CN210108922U - 一种用于测试管材摩擦系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于测试管材摩擦系数的装置，该装置包括测试台、第一步进电机、第一卡具、第二卡具、第二步进电机、光敏传感器、实验棒及其保护部件、角度传感器，所述第一步进电机设置在测试台的台面下方，用于置放在所述测试台的台面上的待测管材的角度，所述第一卡具用于固定待测电缆的角度，所述第二卡具用于将预定角度的待测管材固定在测试台面上，所述第二步进电机用于调节测试台的台面的角度，所述实验棒的外径小于待测管材的内径，所述光敏传感器用于检测实验棒是否从待测管材中滑出，所述角度传感器设置在测试台的台面上，检测测试台的台面的角度。通过本实用新型，能够实现自动测量，而且能够保证测量数据的准确性和高效获取。

Description

一种用于测试管材摩擦系数的装置

技术领域

本实用新型涉及测试技术领域，尤其涉及一种用于测试管材摩擦系数的装置。

背景技术

依据管材测试标准YD/T841.1中的静摩擦系数试验方法，管材的静摩擦系数测试方式是将长度500mm的被测管放置在测试面上，被测管的母线与斜面(被侧面)中心线平行并与测试面紧固，将标准试棒放置在被测管内，长度方向与被测管轴平行，试棒露出被测管的距离约为20mm。用升降装置将斜面缓慢升起，典型速度为10mm/min，直到试棒向下滑动为止，记录角度，计算出角度的Tan值，即为管材的静摩擦系数。如此共试验8次，每次都应将被测管旋转约45°，取8次的算术平均值作为测试结果。

现有的测试设备由摇棒、500mm的测试面、绞盘、齿轮、气泡水平仪和量角器组成。设备使用时，需要手动操控摇棒控制绞盘，使其带动齿轮转动，从而得到测试面与水平的夹角。该角度的Tan的值即为管材的静摩擦系数值。

在测试过程中，首先通过观察气泡水平仪，摇动摇杆将测试面调节到水平位置，将被测管材放置在测试面上手扶固定。然后将试棒放入被测管材中，试棒露出被测管的距离约20mm。再次缓慢摇动摇棒使得被侧面与水平面呈现夹角，直至人为观察试棒滑落。最后读取量角器上的数值，手动计算该角度的Tan的值，即为1次管材的静摩擦系数。将被测管旋转约45°，再次进行测量，如此重复8次完成测试。

现有的传统手动机械式测试设备无法精准的设定试验速率、测量试样的旋转角度，同时无法实现试验数据的电子文档保留。传统设备的操作全部为测试人员手动操作，引入了人员的不确定度，无法保证试验的可重复性、一致性，而且操作繁琐导致试验消耗的时间很长。

实用新型内容

鉴于上述问题，如何自动化地依据YD/T841.1标准的方法进行管材的静摩擦系数测试，并将测试结果数字化是需要解决的问题，往更高层面说，建设智能实验室也提出了解决这个问题的要求。

本实用新型能够克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。本实用新型的一个方面，提供了一种用于测试管材摩擦系数的装置，该装置包括测试台、第一步进电机、第一卡具、第二卡具、第二步进电机、光敏传感器、实验棒及其保护部件、角度传感器，所述第一步进电机设置在测试台的台面下方，用于调节置放在所述测试台的台面上的待测管材的角度，所述第一卡具用于固定待测电缆的角度，所述第二卡具用于将预定角度的待测管材固定在测试台面上，所述第二步进电机用于调节测试台的台面的角度，所述实验棒的外径小于待测管材的内径，所述光敏传感器用于检测实验棒是否从待测管材中滑出，所述角度传感器设置在测试台的台面上，检测测试台的台面的角度。

可选的，所述测试台的台面具有凹槽，用于放置待测线缆。

可选的，该装置还包括水平仪，用于检测测试台台面水平状态。

可选的，该装置还包括水平限位器，安装在测试台台面的下方，所述水平限位器包括两个限位端，两个限位端的连线处于测试台台面的水平面。

可选的，该装置还包括齿轮，所述第一步进电机通过所述齿轮调节待测管材的角度。

可选的，所述第一卡具为环形，环形的环孔供待测管材穿过。

可选的，所述第二卡具为电磁铁卡具，其包括固定端和电磁铁接触端以及具有一定内径的卡槽。

可选的，所述实验棒及其保护部件包括实验棒、电机和线轮，所述实验棒一端通过线与线轮关联。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：能够保证管材与测试面平行；能够保证测试面匀速缓慢旋转，并可调控测试面的旋转速率；保证管材自动精确旋转，实现一周范围内的管材的摩擦系数的测量，并且自动记录测试结果，测试结果准确，测试的结果由计算机自动读取数据并计算，使得数据具有可追溯性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型提出的测试装置的结构图；

