CN105043902B - 一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置及方法；所述装置包括测试平台，固定栓和固定架，以及通过螺纹连接转动设置在固定架上的螺杆组合；螺杆组合对称分布的螺杆贯穿固定架设置，螺杆的一端依次设置转动装置和行程控制装置，另一端设置有顶紧楔块；顶紧楔块内部设置压力传感器；行程控制装置包括电机和位移控制器；固定栓布置固定架的中轴线上，且与转动装置位于同一侧；固定栓上设置有用于连接非金属管材两端的连接件。所述方法有两种，一是将试验管材的两端固定，调整螺杆组合的相应位置，推动管体弯曲变形至设定的弯曲半径；二是调整好螺杆组合的相应位置，牵引试验管材两端使管体与螺杆组合完全贴合至设定弯曲半径。

Description

一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置及方法

技术领域

本发明涉及管材的最小弯曲半径测试技术领域，具体为一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置及方法。

背景技术

耐腐蚀性能优良的非金属管材正成为陆地和海洋油气集输用管线的一个重要选择。非金属管材尤其是增强热塑性复合管最大的优点就是柔性好，具有很小的弯曲半径，这一优势使得卷管法铺设成为可能，大大节省了铺设成本；同时使得长距离管材的存储与输运变得十分便利。但在非金属管材存储、安装和正常使用过程中，当其受到的弯曲超过其最小弯曲半径时，管材的各个组成单元受到弯曲影响，其性能指标会明显下降，将严重影响非金属管材的服役性能和使用寿命。因此，对不同类型的非金属管产品，测试确定其最小弯曲半径成为当前亟需解决的问题。

对于非金属管材最小弯曲半径测试，现有的实验装置大多是针对某一特点弯曲半径制成的固定占座，然后将管材按照占座的形状进行敷设，以其达到占座的弯曲半径。每次测试只能形成一种弯曲半径模拟，如果要做几组不同半径的弯曲测试，则需要制造几个不同半径的固定占座，测试成本高、效率低。

专利(CN102506665A)采用两扇相同形状尺寸的面板以及配套的螺栓制备了一种用于海洋柔性管缆最小弯曲半径测试的可变弯曲半径实验装置，它通过调整圆弧螺栓与水平螺栓的距离形成不同弯曲半径的构型线。但也仅仅能够满足半径从1米到3米范围(且必须是0.5米增量)的弯曲半径要求，不能实现任意弯曲半径条件下的测试。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种使用简单，操作方便，测试范围广的可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置，包括测试平台，固定在测试平台上的固定栓和固定架，以及通过螺纹连接转动设置在固定架上的螺杆组合；螺杆组合包括至少三个平行的螺杆，对称分布的螺杆贯穿固定架设置，螺杆的一端依次设置转动装置和行程控制装置，另一端设置有用于贴合非金属管材的顶紧楔块；顶紧楔块内部设置压力传感器；行程控制装置包括电机和位移控制器；电机的输出端与转动装置连接，控制端连接位移控制器的输出端；压力传感器的输出端连接位移控制器的输入端；固定栓布置固定架的中轴线上，且与转动装置位于同一侧；固定栓上设置有用于连接非金属管材两端的连接件。

优选的，固定架包括若干平行设置的固定板，螺杆贯穿过其移动路径上的全部固定板设置。

优选的，连接件采用手扳葫芦，手扳葫芦的一端通过接头与同侧的非金属管材的端头连接。

优选的，转动装置采用固定在螺杆上的手轮，手轮外侧中间设置有内六角螺母，电机的输出端通过六角螺栓与内六角螺母连接传动。

优选的，顶紧楔块通过转接块与螺杆连接；转接块分别与螺杆和顶紧楔块通过螺纹连接。

进一步，顶紧楔块的一侧呈圆弧状，另一侧呈平面设置，顶紧楔块通过平面侧与转接块连接。

优选的，顶紧楔块采用橡胶制成，其内部装配的压力传感器采用压阻式传感器。

优选的，固定板采用钢板制成，固定板焊接固定在测试平台上。

一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，包括如下步骤，

步骤1，样品准备：截取试验管材；

步骤2，将试验管材两端接头与两组手扳葫芦连接，固定在固定栓上，调整两组手扳葫芦链条长度相同，链条长度等于设定弯曲半径；

步骤3，试样弯曲：首先调整螺杆组端头全部与管材贴紧，并通过压力传感器设定管材挤压力上限；计算中心螺杆端头与固定栓的距离；随后将电机与转动装置连接，将位移控制器清零并设定旋进位移，启动电机驱动中心螺杆旋进至设定位移；以此类推，驱动其他各螺杆至相应的设定位移，推动整个试验管材弯曲变形至设定的弯曲半径；

