.气象站采集环境信息，并将环境信息发送至所述控制器上；
17.所述控制器根据所述环境信息和所述暴晒参数，分别启动气压模拟装置、电机或/和支撑框架，实时调节所述聚乙烯管道的照射角度以及管内压力；
18.当达到所述暴晒参数后，所述控制器发出预警信息。
19.优选的是，环境信息包括时间、温度、湿度、降雨量、光照强度、太阳总辐射量和紫外线辐射量。
20.优选的是，实时调节所述聚乙烯管道的照射角度包括：
21.根据所述环境信息，获得太阳的赤纬角δ、平太阳时tf、真太阳时ts、时角ω；
[0022][0023]
tf＝-4ξ 60z；
[0024][0025][0026]
式中：n为当日在该年中的日序数；h、m、s分别为时间小时、分钟以及秒；ξ为经度；z为时区；
[0027]
根据所述太阳的赤纬角δ和纬度φ，计算太阳俯仰角α和方位角ψ；
[0028]
α＝arcsin(sinφsinδ cosφcosδcosω)；
[0029][0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0031]
本发明根据气象站测量的气象信息，自动进行俯仰角和方位角的调整，能够适应不同工况的曝晒实验，且可曝晒的试样种类多，并且可以直接曝晒管道，管道管径可调，管道内部可以加压，更加符合实际使用工况。
附图说明
[0032]
图1为本发明高密度聚乙烯管道自然老化装置的结构示意图；
[0033]
图2为本发明高密度聚乙烯管道自然老化装置中方位角旋转装置的结构示意图；
[0034]
图3为本发明高密度聚乙烯管道自然老化装置中管道夹持装置的局部图；
[0035]
图4为本发明高密度聚乙烯管道自然老化装置中管道夹持装置的正视图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0038]
参照图1，本发明提供一种高密度聚乙烯管道自然老化装置包括支撑框架、管道夹持装置、方位角旋转装置；支撑框架的一侧可伸缩，管道夹持装置一端与支撑框架可伸缩一侧固定连接，另一端与支撑框架相对一侧旋转连接；方位角旋转装置固接于支撑框架上，
[0039]
具体地，支撑框架包括伸缩杆ⅰ(2)、伸缩杆ⅱ(38)、横梁ⅰ(3)、横梁ⅱ(5)、横梁ⅲ(7)、横梁ⅳ(8)、竖杆(22)、横梁
ⅴ
(23)、横梁ⅵ(50)，横梁ⅰ(3)分别连接伸缩杆ⅰ(2)和伸缩杆ⅱ(38)且随着伸缩杆作伸缩运动，横梁ⅱ(5)、相对设置的两根横梁
ⅴ
(23)以及横梁ⅵ(50)构成上层框架且横梁ⅱ(5)、横梁ⅵ(50)分别连接伸缩杆ⅰ(2)、伸缩杆ⅱ(38)中的固定杆，即不随着伸缩杆作运动。两根横梁ⅲ(7)、横梁ⅳ(8)组成下层框架，这样设置保证支撑框架的稳定性以及称重性。为了保证支撑框架移动方便在其底端设有万向轮(13)。
[0040]
参照图2，方位角旋转装置包括电机、旋转杆(21)以及固接于旋转杆(21)上的十字形连杆，十字形连杆的外端分别连接支撑框架上，电机驱动旋转杆(21)运动，进而通过十字形连杆带动支撑框架运动。
[0041]
具体地，旋转杆(21)通过脚架(14)固定在水平地面上；伸缩杆ⅰ(2)、竖杆(22)和伸缩杆ⅱ(38)通过万向轮(13)支撑在水平地面上；电机ⅰ(12)通过键(15)与主动圆锥齿轮(16)进行连接，带动从动圆锥齿轮(17)进行旋转；轴承ⅰ(20)和轴承ⅲ(45)固定在旋转杆(21)上，轴承ⅰ(20)外围与十字架ⅰ(18)和从动圆锥齿轮(17)进行固定，轴承ⅲ(45)外围与十字架ⅱ(46)进行固定，十字架ⅰ(18)和十字架ⅱ(46)与伸缩杆ⅰ(2)、竖杆(22)和伸缩杆ⅱ(38)进行焊接相连，从动圆锥齿轮(17)旋转会带动十字架ⅰ(18)旋转，从而电机可以带动高密度聚乙烯管道户外曝晒装置整体框架进行以旋转杆(21)为圆心的旋转，从而改变曝晒架的方位角。
[0042]
进一步地，还包括气象站和控制器，气象站用于监测环境信息，且将环境信息发送至控制器，控制器根据环境信息分别控制电机运动和支撑框架做伸缩运动。
[0043]
具体地，气象站和控制器均固接于支撑框架上，且控制器设于控制箱内，该控制箱，且控制器包括处理器以及显示器，该显示可以直观的看到各类气象信息。
[0044]
继续参照图1，还包括气压模拟装置，气压模拟装置包括空气压缩机、三通管、气压计以及密封套，密封套设于聚乙烯管道的两端，三通管相对两端口分别连接空气压缩机和密封套，另一端口连接气压计。通过该结构，可以往高密度聚乙烯管道内部施加气压，模拟真实使用工况。
[0045]
