CN112763358A - 一种便携式在役管道力学性能检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种便携式在役管道力学性能检测设备，属于材料的力学性能无损/微损检测技术。其技术方案为：一种便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，包括主机底板，所述主机底板下方设置有管道夹持机构，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在所述主机底板内部以及所述管道夹持机构的上部，还包括为所述检测机构提供动力的传动机构。本发明的有益效果为：不破坏管道完整性，体积小，质量轻，固定快捷，测量精确的力学性能检测设备，在实现设备的小型化、轻量化的基础上提高设备的精度。
Description
技术领域
本发明涉及材料的力学性能无损/微损检测技术，尤其涉及一种便携式在役管道力学性能检测设备。
背景技术
近些年来，国内也有一些学者进行了连续球压痕实验的相关研究，但是大多都是借助了国外商业化产品，且主要集中于实验室研究，很少有面向测试服役管道等工程应用的便携式设备的自主研发。而国外已经推出多种应用于不同场景及材料的压痕设备，国内在这方面处于十分被动的位置，严重阻碍了我国在相关力学性能无损/微损测试方面的发展
服役石油管道的力学性能安全关乎重大，由于管道分布情况复杂，老化、疲劳程度不同，性能参数的准确测量，对于保证石油安全运输具有重大意义。
测量服役管道的安全性与剩余寿命评估的基本前提是得到管道的力学性能参数。常用方法是采用破坏性的方法加工标准试样进行试验测试，此类方法取样会导致石油管线停工，且与延寿运行的需求相违背，造成不便与经济损失，因此无损/微损方式（非破坏性）获取服役管道的力学性能成为实际检测中的关键因素。
压痕检测技术对管道的影响极微，创伤点细小，是一种经济又高效的安全检测手段，无需将管道大面积破坏后取得分析样品，装置只需固定于管道上即可获得所需的力学性能参数，具有操作方便，安全，快捷等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小，质量轻，固定快捷，测量精确的力学性能无损/微损检测设备，在实现设备的在役测量、小型化、轻量化的基础上提高设备的精度。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，包括主机底板，所述主机底板下方设置有管道夹持机构，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在所述主机底板内部以及所述管道夹持机构的上部，还包括为所述检测机构提供动力的传动机构。
所述检测机构包括具有上板和下板的移动框架，所述下板内部中心位置设置有检测压头，所述检测压头与所述下板之间设置有压力传感器；
所述传动机构包括丝杠，所述丝杠的下端通过螺纹连接与上板连接，所述丝杠的上端与带有减速器的电机连接；所述丝杠采用滚珠丝杠副，以便在提高测量精度，将电机的旋转运动转化为检测机构的直线运动，以此来实现对被测设备的周期性加载与卸载。
所述主机底板上设置有与所述移动框架滑动连接的限位口，所述管道夹持机构上部设置有所述检测压头可穿过的通孔。
所述丝杠与所述电机之间通过联轴器连接。整体设备的刚度对于位移数据采集精度有较大影响，因此在联轴器的选择上应选择有较高抗扭刚度的刚性螺塞固定型联轴器。联轴器一段连接10mm电机轴，另一端连接公称直径为8mm的丝杠的固定端。因此联轴器一端孔径D1为10mm，另一端孔径D2应小于8mm。本设备中传递扭矩的联轴器选用MISUMI CPRS20-6-10联轴器。
所述管道夹持机构包括开口朝上的拱形夹板，所述拱形夹板的开口端设置有连接板，所述连接板通过Z型板与所述主机底板连接。
所述主机底板与所述管道夹持机构之间设置有磁性座。所述磁性座上设置有所述检测压头穿过的孔。
所述主机底板上且位于所述移动框架的两侧设置有主机侧板，所述主机侧板与所述移动框架的侧板之间均设置有导轨滑块，滑块固定在所述移动框架的侧板上，所述导轨设置在所述主机侧板上。当所述限位口与所述移动框架之间有间隙时，所述移动框架会发生位移，所述导轨滑块可以保证只能在竖直方向运动。因此，在考虑到设备在便携以及便于装配等方面的要求，在备选滑块导轨选型表中选择TBI微小型系列TM09NN作为被设备所选导轨滑块组合。