步骤4，结果判定，如果试验管材在推动弯曲至设定弯曲半径的过程中，压力传感器均未启动报警，螺杆组到达设定位移后，位移控制器控制电机停止运动，则试验管材满足最基本的最小弯曲半径设计，能够在此弯曲状态下继续进行其他性能测试；如果试验管材在推动弯曲至设定弯曲半径的过程中，试验管材挤压力到达设定上限，压力传感器启动报警并发送停止指令，位移控制器控制电机停止推进，则试验管材不符合最小弯曲半径的设计。

一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，包括如下步骤，

步骤1，样品准备：截取试验管材；

步骤2，将试验管材两端接头与两组手扳葫芦连接，固定在固定栓上，调整两组手扳葫芦链条长度相同，链条长度使得试验管材到固定栓的距离大于设定弯曲半径；

步骤3，试样弯曲：首先将电机与转动装置连接，将位移控制器清零并设定旋进位移并开始驱动旋进，调整螺杆组端头全部推进到设定弯曲半径对应的弧形位置，并通过压力传感器设定管材挤压力上限；随后启动两组手扳葫芦，拉紧试验管材两端接头，使试验管材缓慢变形，直至试验管材与螺杆组端头完全贴合；

步骤4，结果判定，如果试验管材在达到设定弯曲半径的过程中，压力传感器均未启动报警，试验管材与螺杆组端头完全贴合后，手扳葫芦停止运动，则试验管材满足最基本的最小弯曲半径设计，能够在此弯曲状态下继续进行其他性能测试；如果试验管材在达到设定弯曲半径的过程中，试验管材挤压力到达设定上限，压力传感器启动报警，停止手扳葫芦运动，则试验管材不符合最小弯曲半径的设计。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的测试装置通过固定栓将试验管材的两端固定后，调整测试平台上螺杆组合中各个螺杆的相应位置，推动管体弯曲变形至设定的弯曲半径；或者调整好螺杆组合中各螺杆的相应位置，牵引试验管材两端使管体与螺杆组合完全贴合至设定弯曲半径；从而能够通过调整螺杆组合的行程，实现任意弯曲半径的测试，测试方法简单可行，测试范围广；并且在整个装置中需更换附件少，操作简便，测试效率大大提高。同时由于设置螺杆组合与试验管材紧密贴合，使管体的弯曲基本为弧形弯曲；从而避免了单根螺杆顶紧管体形成三点弯曲的形状，有效确保了试验的精确度；而且固定栓的位置布置，使其作为弯曲半径所在圆的圆心，使得管材弯曲半径的调整非常方便快捷。通过行程控制装置的设置，采用位移控制器精确控制电机的位移，提升了管材弯曲半径的设置精度，同时确保测试简易快速。通过在顶紧楔块中设置压力传感器，简便设定顶紧楔块与管体之间的挤压力上限，可有效防止螺杆组合对非金属管体的极限损伤，有效保障了试验管材及测试系统的稳定性。

进一步的，通过若干平行固定板的设置，使得螺杆在其移动路径上的旋进和回退更加的稳定，轨迹固定，并且提高了螺杆整体的强度。

进一步的，通过采用手扳葫芦的设置使得试验管材长度能够方便的可调，并对弯曲角度实现调整。在弯曲试验管材需要的载荷过大，无法通过旋进螺杆使其弯曲的条件下，能够启动手扳葫芦牵引试验管材两端，使其发生缓慢变形，当变形的试验管材与设定的螺杆组合端头位置完全贴合时，即可达到设定的弯曲半径要求。

进一步的，通过对接触面设置为圆弧状的顶紧楔块与非金属管材贴合，均匀受力；并通过采用橡胶等软质材料，能够有效避免对非金属管体的损伤，保证测试精度，并通过不同长度的顶紧楔块满足不同口径试验管材的测试要求。

附图说明

图1为本发明实例中所述装置的结构示意图。

图2为本发明实例中所述顶紧楔块的连接主视图。

图3为图2的俯视图。

图中：1为试验管材；2为接头；3为手扳葫芦；4为固定栓；5为固定板；6为手轮；7为螺杆；8为顶紧楔块；9为测试平台；10为转接块；11为压力传感器；12为内六角螺母；13为电机；14为位移控制器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本优选实例中所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试装置，如图1所示，七组可调式螺杆7穿插在钢板内，所述钢板焊接在测试平台9上。试验管材1的两端接头2通过两组手扳葫芦3与焊接在测试平台9上的固定栓4连接。电机13通过内六角螺母12与手轮6连接后，采用位移控制器14设定旋进位移后即可控制电机13推动转动螺杆7的精确旋进。电机13优选的采用手持式电机扳手。手轮6则可实现螺杆7的快速回退。顶紧楔块8在螺杆7的顶端，内置有压力传感器11，优选为压阻式压力传感器；顶紧楔块8与试验管材1紧密贴合。试验管材1两端用于和手扳葫芦3连接的接头2材质可以为金属或非金属。