图2示出测试装置中第一步进电机的齿轮与第一卡具的齿轮啮合图；

图3示出了第一卡具的主视图；

图4示出了第一卡具的俯视图；

图5示出了第二步进电机的结构示意图；

图6示出了第二卡具的结构示意图；

图7示出了测试台面正面的设置图；

图8示出了测试台面背面的设置图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型的一个方面，提供了一种用于测试管材摩擦系数的装置，如图1所示，该装置包括测试台1、第一步进电机2、第一卡具3、第二卡具4、第二步进电机5、光敏传感器6、实验棒7及其保护部件8、角度传感器9，所述第一步进电机2设置在测试台1的台面下方，用于调节置放在所述测试台的台面上的待测管材的角度，所述第一卡具3用于固定待测电缆的角度，所述第二卡具4用于将预定角度的待测管材固定在测试台面上，所述第二步进电机5用于调节测试台的台面的角度，所述实验棒7的外径小于待测管材的内径，所述光敏传感器6用于检测实验棒是否从待测管材中滑出，所述角度传感器9设置在测试台的台面上，检测测试台的台面的角度。

所述第一步进电机安装在测试面左侧下端，随测试角度一起倾斜，并保证每组数据测试完成后，管材角度将自动旋转45°。该第一步进电机需要配合一套齿轮10，上述第一卡具需要设置一套齿轮11，协助该第一步进电机带动管材旋转。齿轮如图2所示，当第一步进电机转动时，带动齿轮旋转从而带动上方齿轮转动，可对管材进行旋转。齿轮前方固定的管材卡具如图3显示，卡具的上方含有针对卡具内部的管材固定装置进行调节的槽位，用六角扳手旋转槽位孔，可将管材固定装置下移，以便固定不同型号的管材。槽位孔的俯视图如图4所示。

齿轮和第一卡具均设计为环形，若管材长度过长，可将管材从环孔中穿出，由于受到现在产品限制，因此环孔大小需要设计≥160mm。

管材测试过程中，需要测试8次，每次旋转管材角度为45°，在现有的测试设备中，只能靠人为转动管材角度，无法保证转动的准确性，而本实用新型中，利用第一步进电机，能够实现管材每次45度的精确旋转。

角度传感器安装在测试台台面上，用于记录试棒滑动时的角度。试验时，需要通过试棒向下滑动时，触发所述角度传感器记录角度值，计算角度Tan的值得到管材的静摩擦系数。

所述第二步进电机安装在测试台台面的下方，通过测试面控制臂55来调整测试面的角度，如图5所示，第二步进电机总成包括电机51、量角器52、轮盘53、传送带54构成。通过第二步进电机的匀速运动，由皮带带动台面匀速转动并与水平面呈现夹角。量角器用于角度传感器损坏更换时，人为读取量角器数值，与角度传感器的数值进行比较，核对角度传感器是否校对成功。控制测试面电机与测试面轮盘采用皮带相连进行动力传递可以抵消电机运转时产生的振动，能够防止电机产生的振动使得实验棒下滑，导致试验结果不准确。

标准方法中规定典型速率为10mm/min，该速度应为匀速运动，本实用新型利用电机控制测试面，可以准确地实现按照标准中的速率匀速的控制设备的测试面。

所述第二卡具优选为电磁铁卡具，其包括固定端和电磁铁接触端以及卡条，卡条上具有一定内径的卡槽。相比于现有技术中测试台面上升时的人为固定管材方式，不仅不需要人为参与，而且管材不容易发生震动或者移动，保证了测量结果的准确性。上述第一卡具设置在测试台台面的一端，所述第二卡具设置在测试台台面上远离第一卡具的地方，所述第二卡具如图6所示，其一端与测试台面的上侧固定连接，另一端与测试台面上的下侧活动连接，活动连接的方式优选电磁铁连接，当然也可通过其他方式。所述第二卡具中间具有槽，用于固定待测管材。第二卡具能够对待测管材实现两端固定，从而使管材与测试面完全接触，以保证管材与测试面平行，从而保证测试结果准确。

