專利名稱：一種多功能管材檢驗和材料試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種管材檢驗及材料試驗裝置，特別是用于高分子材料、復合材料、梯度材料等新材料的一種多功能管材檢驗和材料試驗裝置，屬試驗力學裝置技術領域。
技術背景 目前管材內壓測試多采用水壓法(參見GB/T6111-2003流體輸送用熱塑性塑料管材耐內壓試驗方法)，不同規(guī)格、材質的管材需配置不同的封頭；管材規(guī)格愈大、或承受壓力愈高，則封頭愈昂貴；試驗時，管材兩端受封頭約束，從而改變了管材的受力狀態(tài)，影響了測試結果的準確性；為消除封頭的影響，需加長管材試樣，從而導致材料的浪費，也需增加試壓供水量，影響試驗效率；另外，不同規(guī)格、材質的管材，試樣的合理長度也不同。另外，管材承受外壓的能力以管材的環(huán)剛度來衡量。環(huán)剛度的測量方法是兩點對壓法，未考慮實際工況中土壤對管材的支撐作用。對此，目前尚缺乏系統(tǒng)地研究。更沒有科學合理的實驗機。對于大口徑管材，目前尚缺乏有效的測試方法和設備。目前各種高分子硬質材料、復合材料硬質材料性能測試尚沒有相應的測試儀器和設備，仍沿用金屬材料的測試手段和方法，例如GB/T 1040. 2-2006塑料拉伸性能試驗方法、GB1446-2005纖維增強塑料性能試驗方法總則。較為常用的試驗設備是萬能材料試驗機。材料性能測試結果的準確性取決于測試方法和試樣制作方法。與萬能材料試驗機相配套的材料試樣通常為啞鈴形(拉伸)、長方形(彎曲或剪切)和圓柱(方柱)形(壓縮)。由于金屬材料材質較均勻，且對溫度不甚敏感，試樣制作方法對材料的影響甚小，故利用萬能試驗機測試結果較為準確。高分子材料對溫度敏感，在機械加工試樣時會不同程度損傷其表面，從而影響材料性能的測試結果。試樣制作方法、試樣表面的損傷程度、加工表面積的大小等均會影響測試結果，有時會造成很大的差異。復合材料的材質極不均勻，機械加工會對試樣表面造成嚴重損傷。在垂直于纖維的方向上力的傳遞性較差，當纖維鋪設方向與受力方向不一致時，試樣易發(fā)生扭曲，從而影響測試結果.因此啞鈴形試樣不適于長纖維復合材料。梯度性材料為新興材料，發(fā)展極為迅速。梯度性材料試樣在萬能機上拉伸或壓縮時，其內力的合力已偏離橫截面形心，與外力的合力不在同一縱向軸線上，從而形成拉伸-彎曲組合或壓縮-彎曲組合。因此，萬能試驗機難以測試梯度性材料的拉伸和壓縮性倉泛。測試結果的不準確，特別是對于長纖維復合材料、梯度材料，測試結果失真較大，嚴重影響了復合材料的研究和產(chǎn)品開發(fā)工作。
發(fā)明內容本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術存在的上述缺點，根據(jù)圓環(huán)承受徑向(內、外)均布壓力時，其環(huán)向為拉伸或收縮原理，提供一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，解決管材特別是大口徑管材和高分子硬質材料、復合材料硬質材料、梯度性材料的檢驗。本實用新型所采取的具體技術方案是一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，主要有圓形檢驗件卡盤、支撐圓筒、滾動支撐架、定位板、壓力傳感器、位移傳感器、總液壓缸和控制柜組成。 所述的圓形檢驗件卡盤是2n塊相等的同心扇形板，相鄰扇形板間環(huán)向間隙相等，其正面有若干不同深度和寬度的同心環(huán)形溝槽、背面固定有2n個定位板和4n個滾動支撐架，每塊同心扇形板的背面固定有一塊定位板和二個滾動支撐架，同心扇形板的定位板與分液壓缸活塞由圓柱銷活動連接。(η是> 2的自然數(shù))所述的總液壓缸固定在支撐圓筒的底板上，在其上部同一平面上，向外伸出2η個分液壓缸，分液壓缸穿過滾動支撐架的圓孔，分液壓缸活塞端部與固定在同心扇形板上的定位板用圓柱銷活動連接。(η是> 2的自然數(shù))所述的滾動支撐架上有和分液壓缸外徑相等的圓孔，圓孔內裝有2η組雙排滾動鋼球。