其中，如图2所示，作为固定板5的钢板内设置有螺孔，螺杆7穿插在螺孔内。螺杆7的端头与顶紧楔块8之间通过转接块10连接。连接方式均为螺纹连接。顶紧楔块8为半圆柱形状，内置有压阻式的压力传感器11，其横截面如图3所示，其材质可选择为橡胶或其他软质材料，能够有效避免对非金属管体的损伤。为满足不同口径试验管材的测试，可更换不同长度的顶紧楔块8。

具体的，操作时，如图1所示，七组手动可调式的螺杆7形成的螺杆组合穿插在采用三排钢板作为固定板5的固定架内，并且三排钢板分别固定在测试平台9上。两组手扳葫芦3将试验管材1的两端固定。通过调整七组螺杆各自的旋进位移，缓慢推动试验管材1，使管体弯曲至设定弯曲程度，即能够满足设定弯曲半径要求。

在弯曲试验管材需要的载荷过大，无法通过旋进螺杆使其弯曲的条件下，可首先将七组螺杆7旋进至设定弯曲半径要求的位置，随后同时启动两组手扳葫芦3牵引试验管材1两端，使其发生缓慢变形。当变形的试验管材与七组螺杆的端头位置完全贴合时，停止手扳葫芦3牵引，即可达到设定的弯曲半径要求。

以下通过具体的实际测试例对其操作和使用进行详细说明。

实施例1：弯曲半径为1m的聚乙烯管材最小弯曲半径测试。

(1)样品准备：截取长度为1500mm的聚乙烯管材作为试验管材；

(2)管材连接：将加工好的聚乙烯管材两端接头与两组手扳葫芦3连接，固定在固定栓4上。调整两组手扳葫芦3链条长度相同，确保管材两端头到固定栓的距离均为1m，此时固定栓的位置即为半径1m圆的圆心。

(3)试样弯曲：首先调整七组螺杆7端头全部与管材贴紧，并通过压阻式的压力传感器11设定管材挤压力上限。计算中心螺杆端头与固定栓的距离L。随后将电机13通过内六角螺母12与中心螺杆端头的手轮6连接，将位移控制器14清零并设定旋进位移(1m-L)，即可控制电机13推动转动螺杆7精确旋进(1m-L)，此时试验管材的弯曲最高点距离固定栓(圆心)的距离即为1m。如果管材挤压力到达设定上限，压阻式的压力传感器11启动报警功能，停止旋进。以此类推，旋进其他各组螺杆，确保管材的弯曲呈标准弧形。从而可以验证1m最小弯曲半径的设计。

实施例2：弯曲半径为1m、1.5m的聚乙烯管材最小弯曲半径测试。

(1)样品准备：截取长度为2000mm的聚乙烯管材作为试验管材；

(2)管材连接：将加工好的聚乙烯管材两端接头与两组手扳葫芦3连接，固定在固定栓4上。调整两组手扳葫芦3链条长度相同，确保管材两端头到固定栓的距离均为1m，此时固定栓的位置即为半径1m圆的圆心。

(3)试样弯曲：首先调整七组螺杆7端头全部与管材贴紧，并通过压阻式的压力传感器11设定管材挤压力上限。计算中心螺杆端头与固定栓的距离L。随后将电机13通过内六角螺母12与中心螺杆端头的手轮6连接，将位移控制器14清零并设定旋进位移(1m-L)，即可控制电机13推动转动螺杆7精确旋进(1m-L)，此时试验管材的弯曲最高点距离固定栓(圆心)的距离即为1m。如果管材挤压力到达设定上限，压力传感器11启动报警功能，停止旋进。以此类推，旋进其他各组螺杆，确保管材的弯曲呈标准弧形。从而可以验证1m最小弯曲半径的设计。

(4)继续测试：分别回退两组手扳葫芦链条距离，确保管材两端头到固定栓的距离均为1.5m，并重新设定管材挤压力上限。随后旋进中心螺杆位移增量为0.5m，此时试验管材的弯曲最高点距离固定栓(圆心)的距离即为1.5m。此后，旋进其他各组螺杆，确保管材的弯曲呈标准弧形。从而可以验证1.5m最小弯曲半径的设计。同样，如果管材挤压力到达设定上限，压力传感器11启动报警功能，停止旋进。