所述下板上位于所述检测压头一侧设置有光栅位移传感器，所述光栅位移传感器的底端与所述检测压头的底端平齐。光栅位移传感器测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。由于本设备对于采集数据的精度要求较高，因此在测量压头压入深度时选择光栅尺作为测量设备，进而得到较高精度的力学性能参数。
所述检测压头采用球形压头，所述球形压头有所述压力传感器通过螺纹连接。现存的压痕设备多采用硬度仪用碳化钨或金刚石通用压头，该通用压头安装尺寸较大且安装复杂，对于设备整体尺寸设计影响较大；而相较于金刚石压头，碳化钨压头具有复用性差的缺点，在多次重复实验后会出现压头变形、实验数据误差逐渐变大的情况。因此出于对设备便携性及重复性精度的考虑，本设备选择设计一种适宜的金刚石压头，这种压头可直接用螺纹连接固定在压力传感器下方，节省了安装尺寸。压头内部中空，内置螺纹，实现与压力传感器的接合，出于对设备便携性及重复性精度的考虑。
所述移动框架上设置有摄像头，用于观察压入过程中材料向两侧堆积隆起的情况。
本发明配有外置电源，实现机身与电源分离，缩小测量装置体积，可随时更换电源，减小装置外环境下使用因电源造成故障的几率。装置合理设计，集成化程度高，高仅有203mm，外部套架采用金属，使装置具有刚度强，硬度高，质量轻等优点，装置与面板对接，实现实时数据显示，方便操作员清楚了解数据信息，观察压入过程中的接触表面情况。
本发明的有益效果为：体积小，质量轻，固定快捷，测量精确的力学性能无损/微损检测设备，在实现设备的在役测量、小型化、轻量化的基础上提高设备的精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为去掉管道、一主机侧板以及磁性座的结构示意图。
图3为磁性座相关件的结构示意图。
其中，附图标记为：1、主机底板；2、管道夹持机构；4、传动机构；5、磁性座；6、管道；7、光栅位移传感器；8、滑块；9、导轨；101、主机侧板；102、主机顶板；201、拱形夹板；202、连接板；203、Z型板；301、下板；302、上板；303、压力传感器；304、检测压头；401、电机调速器；402、电机；403、联轴器；404、丝杠。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一：
参见图1-图3，一种便携式在役管道力学性能检测设备，包括主机底板1，主机底板1下方设置有管道夹持机构2，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在主机底板1内部以及管道夹持机构2的上部，还包括为检测机构提供动力的传动机构4。
检测机构包括具有上板302和下板301的移动框架，下板301内部中心位置设置有检测压头304，检测压头304与下板301之间设置有压力传感器303；
传动机构4包括丝杠404，丝杠404的下端通过螺纹连接与上板连接，丝杠404的上端与带有减速器的电机401连接；
主机底板1上设置有与移动框架滑动连接的限位口，管道夹持机构2上部设置有检测压头307可穿过的通孔。
管道夹持机构2包括开口朝上的拱形夹板201，拱形夹板201的开口端设置有连接板202，连接板202通过Z型板203与主机底板1连接。
实施例二：
参见图1-图3，一种便携式在役管道力学性能检测设备，包括主机底板1，主机底板1下方设置有管道夹持机构2，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在主机底板1内部以及管道夹持机构2的上部，还包括为检测机构提供动力的传动机构4。
检测机构包括具有上板302和下板301的移动框架，下板301内部中心位置设置有检测压头304，检测压头304与下板301之间设置有压力传感器303；
传动机构4包括丝杠404，丝杠404的下端通过螺纹连接与上板连接，丝杠404的上端与带有减速器的电机401连接；
主机底板1上设置有与移动框架滑动连接的限位口，管道夹持机构2上部设置有检测压头307可穿过的通孔。
管道夹持机构2包括开口朝上的拱形夹板201，拱形夹板201的开口端设置有连接板202，连接板202通过Z型板203与主机底板1连接。
主机底板1与管道夹持机构2之间设置有磁性座5。磁性座5上设置有检测压头304穿过的孔。
下板301上位于检测压头304一侧设置有光栅位移传感器7，光栅位移传感器7的底端与检测压头304的底端平齐。
检测压头304采用球形压头，球形压头有压力传感器303通过螺纹连接。