参照图3和4，管道夹持装置包括矩形框架、夹持梁、丝杆、管夹和管托，矩形框架内间隔平行设有多个丝杆，丝杆上设有至少一个管托以及至少两个管夹，且每个管托的两侧相对设有管夹。
[0046]
具体地，矩形框架包括斜梁ⅰ(1)、斜梁ⅱ(37)以及设置在两个斜梁之间的多个试样夹持梁ⅰ(40)，斜梁ⅰ(1)和斜梁ⅱ(37)上部与横梁ⅰ(3)进行配合，只固定其横向位移，其纵向位移不添加约束，斜梁ⅰ(1)和斜梁ⅱ(37)下部通过合页(4)与横梁
ⅴ
(23)进行相连，当伸缩杆伸缩时，斜梁ⅰ(1)和斜梁ⅱ(37)会以横梁
ⅴ
(23)为圆心进行旋转运动，从而改变曝晒架的俯仰角。矩形框架内活动设有一根试样夹持梁ⅱ(31)，该试样夹持梁ⅱ(31)可在斜梁ⅰ(1)、斜梁ⅱ(37)之间进行上下移动。在矩形框架内可以在该试样夹持梁ⅱ(31)和试样夹持梁ⅰ(40)之间放置标准试样(30)和拉伸试样(34)，拉伸试样(34)用来进行拉伸性能测试，曝晒后不用二次加工；标准试样(30)用来测定红外、硬度、维卡软化、高温凝胶色谱、扫描电镜等差示扫描量热。
[0047]
进一步地，管道夹持装置还包括驱动管夹运动的驱动装置，驱动装置包括驱动器和驱动轮，
[0048]
其中，丝杆上位于管托的两侧分别设有方向相反的丝杆螺纹，管夹滑动设于丝杆螺纹上，丝杆的一端穿过矩形框架与驱动轮连接，驱动器驱动驱动轮转动，通过丝杆带动管夹在丝杆上做往复直线运动。设于丝杆上的驱动轮之间通过传送带连接。
[0049]
具体地，驱动器为电机，为方便安装电机，将十字形连杆加宽为支撑板，可将电机ⅱ(24)固定在支撑板(44)上。上述驱动轮可以为齿轮或链轮等，其驱动连接方式为常见电机驱动方式。
[0050]
在本实施例中，电机ⅱ(24)固定在支撑板(44)上，与链轮ⅵ(48)进行相连，链轮ⅵ(48)通过链条ⅲ(49)带动链轮
ⅴ
(25)转动。固定棒(27)焊接在横梁ⅵ(50)上，其通过轴承ⅱ(26)与链轮
ⅴ
(25)进行相连，链轮
ⅴ
(25)通过链条ⅱ(28)带动链轮ⅳ(29)转动；链轮ⅳ(29)通过链条ⅰ(35)带动链轮ⅲ(32)、链轮ⅱ(33)和链轮ⅰ(36)转动；这样传动，当斜梁ⅱ(37)进行转动时，并不会影响各个链轮之间的相对距离，仍具有较为优秀的传动性。链轮ⅰ(36)固定在丝杆(39)一端，丝杆(39)穿过斜梁ⅱ(37)，与链轮ⅰ(36)进行焊接连接，丝杆(39)连接管夹(41)与管托(47)，当丝杆(39)转动时，可以调节管夹(41)间距离，当固定不同管径的管道时，需要更换管夹(41)。
[0051]
本发明还公开了一种高密度聚乙烯管道自然老化装置的测试方法包括：
[0052]
将聚乙烯管道固定设于管道夹持装置上；
[0053]
在控制器上预先设置暴晒参数；
[0054]
气象站采集环境信息，并将环境信息发送至控制器上；
[0055]
控制器根据环境信息和暴晒参数，分别启动气压模拟装置、电机或/和支撑框架，实时调节聚乙烯管道的照射角度以及管内压力；
[0056]
当达到暴晒参数后，控制器发出预警信息。
[0057]
进一步地，环境信息包括时间、温度、湿度、降雨量、光照强度、太阳总辐射量和紫外线辐射量。
[0058]
再进一步地，实时调节聚乙烯管道的照射角度包括：
[0059]
根据环境信息，获得太阳的赤纬角δ、平太阳时tf、真太阳时ts、时角ω；
[0060][0061]
tf＝-4ξ 60z；
[0062][0063][0064]
式中：n为当日在该年中的日序数；h、m、s分别为时间小时、分钟以及秒；ξ为经度；z为时区；
[0065]
根据太阳的赤纬角δ和纬度φ，计算太阳俯仰角α和方位角ψ；
[0066]
α＝arcsin(sinφsinδ cosφcosδcosω)；
[0067][0068]
具体地，气象站(19)可实时获取时间参数、检测环境数据，包括但不限于环境温度、湿度、降雨量、光照强度、太阳总辐射量和紫外线辐射量等，并将参数反馈给曝晒架，气压计(9)的压力数据也反馈给控制器；控制箱(6)接收到参数进行存储与显示，通过控制箱(6)设置不同的曝晒方式，可以自动跟踪太阳角度和给高密度聚乙烯管道试样添加压力；当曝晒参数达到预设时，会发出远程预警，提醒工作人员取下试样进行性能测试。进行性能测试时，只取其上半部分，测试性能包括表面硬度、红外光谱、扫描电镜、差示扫描量热、高温凝胶色谱、维卡软化温度、拉伸性能、环柔性、静液压强度、耐冲击强度。
[0069]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。