实施例3：弯曲半径为3m的玻璃钢管材最小弯曲半径测试。

(1)样品准备：截取长度为2000mm的玻璃钢管材作为试验管材；

(2)管材连接：将加工好的玻璃钢管材两端接头与两组手扳葫芦3连接，固定在固定栓4上。设置中心螺杆端头至固定栓的距离为3m，确保手扳葫芦链条足够长，将玻璃钢管材中点贴合于中心螺杆的端头。

(3)弧形确定：以固定栓的位置即为半径3m圆的圆心，确定并调整其他螺杆端头至相应的弧形位置，并通过压阻式的压力传感器11设定管材挤压力上限。

(4)试样弯曲：同时启动两组手扳葫芦3，拉紧玻璃钢管两端接头，使管体缓慢变形，直至管体与七组螺杆7端头完全贴合。此时，便可验证最小弯曲半径的设计。同样，如果管材挤压力到达设定上限，压力传感器11启动报警功能，停止手扳葫芦3的移动。

Claims (7)

1.一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，该测试方法采用如下装置，包括测试平台(9)，固定在测试平台上的固定栓(4)和固定架，以及通过螺纹连接转动设置在固定架上的螺杆组合；

螺杆组合包括至少三个平行的螺杆(7)，对称分布的螺杆(7)贯穿固定架设置，螺杆(7)的一端依次设置转动装置和行程控制装置，另一端设置有用于贴合非金属管材的顶紧楔块(8)；顶紧楔块(8)内部设置压力传感器(11)；行程控制装置包括电机(13)和位移控制器(14)；电机(13)的输出端与转动装置连接，控制端连接位移控制器(14)的输出端；压力传感器(11)的输出端连接位移控制器(14)的输入端；

固定栓(4)布置固定架的中轴线上，且与转动装置位于同一侧；固定栓(4)上设置有用于连接非金属管材两端的连接件；

所述的连接件采用手扳葫芦(3)，手扳葫芦(3)的一端通过接头(2)与同侧的非金属管材的端头连接；

所述方法包括如下步骤，

步骤1，样品准备：截取试验管材；

步骤2，将试验管材两端接头与两组手扳葫芦(3)连接，固定在固定栓(4)上，调整两组手扳葫芦(3)链条长度相同，链条长度使得试验管材到固定栓(4)的距离大于设定弯曲半径；

步骤3，试样弯曲：首先将电机(13)与转动装置连接，将位移控制器(14)清零并设定旋进位移并开始驱动旋进，调整螺杆组端头全部推进到设定弯曲半径对应的弧形位置，并通过压力传感器(11)设定管材挤压力上限；随后启动两组手扳葫芦(3)，拉紧试验管材两端接头，使试验管材缓慢变形，直至试验管材与螺杆组端头完全贴合；

步骤4，结果判定，如果试验管材在达到设定弯曲半径的过程中，压力传感器(11)均未启动报警，试验管材与螺杆组端头完全贴合后，手扳葫芦(3)停止运动，则试验管材满足最基本的最小弯曲半径设计，能够在此弯曲状态下继续进行其他性能测试；如果试验管材在达到设定弯曲半径的过程中，试验管材挤压力到达设定上限，压力传感器(11)启动报警，停止手扳葫芦(3)运动，则试验管材不符合最小弯曲半径的设计。

2.根据权利要求1所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的固定架包括若干平行设置的固定板(5)，螺杆(7)贯穿过其移动路径上的全部固定板(5)设置。

3.根据权利要求1所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的转动装置采用固定在螺杆(7)上的手轮(6)，手轮(6)外侧中间设置有内六角螺母(12)，电机(13)的输出端通过六角螺栓与内六角螺母(12)连接传动。

4.根据权利要求1所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的顶紧楔块(8)通过转接块(10)与螺杆(7)连接；转接块(10)分别与螺杆(7)和顶紧楔块(8)通过螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的顶紧楔块(8)的一侧呈圆弧状，另一侧呈平面设置，顶紧楔块(8)通过平面侧与转接块(10)连接。

6.根据权利要求1所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的顶紧楔块(8)采用橡胶制成，其内部装配的压力传感器(11)采用压阻式传感器。

7.根据权利要求2所述的一种可调式非金属管材最小弯曲半径测试方法，其特征在于，所述的固定板(5)采用钢板制成，固定板(5)焊接固定在测试平台上。