CN102109459A - 一种通信管道静摩擦系数测量仪 - Google Patents

Abstract

一种通信管道静摩擦系数测量仪，测试架具有一平台，夹持装置和测头推拉装置设置在平台上，二者相对放置；静摩擦力传动装置连接到测头推拉装置，当静摩擦力传动装置中的弹簧位移到一定位置，测头推拉装置开始运动时，测头推拉装置上的推拉力计测出被测试件的静摩擦力，进而计算被测试件的静摩擦系数。本发明还公开了采用上述通信管道静摩擦系数测量仪进行静摩擦系数测试以及对现有测量仪进行量值溯源的方法，本发明的装置集成度高，测量准确，解决了现有测量仪采用肉眼观察测量过程，主官判断测量结果缺陷。采用本发明的装置，还可以对现有的测量仪进行校准，提高了现有测量仪量值溯源的准确性，进而保证了通信管道工程的质量。

Description

一种通信管道静摩擦系数测量仪

技术领域

本发明属于测量领域，特别是涉及一种通信管道静摩擦系数的测量装置。

背景技术

高密度聚乙烯硅芯塑料管(简称硅芯管)，是由高密度聚乙烯(HDPE)外壁、外层色条和固体硅质内润滑层组成，直接铺设于地下，内穿通信光电缆。贯穿公路全线的硅芯管通过人(手)孔把车辆检测器、摄像机、紧急电话、情报板等一系列外场设备与监控中心、通信中心、收费站联系起来，使它们之间通过光电缆进行信号、数据传输，使公路运营者能够及时掌握公路信息，应付突发事件，及时救援、疏导交通等，从而保证正常、有序、安全的公路运营。

硅芯管铺设工程属于隐蔽工程，产品埋设于地下，适宜的穿缆工艺将影响光电缆铺设质量和后期的维护成本。目前气吹放缆已经大量应用于工程实际中，由于硅芯塑管的内壁摩擦系数小，当光电缆被压缩空气吹入管道后，使缆线随高速气流以悬浮状态在管道内快速穿行，在整个穿缆过程中缆线所受的推力是均匀分布，避免了象牵引法那样使缆线受拉伸而易遭破坏。

就硅芯管产品本身而言，影响吹缆的主要技术指标是内壁摩擦系数，该指标是评价硅芯管质量优劣的关键。吹缆过程中，在硅芯管中光电缆受到的摩擦系数有静摩擦系数和动摩擦系数之分。静摩擦系数反应气吹过程的初始状态需要多大的气压和流量，决定空气压缩机的最大功率，动摩擦系数反应光电缆克服静态摩擦后吹缆的效率和能耗。

国外如ASTM D 3485-97“Standard Specification forSmooth-wall Coilable Polyethylene(PE)Conduit(duct)forPreassembled Wire and Cable”、ASTM D 6070-98“Standard TestMothods for Physical Properties of Smooth-wall CoilablePolyethylene(PE)Conduit(duct)for Preassembled Wire andCable”、NEMA TC7-1990“Smooth-wall Coilable Polyethylene(PE)Electric Plastic Duct”、AS/NZS 4130：1997“Polyethylene(PE)Pipesfor Pressure Applications”、Bellcores TR-NWT-000356“GeneralRequirements for Optical Fiber Cable Innerduct”等相关标准在有关硅芯管内壁摩擦系数的要求中，仅提及了动摩擦系数，而对静摩擦系数没有相关规定，国内交通行业标准JT/T 496-2004《公路地下通信管道高密度聚乙烯硅芯塑料管》和国家标准GB/T 24456-2009《高密度聚乙烯硅芯管》中对静摩擦系数和动摩擦系数均提出了要求，其中要求静摩擦系数不大于0.25。

目前，硅芯管静摩擦系数的测量仪器为通信管道静摩擦系数测量仪，该仪器作为静摩擦系数测试的专用仪器，在交通工程领域的应用非常广泛。交通建设中所使用的各种通信管道，几乎都要使用其对静摩擦系数进行检测。目前国内外涉及该仪器的标准有JT/T496-2004、JT/T683-2009《通信管道静摩擦系数测量仪》和JJG(交通)081-2009《通信管道静摩擦系数测量仪)》标准。

