玄武巖纖維管壓力測試裝置及方法設(shè)計(jì)研究

摘 要：為了解決現(xiàn)有壓力測試裝置檢測玄武巖纖維管道周側(cè)多個(gè)位置時(shí)，管道產(chǎn)品檢測部位受到壓力出現(xiàn)凹陷，影響壓力測試的精確性的問題，本文提出了一種新型玄武巖纖維管壓力測試裝置及方法，通過夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)置，在滑塊對應(yīng)的彈簧彈力作用下，滑塊帶動(dòng)夾柱將玄武巖纖維管道產(chǎn)品測試部位頂起，從而避免了測試部位出現(xiàn)凹陷，確保了管道表面的壓力分布均勻，也為研究提供了更為精準(zhǔn)的壓力測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：玄武巖纖維管材；壓力測試；夾持支護(hù)

中圖分類號(hào)：TB 33" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

玄武巖纖維是以玄武巖礦石為主要原料，經(jīng)高溫熔制和拉絲工藝制備成各種規(guī)格的連續(xù)纖維，并根據(jù)后續(xù)用途采用不同的浸潤劑進(jìn)行浸潤處理，加工形成最終產(chǎn)品[1]。玄武巖纖維復(fù)合管是以玄武巖纖維為主要材料制成的新型高科技復(fù)合管材，具有耐腐蝕性能優(yōu)異、使用壽命長、水力性能好、輸送流量大、強(qiáng)度高、安全可靠、質(zhì)量輕、安裝運(yùn)輸方便、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[2]，可廣泛應(yīng)用于城市引水輸水、市政供水管網(wǎng)、城市雨污管網(wǎng)、農(nóng)田灌溉、水利水電、石油化工等領(lǐng)域[3]。

玄武巖纖維管材生產(chǎn)后須進(jìn)行抗壓性能檢測，現(xiàn)有檢測技術(shù)通常采用一個(gè)直徑兩個(gè)端點(diǎn)位置對管道產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)力擠壓，對管道抗壓性能進(jìn)行判斷分析，該測試方式的測試位置單一，無法對整個(gè)管道產(chǎn)品的抗壓性能進(jìn)行測試[4]。為了解決這個(gè)問題，本文提供了一種玄武巖纖維管壓力測試裝置及方法，該裝置通過多機(jī)構(gòu)協(xié)同對玄武巖纖維管進(jìn)行全面壓力測試。其中的夾持支護(hù)結(jié)構(gòu)可以解決現(xiàn)有壓力測試裝置檢測玄武巖纖維管道產(chǎn)品的周側(cè)多個(gè)位置時(shí)，管道產(chǎn)品檢測部位受到壓力易出現(xiàn)凹陷，影響壓力測試精確性的問題。

1 壓力測試裝置簡介及方法

1.1 壓力測試裝置簡介

該玄武巖纖維管壓力測試裝置如圖1所示，由裝置主體、壓力測試機(jī)構(gòu)、兩組驅(qū)動(dòng)輥組和壓力測試機(jī)構(gòu)架等構(gòu)成。同時(shí)，該裝置還包括多項(xiàng)輔助機(jī)構(gòu)：用通槽板連接各部件，用內(nèi)支撐機(jī)構(gòu)支撐玄武巖纖維管的兩側(cè)內(nèi)壁，保證管材在測試過程中不發(fā)生變形。夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)用于夾緊和固定管壁，防止測試部位受力不均。用標(biāo)記機(jī)構(gòu)對玄武巖纖維管的測試點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，干燥機(jī)構(gòu)加速涂料的干燥過程。清理機(jī)構(gòu)則用于刮除管壁上的雜質(zhì)，保證測試的精確性和有效性。

夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)由回形斜架、滑塊、夾柱、螺桿、推塊和鉸接桿等組成，如圖2所示。