(η是彡2的自然數(shù))所述的同心環(huán)形溝槽的橫截面為矩形，深度大于或等于檢驗件的長度，寬度參照管材規(guī)格和材料環(huán)狀試樣確定。同心扇形板和分液壓缸的個數(shù)根據(jù)多功能管材檢驗及材料實驗裝置的精度和等級確定。滾動支撐架圓孔內雙排滾動鋼球的組數(shù)根據(jù)分液壓缸直徑的大小確定。在分液壓缸活塞處安裝位移傳感器，液壓站安裝壓力傳感器，液壓站與總液壓缸經(jīng)輸油管、閥門連接在一起，并與控制柜相連接?？刂埔簤赫緣毫κ狗忠簤焊谆钊l(fā)生位移，帶動同心扇形板徑向移動，既可對放在同心環(huán)形溝槽內的環(huán)狀試樣做拉伸、壓縮等力學性能試驗。圓形檢驗件卡盤有若干個不同深度和寬度的同心環(huán)形溝槽，如此，可以對不同材質不同規(guī)格的管材進行性能檢驗，或對不同直徑的環(huán)狀材料試樣進行測試。與現(xiàn)有材料試驗機相比較，本實用新型具有如下優(yōu)點試樣形狀規(guī)則，加工表面少，可大大減少因試樣表面損傷而帶來的測量誤差。試樣不需夾持，由此可消除夾具帶來的測量誤差。另外，也節(jié)省了夾具制造費用。材料的拉伸、壓縮、彎曲試樣形狀、尺寸一致，減少了因機械加工而帶來的測量誤差，所測材料性能一致性較好。材料試樣環(huán)向均勻受力，在垂直于纖維方向不需進行力的傳遞，試樣也不易扭曲，因此，適用于長纖維復合材料的性能測量。材料試樣環(huán)向無外力，內力自相平衡，無力矩產(chǎn)生，適用于梯度性工程材料的性能測量。與現(xiàn)有管材試驗設備相比較，本實用新型具有如下優(yōu)點管材試樣兩端不需加裝封頭，既消除了封頭帶來的測量誤差，又減少了封頭制造費用。管材試樣長度對測量結果影響較小，管材性能測試時僅需短圓環(huán)即可，因此減少了材料消耗，降低了測量費用。通過增加加力點的數(shù)量、加大加力桿的長度和直徑，可以測量大口徑管材的性能，從而可解決大型管材性能測試這一難題。通過調整各加力點內縮力的大小，可模擬土壤對埋地管道的作用，這是目前管材試驗設備無法做到的?？蓪崿F(xiàn)管材性能現(xiàn)場測試。本發(fā)明既可用于測試復合材料、管材的各種性能，又可用于測試金屬材料、建筑材料的各種性能，具有一機多用、操作簡便、測試快速準確、可現(xiàn)場使用等優(yōu)點?？蓮V泛適用于 國家監(jiān)督檢驗機構、科研院所、高等院校、管材生產(chǎn)廠家和管道施工單位。

圖一是一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置示意圖I、控制柜，2、液壓站，3、輸油管，4、閥門，5、支撐圓筒，6、總液壓缸，7、定位板，8、活塞，9、分液壓缸，10、滾動支撐架，11、同心扇形板，12、位移傳感器，13、壓力傳感器，14、圓柱銷，17、鋼球。圖二是圓形檢驗件卡盤俯視圖7、定位板，10、滾動支撐架，11、同心扇形板，15、同心環(huán)形溝槽1_4，16、相鄰扇形板間環(huán)向間隙。圖二是圓形檢驗件卡盤A-A首I]視圖7、定位板,10、滾動支撐架，11、同心扇形板,15、同心環(huán)形溝槽1_4，17、鋼球。
具體實施方式
以同心扇形板11塊數(shù)2η等于4(η = 2)為實施例，對本實用新型做進一步說明本實施例所述的多功能管材檢驗及材料試驗裝置，可以分別檢驗外徑為110、200、315和500mm的四種PE管材及材料性能。將外徑為110、200、315和500mm四種PE管材，對照PE管材規(guī)格尺寸表，分別求得平均壁厚。在一厚度60mm、直徑550mm的鋼制圓盤的一個平面上,加工出4個同心環(huán)形溝槽15，各同心環(huán)形溝槽15尺寸如下溝槽I :外徑112mm,內徑88mm,深度35_ ；溝槽2 :外徑202mm,內徑162mm,深度35_ ；溝槽3 :外徑318mm,內徑256mm,深度35_ ；溝槽4 :外徑504mm,內徑408mm,深度35_。