內(nèi)襯管標(biāo)準(zhǔn)試樣裁切裝置研究

張 瑾，李 風(fēng)，郭志永，王芫芫

（中國石化勝利油田技術(shù)檢測(cè)中心，山東東營 257000）

1 概述

內(nèi)襯管是一種外部以鋼或者硬質(zhì)結(jié)構(gòu)為管道骨架，內(nèi)襯耐磨、防腐以及耐高溫的橡膠作為襯里層，通過橡膠自身物理和化學(xué)性能從而降低了管路輸送介質(zhì)對(duì)外部結(jié)構(gòu)的沖擊力、腐蝕等作用，大大延長了管路的使用壽命，降低了使用者的成本。

內(nèi)襯管的性能檢測(cè)是保證內(nèi)襯管高效、安全運(yùn)行的重要手段。內(nèi)襯管檢測(cè)需要將內(nèi)襯管原管加工成實(shí)驗(yàn)要求的標(biāo)準(zhǔn)試樣。內(nèi)襯管檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)試樣的制備方法有兩種。一種是裁刀裁切，需要合適的裁切裝置及合格的裁刀，操作簡單、成本低，但試樣的合格率低，工作誤差大，效率低；另一種是機(jī)械加工，需要購買機(jī)械加工設(shè)備，試樣誤差小、合格率高、檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度小，但儀器購買成本高，經(jīng)濟(jì)效益差。因此，為提高內(nèi)襯管標(biāo)準(zhǔn)試樣裁切的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，本文設(shè)計(jì)了一套全新的內(nèi)襯管標(biāo)準(zhǔn)試樣裁切裝置，并對(duì)裝置使用效果進(jìn)行驗(yàn)證，確保滿足內(nèi)襯管標(biāo)準(zhǔn)試樣的制作。

2 設(shè)計(jì)要求

2.1 設(shè)計(jì)理念

（1）試樣裁切前，裝置通過電熱板對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱，降低試樣硬度，減小裁切力，使裁切容易，進(jìn)而保證樣品形狀工整，減小由試樣不規(guī)則引入的尺寸誤差，進(jìn)而減小面積誤差，提高檢測(cè)精度；

（2）電加熱板可預(yù)設(shè)定溫度，過熱、過載可自動(dòng)保護(hù)，同時(shí)在液壓缸的推動(dòng)作用下，加熱板可對(duì)裁切完成的試樣進(jìn)行變形矯正，進(jìn)一步保證試樣尺寸測(cè)量的精度；

（3）裝置墊板下設(shè)計(jì)緩沖彈簧，可緩沖剪切力，為裁切人員預(yù)留反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而保護(hù)刀具，保護(hù)試樣；

（4）試樣裁切液壓驅(qū)動(dòng)，剪切力大，動(dòng)作平穩(wěn)，點(diǎn)動(dòng)，剪切力可調(diào)；

（5）采用強(qiáng)磁磁頭吸附裁刀，吸附力大，保證裁刀在裁切過程中不偏不斜，提高試樣的裁切精度，同時(shí)，滿足快速更換各種裁刀，滿足各檢驗(yàn)形狀裁切的需要，減輕工作強(qiáng)度，增加工作效率。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

內(nèi)襯管裁剪裝置設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 內(nèi)襯管裁剪裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

3 裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及參數(shù)要求，整套實(shí)驗(yàn)裝置主要由機(jī)架、加熱系統(tǒng)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、裁刀固定系統(tǒng)、控制系統(tǒng)5部分組成。其中，機(jī)架是基礎(chǔ)，滿足各系統(tǒng)的安裝、固定；加熱系統(tǒng)提供預(yù)熱溫度；液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供裁切驅(qū)動(dòng)力；裁刀固定系統(tǒng)保證裁刀更換方便、固定牢固；控制系統(tǒng)協(xié)作各部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，保證裝置滿足使用要求。

3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架設(shè)計(jì)一方面保證各動(dòng)作部件的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是在液壓驅(qū)動(dòng)力的作用下保證機(jī)架不變形、不傾覆，另一方面留有足夠的操作空間，保證裁刀取放、樣品的方便，不影響操作。

機(jī)架下部設(shè)計(jì)四根支架，固定工作平臺(tái)，安裝緩沖彈簧，支撐液壓裁切力。機(jī)架采用立式框架結(jié)構(gòu)，油缸頂置，便于操作，四立柱由螺母連接油缸上部平臺(tái)和下部工作臺(tái)，加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度，減少了樣件變形量，保證工作過程不變形、不傾覆。

3.2 加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電熱板的發(fā)熱材料為電熱合金絲，它的工作原理就是電熱效應(yīng)。電熱板工作時(shí)，電流通過電熱合金絲，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，并傳導(dǎo)給外殼體，電熱管設(shè)計(jì)有絕緣材料，保證電熱合金絲工作時(shí)的電流不會(huì)使使用者造成隱患。電熱板為扁薄的板狀設(shè)計(jì)，材料為HT200，本材料耐溫并不易變形。電熱合金絲被封閉于電熱板的內(nèi)部，因此為封閉式加溫，加熱時(shí)無明火、無異味，安全性好，適用于各種工作環(huán)境。