回形斜架中部開設(shè)與兩個(gè)滑塊適配的滑槽，兩個(gè)滑塊相互遠(yuǎn)離的一側(cè)與滑槽的內(nèi)壁連接有第一彈簧，在滑塊對應(yīng)的第一彈簧彈力作用下，滑塊帶動(dòng)夾柱對將玄武巖纖維管測試部位頂起，可有效防止測試時(shí)玄武巖纖維管測試部位出現(xiàn)凹陷的情況。該夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)通過螺桿與推塊的配合實(shí)現(xiàn)管材夾緊和放松。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，推塊沿螺桿的螺紋移動(dòng)，推動(dòng)鉸接桿。鉸接桿則帶動(dòng)滑塊在回形斜架的滑槽中滑動(dòng)。當(dāng)夾柱相互靠近時(shí)，夾柱進(jìn)一步對玄武巖纖維管進(jìn)行壓制而實(shí)現(xiàn)夾持，從而保證夾柱對玄武巖纖維管壓制的穩(wěn)定性，當(dāng)夾柱相互遠(yuǎn)離時(shí)，兩個(gè)夾柱可根據(jù)不同厚度的玄武巖纖維管道產(chǎn)品進(jìn)行適應(yīng)調(diào)節(jié)。標(biāo)記機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示，當(dāng)啟動(dòng)壓力測試機(jī)構(gòu)時(shí)，壓力測試機(jī)構(gòu)的檢測端向下移動(dòng)并對玄武巖纖維管頂部進(jìn)行擠壓，此時(shí)玄武巖纖維管的頂部內(nèi)壁與棉塊的頂部接觸，可以對玄武巖纖維管的壓力檢測位置進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)訋?dòng)玄武巖纖維管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，玄武巖纖維管推動(dòng)抵觸輥轉(zhuǎn)動(dòng)，抵觸輥上的圓塊推動(dòng)滑桿的底部向上移動(dòng)，并通過滑桿帶動(dòng)滑架向上移動(dòng)，由于型架可限制儲(chǔ)液噴囊的位置，因此滑架向上移動(dòng)會(huì)擠壓儲(chǔ)液噴囊，儲(chǔ)液噴囊中涂料通過噴嘴噴灑在棉塊表面，可補(bǔ)充涂料，避免棉塊長期使用導(dǎo)致涂料缺失，涂刷標(biāo)記不明顯的問題。

干燥機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括固定桿、滑柱、條槽板等，滑柱遠(yuǎn)離固定桿的端部穿設(shè)于條槽板的通槽中，且條槽板的通槽的槽徑與滑柱的桿徑相匹配，使滑柱可沿條槽板移動(dòng)?；瑮U帶動(dòng)滑架向上移動(dòng)時(shí)，滑架帶動(dòng)固定桿向上移動(dòng)，固定桿帶動(dòng)滑柱沿條槽板移動(dòng)，從而驅(qū)使條槽板發(fā)生擺動(dòng)，擺動(dòng)的條槽板對玄武巖纖維管內(nèi)側(cè)的空氣進(jìn)行扇動(dòng)，從而加快了玄武巖纖維管內(nèi)側(cè)空氣流通的速度，進(jìn)而加快了涂刷在玄武巖纖維管內(nèi)壁處涂料干燥的速度，避免了玄武巖纖維管內(nèi)壁處的涂料未完全干燥，導(dǎo)致涂料污染玄武巖纖維管內(nèi)壁和轉(zhuǎn)輥的問題。該裝置設(shè)置有兩組干燥機(jī)，且對稱分布在棉塊的兩側(cè)，可加快涂料干燥的速度。

清理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。清理機(jī)構(gòu)中包括“U”形敲擊桿和凸塊輪，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)訋?dòng)凸塊輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸塊輪上的凸塊會(huì)推動(dòng)“U”形敲擊桿對橫桿進(jìn)行敲擊，橫桿振動(dòng)并帶動(dòng)“V”形刮桿振動(dòng)，從而提高了“V”形刮桿對玄武巖纖維管內(nèi)外壁處的雜質(zhì)刮下的效率。“V”形刮桿能夠?qū)⑿鋷r纖維管內(nèi)外壁處的雜質(zhì)刮下，避免了雜質(zhì)粘附在玄武巖纖維管內(nèi)壁外壁處，影響壓力測試機(jī)構(gòu)對玄武巖纖維管壓力檢測的問題，刮下的雜質(zhì)會(huì)沿著“V”形刮桿的“V”形面向玄武巖纖維管兩側(cè)位置導(dǎo)向，避免雜質(zhì)堆積在“V”形刮桿處，導(dǎo)致雜質(zhì)會(huì)對玄武巖纖維管內(nèi)外壁造成二次污染的問題。

1.2 壓力測試裝置設(shè)計(jì)依據(jù)