如图1所示，上述通信管道静摩擦系数测量仪一般由基座01、试验平台02、支撑装置03、升降装置04、角度测量装置05、试样固定装置06和标准试棒07等部分组成，进行测试时，试验平台的后端向上升起，从而试验平台与基座之间的角度发生变化。当试样夹具中的标准试棒在通信管道中开始向下滑动时，此时试验平台倾角α的正切值，即为静摩擦系数，测试原理图见图2。

但是，采用上述测量仪存在如下的缺陷，其中试样夹具中的标准试棒在通信管道中开始向下滑动的时间点需要由操作人员通过肉眼来确定，那么其准确度将取决于操作人员对仪器的使用熟练程度及其操作经验，因此采用该测量仪将会有一定的测量误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种通信管道静摩擦系数测量仪，包括测试架、夹持装置、测头推拉装置、静摩擦力传动装置、控制装置和操作面板，其中测试架具有一平台，夹持装置和测头推拉装置设置在平台上，二者相对放置；静摩擦力传动装置连接到测头推拉装置，当静摩擦力传动装置中的弹簧位移到一定位置，测头推拉装置开始运动时，测头推拉装置上的推拉力计测出被测试件的静摩擦力，进而计算被测试件的静摩擦系数。

进一步，测头推拉装置包括滑轨垫块、滑轨、仪表连接块和推拉力计，滑轨固定在滑轨垫块上，仪表连接块与滑轨相连，推拉力计固定在仪表连接块上。

进一步，静摩擦力传动装置包括拉伸装置、弹簧、拉绳和滑轮，其中拉伸装置和弹簧设置在平台的下面，在弹簧正上方的平台上有一开口，滑轮设置在该开口旁，弹簧一端连接到拉伸装置，另一端连接拉绳，拉绳穿过平台上的开口，通过滑轮的支撑，连接到仪表连接块，通过弹簧的位移变形使仪表连接块在一定力值范围内不发生运动，从而进行静摩擦系数的测量。