3.3 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本機(jī)采用YG型冶金設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，液缸的壓力為2.5～16MPa，采用耐磨性好的YX密封圈，丁腈橡膠無骨架防塵圈?；钊麠U鍍硬鉻，有防腐、防銹、耐磨等特點(diǎn)。為了設(shè)備的移動(dòng)與安裝，采用了集成設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)由液壓油箱、液壓泵、液壓控制三大部分組成。

3.4 裁刀固定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證采樣準(zhǔn)確，便于取剪口沖模，采用釹鐵硼高強(qiáng)永久磁鐵的強(qiáng)磁固定式。磁鐵密封在沖壓頭內(nèi)，采用了單項(xiàng)放磁的建構(gòu)，可提供約100N左右吸力。

3.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)備采用三相四線50Hz電網(wǎng)供電，主電源開關(guān)，QS總采用三相四線漏保開關(guān)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)漏電時(shí)，能使主電源斷開，保護(hù)人身及設(shè)備，液壓泵電機(jī)采用電動(dòng)機(jī)保護(hù)器保護(hù)，保護(hù)電流應(yīng)調(diào)至8.2A左右，當(dāng)液壓電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)保護(hù)回過載燈亮，使KM1接角器斷開，從而保護(hù)液壓電機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)回過載時(shí)，應(yīng)查明過熱原因后，重新拉下主電源開頭再合上，方能啟動(dòng)液壓電動(dòng)機(jī)，加熱板、電加熱器用溫度儀控制加熱控溫度，以免加熱板溫度過高，損壞加工件。

4 裝置效果驗(yàn)證

4.1 外觀對(duì)比

人力裁切裝置制作的試樣，多個(gè)出現(xiàn)橫截面的兩條裁切邊傾斜，無法滿足使用要求，廢品率較高；而本文設(shè)計(jì)的液壓裁切制作的試樣，橫截面的兩條裁切邊和管材外壁切線垂直度較好，試樣標(biāo)準(zhǔn)，尺寸測(cè)量誤差小。拉伸和沖擊裁剪后試樣橫截面如圖1和2所示。

圖1 拉伸裁切試樣橫截面對(duì)比

圖2 沖擊裁切試樣橫截面對(duì)比

4.2 尺寸精度對(duì)比

對(duì)兩個(gè)裝置裁切的10個(gè)樣品的寬度分別進(jìn)行上、下兩個(gè)位置測(cè)量，并計(jì)算試樣橫截面積。結(jié)果表明，人力裁切的拉伸試樣橫截面上部寬度明顯大于下部寬度，十個(gè)試樣，寬度值差值均值為0.468mm，而液壓裁切的試樣上下寬度差值較小，數(shù)值為0.09mm，實(shí)驗(yàn)表面液壓裁切的試樣尺寸精度較高。

實(shí)驗(yàn)過程中，為提高測(cè)量準(zhǔn)確度，通常取試樣寬度上下均值作為面積計(jì)算依據(jù)，液壓裁切的試樣寬度均值較人力裝置裁切的試樣寬度均值更接近裁刀寬度實(shí)際值，進(jìn)而計(jì)算出來的面積更接近標(biāo)稱面積。人力裝置裁切試樣測(cè)量面積與標(biāo)稱面積差值均值為0.936cm2，液壓裁切裝置裁切的試樣面積差值為0.0352cm2，精度提高明顯。如表2所示。

表2 試樣寬度差和面積差實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.3 工作效率對(duì)比

人力裁切裝置無加熱功能，如果樣品硬度過高，無法完成裁切，需要將試樣放置在高低溫實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)預(yù)熱，而本文設(shè)計(jì)的液壓裝置本身具備預(yù)熱功能，且預(yù)熱溫度可調(diào)，簡單便捷，方便快速。

按照實(shí)驗(yàn)要求，每批內(nèi)襯管實(shí)驗(yàn)要求裁切5個(gè)拉伸試樣，10個(gè)沖擊試樣。根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，人力裁切裝置需要30min，液壓裁切裝置只需要5min。人力裁切裝置需要的扭轉(zhuǎn)力較大，如果樣品硬度高，需要使用管鉗給轉(zhuǎn)盤增加力臂，女檢驗(yàn)員無法完成試樣的制作，而液壓裁切裝置動(dòng)力源為液壓力，檢驗(yàn)員操作時(shí)只需要放置好樣品，點(diǎn)擊操作按鈕就可完成，省時(shí)省力，勞動(dòng)強(qiáng)度明顯減小。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的內(nèi)襯管試樣沖壓裝置增加了彈簧緩沖裝置、加熱裝置，有效解決了內(nèi)襯管試樣制作精度低、成本高的難題，提高了試樣加工的精度和效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。