光敏传感器安装在测试平面板的右侧，在面板上向右突出20mm。该传感器用于监控实验棒是否向下滑动，作为一种具体实施方式，光敏传感器可选择光敏电阻。

实验棒及其保护部件安装在光敏传感器右边，具体试验棒及其保护部件可以由实验棒和可以保护实验棒的保护试棒挂钩组成。保护试棒挂钩，由小电机和线轮组成。试棒保护装置在安装时要能够绷紧试棒细绳，防止试验开始时，各个部件从静止到开始运转的瞬间产生的震动，使得试棒滑落导致结果的误判。但实验开始后，需要保证实验棒的细绳处于松弛状态。一般试验开始后，试棒保护装置逆时针旋转180°，将试棒的细绳调整为松动状态，因为试棒如果处于绷紧状态，当测试面与水平呈现夹角时，细绳保护装置会牵引着试棒，无法使试棒自由下落，导致结果不准确。实验棒保护部件能够实现对实验棒的保护，避免磕碰情况，增长实验棒的使用寿命。

测试台是测试设备的主体，如图7、8所示，测试台台面需要制有凹槽，防止管材放置在平面上时左右晃动，无法固定。台面上需要预留上述各部件的安装槽位。凹槽中配置硅胶垫，用于抵消各个部件之间产生的振动，影响试验结果。有些部件直接固定在测试台面上，或者与测试台面一体，第一步进电机的齿轮保护罩设置测试台面的一端，保护实验棒的挂钩设置在另一端。

作为一种优选方式，该装置还可包括测试地台，测试地台设置在测试台台面下方，方便测试人员对设备的操作，防止试样过长，调节测试面角度时由于管材与地面接触限制无法继续调整角度。

作为一种优选实施方式，该装置还包括有数据接口，该接口用于使该装置与计算机、笔记本电脑或者其他数据处理/显示设备相连接，通过计算机程序控制设备进行操作，并可将试验结果的原始记录自动计算保存在数据处理设备或者显示设备中。

作为一种优选实施方式，该装置还包括水平仪，用于检测测试台台面水平状态。可以使气泡水平仪，气泡水平仪安装在测试面平面板上。可以确定测试面是否水平，如果系统初始状态测试面为在水平位置上可以对角度传感器进行校准。

作为另一种优选实施方式，该装置还包括水平限位器，安装在测试台台面的下方，所述水平限位器包括两个限位端，两个限位端的连线处于测试台台面的水平面，该水平限位器可具有指示灯，每个限位端上具有接触点，当测试面板触碰两个接触点时，指示灯亮起，表示测试台台面处于水平状态。若测试面板只触碰任意一个接触点时，指示灯熄灭，表示测试台台面处于有角度的状态。利用该水平限位器，能够避免角度传感器损坏时，电磁铁(第二卡具为电磁铁卡具)与第一步进电机同时工作，避免设备损坏。

上述装置的工作方法流程如下：

S1.调节测试台台面成水平状态，并使角度传感器归零；

S2.将实验试棒插入至待测管材中，且实验试棒与其保护装置之间紧绷连接，前端露出管材预定长度，以遮住光敏传感器；

S3.控制实验试棒与其保护装置之间紧绷连接；

S4.通过控制第二步进电机，使测试台平面匀速转动；

S5.当光敏传感器检测到试棒向下滑动时，记录待测管材与水平面夹角角度；

S6.重复步骤S1，然后通过所述第一步进电机调节待测管材旋转45度，再重复所述步骤S2-S5，直到待测管材累计旋转360度。

在本实用新型中，基于光敏传感器检测到试棒滑落，角度传感器自动记录当时测试台面与水平面的夹角，相比于现有技术中的人为读取并手动计算得出结果，本实用新型精度高而且能够实现智能化。基于光敏传感器检测到试棒滑落，测试台面停止进一步倾斜，本实用新型读数精度高，完全避免了人为读数错误以及计算错误，从而保证测试结果的准确性。