进一步，所述弹簧通过一传感器连接到拉伸装置。

进一步，夹持装置包括水平支撑台、夹具以及手动摇柄，夹具设置在水平支撑台上，用于夹紧试件，通过手动摇柄调节水平支撑台的高度。

进一步，测试架具有一向下倾斜的操作面，控制装置和操作面板设置在该操作面上。

本发明还公开了采用上述通信管道静摩擦系数测量仪进行静摩擦系数测试的方法，包括如下步骤：

1)称取标准试棒的质量；

2)放置被测试件和标准试棒；

3)启动测量仪；

4)测头推拉装置动作的瞬间记录其推拉力计获取的最大力值；

5)读取记录的值；

6)采用式(1)计算得出第一个静摩擦系数值

$\mathrm{\μ}=\frac{F_{\max }}{\mathrm{mg}}...\left(1\right)$

式中：

μ-通信管道静摩擦系数测量仪测得的试件的静摩擦系数；

F_max-通信管道静摩擦系数测量仪中推拉力计获取的最大力值，单位为N；

m-标准试棒的质量，单位为kg；

g-重力加速度，单位为m/s²；

7)转标准试棒；

8)重复上述步骤N-1次，共得到N个静摩擦系数值；

9)将计算得到的N个静摩擦系数值进行平均得出被测试件的静摩擦系数。

进一步，步骤7)中旋转标准试棒的角度为20°～40°。

进一步，所述放置被测试件和标准试棒的步骤为：

1a)、将被测试件(7)放置于夹持装置(2)的水平支撑台(21)上，用夹持装置(2)的夹具(22)将其固定；

1b)、将标准试棒(6)放入被测试件(7)内，使标准试棒(6)摩擦面端部与标被测试件(7)的外端在同一平面上；

1c)、调节水平支撑台(21)使标准试棒(6)的纵向中心线与测头推拉装置(3)的推拉力计(34)测头中心线平行并轻微接触。

本发明还公开了采用上述通信管道摩擦系数测量仪对现有测量仪进行量值溯源的方法，包括如下步骤：

1)称取标准试棒的质量；

2)在通信管道摩擦系数测量仪上放置被测试件和标准试棒；

3)启动测量仪；

4)测头推拉装置动作的瞬间记录其推拉力计获取的最大力值；

5)读取记录的值；

6)采用式(1)计算得出第一个值

$\mathrm{\μ}=\frac{F_{\max }}{\mathrm{mg}}...\left(1\right)$

式中：

μ-通信管道静摩擦系数测量仪测得的试件的静摩擦系数；

F_max-通信管道静摩擦系数测量仪中推拉力计获取的最大力值，单位为N；

m-标准试棒的质量，单位为kg；

g-重力加速度，单位为m/s²；

7)旋转标准试棒；

8)重复上述步骤N-1次，共得到N个静摩擦系数值；将计算得到的N个值进行平均得出被测试件的静摩擦系数；

9)将计算得到的N个静摩擦系数值进行平均得出被测试件的静摩擦系数；

10)将被测试件和标准试棒放置在现有测量仪上进行测试，测出现有测量仪测得的静摩擦系数μ₀；

11)根据步骤9)测出的静摩擦系数和步骤10)测出的静摩擦系数采用式(2)计算测量误差，对现有测量仪进行校准，

$\mathrm{\Δ}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\μ}}\×100\%...\left(2\right)$

式中：

Δ-测量误差，％；

μ₀-现有测量仪测得的静摩擦系数；

μ-被测试件的静摩擦系数。

本发明的装置集成度高，测量准确，解决了现有测量仪采用肉眼观察测量过程，主官判断测量结果缺陷。采用本发明的装置，还可以对现有的测量仪进行校准，提高了现有测量仪量值溯源的准确性，进而保证了通信管道工程的质量。

附图说明

图1：现有通信管道静摩擦系数测量仪示意图；

图2：现有通信管道静摩擦系数测量仪测试原理图；

图3：本发明的通信管道静摩擦系数测量仪结构示意图；

图4：夹持装置示意图；

图5：测头推拉装置示意图；

图6：静摩擦力传动装置示意图；

图7：静摩擦系数测试原理图。

附图标记说明：

1-测试架；

11-平台；12-开口；

2-夹持装置；

21-水平支撑台；211-定位轴承；

22-夹具；221-夹块滑轨；222-夹块；223-调节丝杆；224-调节手柄；

23-手动摇柄；

3-测头推拉装置；

31-滑轨垫块；

32-滑轨；321-滑动轨道；322-滑块；

33-仪表连接块；

34-推拉力计；341-推拉力计压头；

4-静摩擦力传动装置；

41-拉伸装置；

42-弹簧；421-滑动轨道；422-滑块；

43-拉绳；

44-滑轮；

45-滑轮座；

5-控制装置和操作面板；

6-标准试棒；

7-试件。

图1中：

01-基座；02-试验平台；03-支撑装置；04-升降装置；

05-角度测量装置；06-试样固定装置；07-标准试棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述。

如图3所示，本发明的通信管道摩擦系数测量仪主要包括测试架1、夹持装置2、测头推拉装置3、静摩擦力传动装置4、控制装置和操作面板5等，其中测试架1具有一平台11，夹持装置2和测头推拉装置3设置在平台11上，二者相对放置。测试架1还有一向下倾斜的操作面，其上设置控制装置和操作面板5。静摩擦力传动装置4分为两部分，一部分设置在平台的下面，另一部分设置在平台上面，下面对各个部分进行具体描述。

如图4所示，夹持装置2包括水平支撑台21、夹具22以及手动摇柄23，其中夹具22包括夹块滑轨221、两个夹块222、调节丝杆223和调节手柄224，夹具22设置在水平支撑台21上，两个夹块222用于夹紧试件，能够沿夹块滑轨221移动。进行测试时，将被测试件放置在两个夹块222中间，通过调节手柄224使测试件与测头推拉装置3的触头对准。水平支撑台21由四个定位轴承211支撑，通过设置在测试架1侧部的手动摇柄23来抬升四个定位轴承211，从而调节夹具22的高度。