移动框架上设置有摄像头，用于观察压入过程中材料向两侧堆积隆起的情况。
实施例三：
参见图1-图3，一种便携式在役管道力学性能检测设备，包括主机底板1，主机底板1下方设置有管道夹持机构2，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在主机底板1内部以及管道夹持机构2的上部，还包括为检测机构提供动力的传动机构4。
检测机构包括具有上板302和下板301的移动框架，下板301内部中心位置设置有检测压头304，检测压头304与下板301之间设置有压力传感器303；
传动机构4包括丝杠404，丝杠404的下端通过螺纹连接与上板连接，丝杠404的上端与带有减速器的电机401连接；
主机底板1上设置有与移动框架滑动连接的限位口，管道夹持机构2上部设置有检测压头307可穿过的通孔。
丝杠404与电机401之间通过联轴器403连接。
管道夹持机构2包括开口朝上的拱形夹板201，拱形夹板201的开口端设置有连接板202，连接板202通过Z型板203与主机底板1连接。
主机底板1与管道夹持机构2之间设置有磁性座5。磁性座5上设置有检测压头304穿过的孔。
主机底板1上且位于移动框架的两侧设置有主机侧板101，主机侧板101与移动框架的侧板之间均设置有导轨滑块，滑块8固定在移动框架的侧板上，导轨9设置在主机侧板上101。主机侧板101上设置有主机顶板102，电机402设置在主机顶板102上。
下板301上位于检测压头304一侧设置有光栅位移传感器7，光栅位移传感器7的底端与检测压头304的底端平齐。
检测压头304采用球形压头，球形压头有压力传感器303通过螺纹连接。
移动框架上设置有摄像头，用于观察压入过程中材料向两侧堆积隆起的情况。
使用方式，将磁性座吸到管道上，并通过拱形夹板进行固定，通过电机驱动丝杠带动型压头对被测材料进行多次周期性加载与卸载，利用压力传感器和位移传感器实时记录加载与卸载过程中的力-位移数据并绘制力-位移曲线。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，包括主机底板，所述主机底板下方设置有管道夹持机构，还包括可以上下运动的检测机构，所述检测机构贯穿设置在所述主机底板内部以及所述管道夹持机构的上部，还包括为所述检测机构提供动力的传动机构。
2.根据权利要求1所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述检测机构包括具有上板和下板的移动框架，所述下板内部中心位置设置有检测压头，所述检测压头与所述下板之间设置有压力传感器；
所述传动机构包括丝杠，所述丝杠的下端通过螺纹连接与上板连接，所述丝杠的上端与带有减速器的电机连接；
所述主机底板上设置有与所述移动框架滑动连接的限位口，所述管道夹持机构上部设置有所述检测压头可穿过的通孔。
3.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述丝杠与所述电机之间通过联轴器连接。
4.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述管道夹持机构包括开口朝上的拱形夹板，所述拱形夹板的开口端设置有连接板，所述连接板通过Z型板与所述主机底板连接。
5.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述主机底板与所述管道夹持机构之间设置有磁性座，所述磁性座上设置有所述检测压头穿过的孔。
6.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述主机底板上且位于所述移动框架的两侧设置有主机侧板，所述主机侧板与所述移动框架的侧板之间均设置有导轨滑块，滑块固定在所述移动框架的侧板上，所述导轨设置在所述主机侧板上。
7.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述下板上位于所述检测压头一侧设置有光栅位移传感器，所述光栅位移传感器的底端与所述检测压头的底端平齐。
8.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述检测压头采用球形压头，所述球形压头有所述压力传感器通过螺纹连接。
9.根据权利要求2所述的便携式在役管道力学性能检测设备，其特征在于，所述移动框架上设置有摄像头。
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