在步骤S4中，当测试台台面不处于水平状态时，所述第二卡具工作，即该第二卡具在角度传感器不在0°、任意一限位器接触和指示灯灭三个条件满足时才进行工作。在步骤S6中，在角度传感器归零、两端限位器均接触、指示灯亮起的条件下才进行工作，第一步进电机才工作，使待测管材旋转一个45°的角度。通过上述技术手段，第一步进电机与第二卡具不同时工作，本实用新型能够智能地实现管材的旋转，又能够很好地在测试过程中固定好待测管材。角度调节步进电机(第一步进电机)总成与电磁铁卡具装置之间的工作原理需要三个条件均满足时才可工作，第一条件是角度传感器是否归零，第二条件是两端限位器是否均接触，两端限位器均接触测试台台面角度板时，则指示灯亮，如果任意一端限位器均接触测试台台面角度板时，则指示灯熄灭；如果角度传感器归零，两端限位器均接触，指示灯亮，则第一步进电机工作，使管材旋转45度，如果果角度传感器非零，任意一端限位器接触，指示灯灭，则第一步进电机不工作，电磁铁工作，使第二卡具卡紧待测管材。

作为另一种具体实施方式，测试方法包括下述步骤：

将测试平面板调制水平，直至指示灯亮起；查看气泡水平仪是否调制水平，角度传感器数值是否归零。

将管材从角度调节步进电机环中穿过放置在测试平面板凹槽上，右端用具有磁铁性的第二卡具将管材卡住。左端调节管材卡具凹槽，用管材固定装置将管材固定在测试平面板上。

把试棒放置在被测样品管材中，前端露出20mm左右，遮住光敏传感器，触发光敏传感器工作。将测试实验棒前端用细绳顺时针缠绕置在保护试棒的线轮上。

保护试棒的电机逆时针旋转180°，确保试棒的细绳为松动状态，通过控制测试面步进电机匀速控制测试平面板，使其与水平面呈现夹角。在光敏传感器感知试棒向下滑动时，控制测试面步进电机停止工作。角度传感器记录此时管材与水平面夹角角度。通过与测试装置连接的PC机计算该角度Tan的值，从而得到管材的一个静摩擦系数值，并自动记录该数值。

试验结束后测试面步进电机将测试平面板重新调制水平，通过角度调节步进电机总成将管材旋转45°，试棒保护装置中的小电机带动线轮顺时针旋转，将试棒重新拉置管材端口并触发光敏电阻工作后，小电机停止转动。重复上述试验步骤。直到旋转7次45度后，完整整个测试过程。

本实用新型通过上述实施方式，能够保证管材与测试面平行；能够保证测试面匀速缓慢旋转，并可调控测试面的旋转速率；保证管材自动精确旋转，实现一周范围内的管材的摩擦系数的测量，并且自动记录测试结果，测试结果准确，测试的结果由计算机自动读取数据并计算，使得数据具有可追溯性。

本实用新型利用电机及传感器替代全部人为操作，实现试验的全自动进行。防止人为操作引入的影响实验结果的条件，避免无法达到试验标准要求的精度。

本实用新型只需要将待测线管放置到测试台上，即可自动完成整个测试过程，测试准确又高效，而且该测试装置能够和智能实验室的测试数据系统直接对接。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (8)

1.一种用于测试管材摩擦系数的装置，其特征在于，该装置包括测试台、第一步进电机、第一卡具、第二卡具、第二步进电机、光敏传感器、实验棒及其保护部件、角度传感器，所述第一步进电机设置在测试台的台面下方，用于调节置放在所述测试台的台面上的待测管材的角度，所述第一卡具用于固定待测电缆的角度，所述第二卡具用于将预定角度的待测管材固定在测试台面上，所述第二步进电机用于调节测试台的台面的角度，所述实验棒的外径小于待测管材的内径，所述光敏传感器用于检测实验棒是否从待测管材中滑出，所述角度传感器设置在测试台的台面上，检测测试台的台面的角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征还在于，所述测试台的台面具有凹槽，用于放置待测线缆。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，该装置还包括水平仪，用于检测测试台台面水平状态。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，该装置还包括水平限位器，安装在测试台台面的下方，所述水平限位器包括两个限位端，两个限位端的连线处于测试台台面的水平面。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，该装置还包括齿轮，所述第一步进电机通过所述齿轮调节待测管材的角度。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，所述第一卡具为环形，环形的环孔供待测管材穿过。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，所述第二卡具为电磁铁卡具，其包括固定端和电磁铁接触端以及具有一定内径的卡槽。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征还在于，所述实验棒及其保护部件包括实验棒、电机和线轮，所述实验棒一端通过线与线轮关联。

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