如图5所示，测头推拉装置3包括两条位于平台11上的滑轨垫块31，在滑轨垫块31上设置有滑轨32，滑轨32包括滑动轨道321和滑块322，滑块322可沿滑动轨道321前后滑动。仪表连接块33与滑块322相连，推拉力计34固定在仪表连接块33上，推拉力计34的前端具有一铝棒触头，该触头用于静摩擦力的检测。

如图6所示，静摩擦力传动装置4包括拉伸装置41、弹簧42、拉绳43、滑轮44以及滑轮座45，其中拉伸装置41和弹簧42设置在平台的下面，在弹簧正上方的平台上有一开口12，滑轮44设置在测试架1的平台11上，位于该开口12旁，弹簧42一端连接到拉伸装置41，另一端连接拉绳43，拉绳43穿过平台上的开口12，通过滑轮44的支撑，连接到仪表连接块33，通过弹簧42的位移变形可以使仪表连接块33在一定力值范围内不发生运动，从而实现静摩擦系数的测量。

下面结合图7具体描述该测量仪的测试过程。

用天平称取标准试棒6的质量，并计算试棒重力。将试件7放置于通信管道静摩擦系数测量仪夹具22的两夹块222之间，将其固定。将标准试棒6放入试件7内，标准试棒6摩擦面端部与试件7的外端在同一平面上。调节水平支撑台21使标准试棒6纵向中心线与推拉力计34的触头中心线重合并轻微接触。启动静摩擦力测量仪，拉伸装置41开始拉伸，观察测量仪的时间-力值曲线，当测头推拉装置开始动作的瞬间，推拉力计获取的最大力值，时间-力值曲线出现最大力值峰，则停止拉伸，记录最大力值。按此进行多次测量，如九次，每次应将标准试棒旋转20°～40°，取九次测量的静摩擦力的平均值作为测试结果。

根据式(1)计算静摩擦系数μ，并保留到小数点后第三位。

$\mathrm{\μ}=\frac{F_{\max }}{\mathrm{mg}}...\left(1\right)$

式中：

μ-通信管道静摩擦系数测量仪测得的试件的静摩擦系数；

F_max-通信管道静摩擦系数测量仪中推拉力计获取的最大力值，单位为N；

m-标准试棒的质量，单位为kg；

g-重力加速度，单位为m/s²。

还可以采用本发明的通信管道摩擦系数测量仪对现有测量仪进行量值溯源。首先通过上述测试过程测出被测试件的静摩擦系数，然后将被测试件和标准试棒放置在现有的测量仪上，测出在现有测量仪上被测试件的静摩擦系数，采用式(2)计算测量误差。

$\mathrm{\Δ}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\μ}}\×100\%...\left(2\right)$

式中：

Δ-测量误差，％；

μ₀-现有测量仪测得的静摩擦系数；

μ-被测试件的静摩擦系数。

Claims (10)

1.一种通信管道静摩擦系数测量仪，包括测试架(1)、夹持装置(2)、测头推拉装置(3)、静摩擦力传动装置(4)、控制装置和操作面板(5)，其中测试架(1)具有一平台(11)，夹持装置(2)和测头推拉装置(3)设置在平台(11)上，二者相对放置；静摩擦力传动装置(4)连接到测头推拉装置(3)，当静摩擦力传动装置(4)中的弹簧位移到一定位置，测头推拉装置(3)开始运动时，测头推拉装置上的推拉力计(34)测出被测试件的静摩擦力，进而计算被测试件的静摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于：测头推拉装置(3)包括滑轨垫块(31)、滑轨(32)、仪表连接块(33)和推拉力计(34)，滑轨(32)固定在滑轨垫块(31)上，仪表连接块(33)与滑轨(32)相连，推拉力计(34)固定在仪表连接块(33)上。

3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于：静摩擦力传动装置(4)包括拉伸装置(41)、弹簧(42)、拉绳(43)和滑轮(44)，其中拉伸装置(41)和弹簧(42)设置在平台(11)的下面，在弹簧(42)正上方的平台(11)上有一开口(12)，滑轮(44)设置在该开口旁，弹簧(42)一端连接到拉伸装置(41)，另一端连接拉绳(43)，拉绳(43)穿过平台上的开口(12)，通过滑轮(44)的支撑，连接到仪表连接块(33)，通过弹簧(42)的位移变形使仪表连接块(33)在一定力值范围内不发生运动，从而进行静摩擦系数的测量。