壓力測試裝置設(shè)計(jì)是基于玄武巖纖維管材的材料特性、力學(xué)行為以及實(shí)際測試需求，結(jié)合相關(guān)理論分析和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行綜合考量。在設(shè)計(jì)中，考慮玄武巖纖維管測試過程中可能出現(xiàn)的局部凹陷或變形問題。因此，夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為通過彈簧和滑塊組合，對管材施加均勻的支撐力，避免管材在測試過程中受到不均勻的壓力或出現(xiàn)變形。由于不同規(guī)格的玄武巖纖維管厚度和直徑有所不同，因此設(shè)計(jì)中引入了可調(diào)節(jié)的螺桿和夾柱結(jié)構(gòu)，允許對不同尺寸的管材進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。螺桿推動(dòng)滑塊調(diào)節(jié)夾柱間距，保證管材在不同厚度條件下均能得到適當(dāng)?shù)膴A持和支撐?？紤]到玄武巖纖維管的周向受力不均問題，裝置設(shè)計(jì)中加入了驅(qū)動(dòng)輥組，通過管材的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)周向全方位壓力測試。驅(qū)動(dòng)輥組的設(shè)計(jì)基于對玄武巖纖維管受力特點(diǎn)的理論分析，保證測試能夠覆蓋管材的各個(gè)周側(cè)位置，避免因單點(diǎn)受力測試導(dǎo)致的結(jié)果片面性。該設(shè)計(jì)不僅能夠準(zhǔn)確反映管材的綜合力學(xué)性能，還提高了測試結(jié)果的可靠性和全面性。

1.3 壓力測試方法步驟

將玄武巖纖維管放置在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)犹?，使玄武巖纖維管的內(nèi)外壁處于夾柱之間，啟動(dòng)推動(dòng)件，推動(dòng)件的伸縮端推動(dòng)連桿帶動(dòng)兩個(gè)弧板靠向玄武巖纖維管內(nèi)壁，弧板帶動(dòng)轉(zhuǎn)輥對玄武巖纖維管內(nèi)壁抵觸，從而達(dá)到對玄武巖纖維管位置進(jìn)行限制的目的。螺桿繞通槽板旋進(jìn)旋出時(shí)，通過鉸接桿推動(dòng)兩個(gè)滑塊沿通槽板的通槽滑動(dòng)，并帶動(dòng)兩個(gè)夾柱相互靠近和遠(yuǎn)離，對玄武巖纖維管的管壁進(jìn)行夾緊和放松。通過夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)可有效避免測試部位出現(xiàn)凹陷，導(dǎo)致玄武巖纖維管表面壓力不均衡的問題。

在滑塊對應(yīng)的第一彈簧彈力作用下，滑塊帶動(dòng)夾柱對玄武巖纖維管的內(nèi)外壁進(jìn)行夾持和支護(hù)。啟動(dòng)壓力測試機(jī)構(gòu)，壓力測試機(jī)構(gòu)的檢測端向下移動(dòng)并對玄武巖纖維管頂部進(jìn)行擠壓，此時(shí)玄武巖纖維管的頂部內(nèi)壁與標(biāo)記機(jī)構(gòu)接觸，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)訋?dòng)玄武巖纖維管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，玄武巖纖維管推動(dòng)抵觸輥轉(zhuǎn)動(dòng)，抵觸輥的圓塊推動(dòng)滑桿并帶動(dòng)滑架向上移動(dòng)，“L”形架對儲(chǔ)液噴囊進(jìn)行限位，滑架向上移動(dòng)并擠壓儲(chǔ)液噴囊，儲(chǔ)液噴囊中涂料通過噴嘴噴灑在棉塊表面對玄武巖纖維管的檢測點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，壓力測試機(jī)構(gòu)對玄武巖纖維管擠壓測試。

在玄武巖纖維管一個(gè)點(diǎn)位壓力測試結(jié)束后，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥組，通過驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)訋?dòng)玄武巖纖維管轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓力測試設(shè)機(jī)構(gòu)可對玄武巖纖維管下個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測試。在玄武巖纖維管一個(gè)點(diǎn)位壓力測試結(jié)束后，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)輥組，驅(qū)動(dòng)輥組的輥?zhàn)訋?dòng)玄武巖纖維管轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使壓力測試機(jī)構(gòu)可對玄武巖纖維管周側(cè)的下個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行測試。驅(qū)動(dòng)輥組旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)玄武巖纖維管整體旋轉(zhuǎn)，可對玄武巖纖維管道周側(cè)的不同位置的壓力進(jìn)行全方位檢測。