將制作好同心環(huán)形溝槽15的鋼制圓盤，經(jīng)圓心均勻分割成4塊同心扇形板11，相鄰兩塊同心扇形板11之間的同心環(huán)向間隙16為15mm。把分割成同心扇形板11后的圓形檢驗件卡盤，在沒有同心環(huán)形溝槽15的一面，固定定位板7和滾動支撐架10?？傄簤焊?固定在支撐圓筒5的底板上，把每個分液壓缸9穿過同心扇形板11背面的滾動支撐架10上的圓孔，分液壓缸活塞8與定位板7用圓柱銷14活動連接。在分液壓缸活塞8處安裝位移傳感器12，液壓站2安裝壓力傳感器13，液壓站2與液壓缸總成6經(jīng)輸油管3、閥門4連接在一起，與控制柜I相連接?？刂埔簤赫?壓力使活塞8發(fā)生位移，帶動同心扇形板11徑向移動，既可對放在同心環(huán)形溝槽15內的環(huán)狀試樣做拉伸、壓縮等力學性能試驗。[0045]使用本實用新型時，可參照以下步驟I、制備試樣。在待檢管材上切割規(guī)定長度的試樣，或用待檢材料作成規(guī)定直徑和長度圓環(huán)；2、把制備好的待檢試樣，放入本實用新型的同心扇形板的同心環(huán)形溝槽內；3、在控制柜的操作盤上鍵入規(guī)定數(shù)椐，做好記錄；4、啟動指令按紐，液壓系統(tǒng)開始工作，達到設定值分液壓缸活塞移動停止或待檢試樣破壞時，做好記錄；5、根據(jù)記錄的液壓站壓力、扇形板徑向位移量等數(shù)據(jù)，既可測量出材料或管材的力學性能。
權利要求1.一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，主要有圓形檢驗件卡盤、支撐圓筒、滾動支撐架、定位板、壓力傳感器、位移傳感器、總液壓缸和控制柜組成，其特征是所述的圓形檢驗件卡盤是2n塊相等的同心扇形板，相鄰扇形板間環(huán)向間隙相等，其正面有若干不同深度和寬度的同心環(huán)形溝槽、背面固定有2n個定位板和4n個滾動支撐架，每塊同心扇形板的背面固定有一塊定位板和二個滾動支撐架，同心扇形板的定位板與分液壓缸活塞由圓柱銷活動連接，n是彡2的自然數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的多功能管材檢驗及材料試驗裝置，其特征是總液壓缸固定在支撐圓筒的底板上，在其上部同一平面上，向外伸出2n個分液壓缸，分液壓缸穿過滾動支撐架的圓孔，分液壓缸活塞端部與固定在同心扇形板上的定位板用圓柱銷活動連接，n是彡2的自然數(shù)。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，其特征是滾動支撐架上有和分液壓缸外徑相等的圓孔，圓孔內裝有2n組雙排滾動鋼球，n是> 2的自然數(shù)。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，其特征是同心環(huán)形溝槽的橫截面為矩形，深度大于或等于檢驗件的長度，寬度參照管材規(guī)格和材料環(huán)狀試樣確定。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能管材檢驗及材料試驗裝置，主要有圓形檢驗件卡盤、支撐圓筒、滾動支撐架、定位板、壓力傳感器、位移傳感器、總液壓缸和控制柜組成。所述的圓形檢驗件卡盤是2n(n是≥2的自然數(shù))塊相等的同心扇形板，相鄰扇形板間環(huán)向間隙相等，其正面有若干不同深度和寬度的同心環(huán)形溝槽，控制液壓站壓力使分液壓缸活塞發(fā)生位移，帶動同心扇形板徑向移動，既可對放在同心環(huán)形溝槽內的環(huán)狀試樣做拉仲、壓縮等力學性能試驗。本實用新型既可用于測試復合材料、管材的各種性能，又可用于測試金屬材料、建筑材料的各種性能，具有一機多用、操作簡便、測試快速準確、可現(xiàn)場使用等優(yōu)點。
文檔編號G01N3/10GK202383022SQ201120474819
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者吳坤, 張高峰, 王健軍, 盛宏玉, 陳志敏 申請人:合肥華宇橡塑設備有限公司