4.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于：所述弹簧(42)通过一传感器连接到拉伸装置(41)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的测量仪，其特征在于：夹持装置(2)包括水平支撑台(21)、夹具(22)以及手动摇柄(23)，夹具(22)设置在水平支撑台(21)上，用于夹紧试件，通过手动摇柄(23)调节水平支撑台(21)的高度；

或：测试架(1)具有一向下倾斜的操作面，控制装置和操作面板(5)设置在该操作面上。

6.采用权利要求1-5任一项所述的通信管道静摩擦系数测量仪进行静摩擦系数测试的方法，包括如下步骤：

1)称取标准试棒的质量；

2)放置被测试件和标准试棒；

3)启动测量仪；

4)测头推拉装置动作的瞬间记录其推拉力计获取的最大力值；

5)读取记录的值；

6)采用式(1)计算得出第一个静摩擦系数值

$\mathrm{\μ}=\frac{F_{\max }}{\mathrm{mg}}...\left(1\right)$

式中：

μ-通信管道静摩擦系数测量仪测得的试件的静摩擦系数；

F_max-通信管道静摩擦系数测量仪中推拉力计获取的最大力值，单位为N；

m-标准试棒的质量，单位为kg；

g-重力加速度，单位为m/s²；

7)转标准试棒；

8)重复上述步骤N-1次，共得到N个静摩擦系数值；

9)将计算得到的N个静摩擦系数值进行平均得出被测试件的静摩擦系数。

7.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述N取6-10；

或：所述N取9。

8.根据权利要求6-7任一项所述的方法，其特征在于：步骤7)中旋转标准试棒的角度为20°～40°。

9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于：所述放置被测试件和标准试棒的步骤为：

1a)、将被测试件(7)放置于夹持装置(2)的水平支撑台(21)上，用夹持装置(2)的夹具(22)将其固定；

1b)、将标准试棒(6)放入被测试件(7)内，使标准试棒(6)摩擦面端部与标被测试件(7)的外端在同一平面上；

1c)、调节水平支撑台(21)使标准试棒(6)的纵向中心线与测头推拉装置(3)的推拉力计(34)测头中心线平行并轻微接触。

10.采用如权利要求1-5任一项所述的通信管道摩擦系数测量仪对现有测量仪进行量值溯源的方法，包括如下步骤：

1)称取标准试棒的质量；

2)在通信管道摩擦系数测量仪上放置被测试件和标准试棒；

3)启动测量仪；

4)测头推拉装置动作的瞬间记录其推拉力计获取的最大力值；

5)读取记录的值；

6)采用式(1)计算得出第一个值

$\mathrm{\μ}=\frac{F_{\max }}{\mathrm{mg}}...\left(1\right)$

式中：

μ-通信管道静摩擦系数测量仪测得的试件的静摩擦系数；

F_max-通信管道静摩擦系数测量仪中推拉力计获取的最大力值，单位为N；

m-标准试棒的质量，单位为kg；

g-重力加速度，单位为m/s²；

7)旋转标准试棒；

8)重复上述步骤N-1次，共得到N个静摩擦系数值；将计算得到的N个值进行平均得出被测试件的静摩擦系数；

9)将计算得到的N个静摩擦系数值进行平均得出被测试件的静摩擦系数；

10)将被测试件和标准试棒放置在现有测量仪上进行测试，测出现有测量仪测得的静摩擦系数μ₀；

11)根据步骤9)测出的静摩擦系数和步骤10)测出的静摩擦系数采用式(2)计算测量误差，对现有测量仪进行校准，

$\mathrm{\Δ}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0-\mathrm{\μ}}{\mathrm{\μ}}\×100\%...\left(2\right)$

式中：

Δ-测量误差，％；

μ₀-现有测量仪测得的静摩擦系数；

μ-被测试件的静摩擦系数。

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