2 應(yīng)用效果評(píng)估

與現(xiàn)有技術(shù)相比，將該壓力測試裝置應(yīng)用于實(shí)際檢測中具有以下有益效果。1）夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)置。在滑塊對應(yīng)的第一彈簧彈力作用下，滑塊帶動(dòng)夾柱將玄武巖纖維管測試部位頂起，從而避免了玄武巖纖維管道的測試部位出現(xiàn)凹陷，導(dǎo)致玄武巖纖維管表面壓力不均衡的問題；同時(shí)螺桿、推塊、鉸接桿、滑塊和回形斜架聯(lián)動(dòng)配合，旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)能夠帶動(dòng)夾柱相互靠近或相互遠(yuǎn)離，當(dāng)夾柱相互靠近時(shí)，夾柱對玄武巖纖維管進(jìn)行壓制夾持，保證夾柱對玄武巖纖維管壓制的穩(wěn)定性，當(dāng)夾柱相互遠(yuǎn)離時(shí)，兩個(gè)夾柱可根據(jù)不同厚度的玄武巖纖維管適應(yīng)調(diào)節(jié)。2）當(dāng)壓力測試機(jī)構(gòu)的檢測端向下移動(dòng)并對玄武巖纖維管的頂部進(jìn)行擠壓時(shí)，通過標(biāo)記機(jī)構(gòu)設(shè)置使玄武巖纖維管的內(nèi)壁與棉塊頂部接觸，棉塊將涂料涂刷在玄武巖纖維管內(nèi)壁處，達(dá)到對玄武巖纖維管測試部分進(jìn)行標(biāo)記的目的。同時(shí)驅(qū)動(dòng)輥組和抵觸輥配合，使抵觸輥的圓塊推動(dòng)滑桿的底部帶動(dòng)滑架擠壓儲(chǔ)液噴囊，儲(chǔ)液噴囊中涂料通過噴嘴噴灑在棉塊表面，避免了棉塊長期使用后，棉塊涂料缺失，導(dǎo)致棉塊涂刷標(biāo)記不明顯的問題。3）通過干燥機(jī)構(gòu)設(shè)置，滑桿在抵觸輥的作用下帶動(dòng)滑架向上移動(dòng)時(shí)，滑桿和滑柱配合帶動(dòng)條槽板發(fā)生擺動(dòng)，使條槽板對玄武巖纖維管內(nèi)側(cè)的空氣進(jìn)行扇動(dòng)，加快了玄武巖纖維管內(nèi)側(cè)空氣流通的速度，進(jìn)而加快了涂刷在玄武巖纖維管內(nèi)壁處涂料干燥的速度，避免玄武巖纖維管內(nèi)壁處的涂料未完全干燥，導(dǎo)致涂料污染玄武巖纖維管內(nèi)壁和轉(zhuǎn)輥的問題。4）通過清理機(jī)構(gòu)設(shè)置，用“V”形刮桿將玄武巖纖維管內(nèi)外壁處的雜質(zhì)刮下，避免雜質(zhì)粘附在玄武巖纖維管內(nèi)壁外壁處，影響壓力測試機(jī)構(gòu)對玄武巖纖維管壓力檢測的問題，刮下的雜質(zhì)會(huì)沿著“V”形刮桿的“V”形面向玄武巖纖維管兩側(cè)位置導(dǎo)向，避免雜質(zhì)堆積在“V”形刮桿處，導(dǎo)致雜質(zhì)會(huì)對玄武巖纖維管內(nèi)外壁造成二次污染的問題。同時(shí)驅(qū)動(dòng)輥組和凸塊輪配合推動(dòng)“U”形敲擊桿對橫桿進(jìn)行敲擊，橫桿振動(dòng)并帶動(dòng)“V”形刮桿振動(dòng)，提高了“V”形刮桿對玄武巖纖維管內(nèi)外壁處的雜質(zhì)刮下的效率。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的玄武巖纖維管壓力測試裝置在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。通過創(chuàng)新性地設(shè)置夾持支護(hù)機(jī)構(gòu)、標(biāo)記機(jī)構(gòu)、干燥機(jī)構(gòu)和清理機(jī)構(gòu)，該裝置有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中玄武巖纖維管道壓力檢測過程中可能出現(xiàn)的表面壓力不均、標(biāo)記不清晰、涂料干燥不徹底以及雜質(zhì)影響檢測結(jié)果等問題。裝置的多項(xiàng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)不僅提高了壓力測試的精度和穩(wěn)定性，還提高了設(shè)備在不同規(guī)格玄武巖纖維管中的適應(yīng)性與操作效率。該研究成果為玄武巖纖維管材的壓力檢測提供了更加完善的技術(shù)，具備良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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通信作者：趙川（1989—），男，漢族，四川內(nèi)江人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樗こ绦虏牧涎芯?，主要從事水利工程新材料研究工作?/p>

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