张 瑾，李 风，郭志永，王芫芫

（中国石化胜利油田技术检测中心，山东东营 257000）

1 概述

内衬管是一种外部以钢或者硬质结构为管道骨架，内衬耐磨、防腐以及耐高温的橡胶作为衬里层，通过橡胶自身物理和化学性能从而降低了管路输送介质对外部结构的冲击力、腐蚀等作用，大大延长了管路的使用寿命，降低了使用者的成本。

内衬管的性能检测是保证内衬管高效、安全运行的重要手段。内衬管检测需要将内衬管原管加工成实验要求的标准试样。内衬管检验标准中规定标准试样的制备方法有两种。一种是裁刀裁切，需要合适的裁切装置及合格的裁刀，操作简单、成本低，但试样的合格率低，工作误差大，效率低；另一种是机械加工，需要购买机械加工设备，试样误差小、合格率高、检测人员劳动强度小，但仪器购买成本高，经济效益差。因此，为提高内衬管标准试样裁切的工作效率和经济效益，本文设计了一套全新的内衬管标准试样裁切装置，并对装置使用效果进行验证，确保满足内衬管标准试样的制作。

2 设计要求

2.1 设计理念

（1）试样裁切前，装置通过电热板对试样进行预热，降低试样硬度，减小裁切力，使裁切容易，进而保证样品形状工整，减小由试样不规则引入的尺寸误差，进而减小面积误差，提高检测精度；

（2）电加热板可预设定温度，过热、过载可自动保护，同时在液压缸的推动作用下，加热板可对裁切完成的试样进行变形矫正，进一步保证试样尺寸测量的精度；

（3）装置垫板下设计缓冲弹簧，可缓冲剪切力，为裁切人员预留反应时间，进而保护刀具，保护试样；

（4）试样裁切液压驱动，剪切力大，动作平稳，点动，剪切力可调；

（5）采用强磁磁头吸附裁刀，吸附力大，保证裁刀在裁切过程中不偏不斜，提高试样的裁切精度，同时，满足快速更换各种裁刀，满足各检验形状裁切的需要，减轻工作强度，增加工作效率。

2.2 设计参数

内衬管裁剪装置设计参数见表1。

表1 内衬管裁剪装置设计参数

3 装置设计内容

根据设计目标及参数要求，整套实验装置主要由机架、加热系统、液压驱动系统、裁刀固定系统、控制系统5部分组成。其中，机架是基础，满足各系统的安装、固定；加热系统提供预热温度；液压驱动系统提供裁切驱动力；裁刀固定系统保证裁刀更换方便、固定牢固；控制系统协作各部件的运转，保证装置满足使用要求。

3.1 机架设计

机架设计一方面保证各动作部件的有效运转，尤其是在液压驱动力的作用下保证机架不变形、不倾覆，另一方面留有足够的操作空间，保证裁刀取放、样品的方便，不影响操作。

机架下部设计四根支架，固定工作平台，安装缓冲弹簧，支撑液压裁切力。机架采用立式框架结构，油缸顶置，便于操作，四立柱由螺母连接油缸上部平台和下部工作台，加强抗拉强度，减少了样件变形量，保证工作过程不变形、不倾覆。

3.2 加热系统设计

电热板的发热材料为电热合金丝，它的工作原理就是电热效应。电热板工作时，电流通过电热合金丝，将电能转换为热能，并传导给外壳体，电热管设计有绝缘材料，保证电热合金丝工作时的电流不会使使用者造成隐患。电热板为扁薄的板状设计，材料为HT200，本材料耐温并不易变形。电热合金丝被封闭于电热板的内部，因此为封闭式加温，加热时无明火、无异味，安全性好，适用于各种工作环境。

3.3 液压驱动系统设计

本机采用YG型冶金设备标准，液缸的压力为2.5～16MPa，采用耐磨性好的YX密封圈，丁腈橡胶无骨架防尘圈。活塞杆镀硬铬，有防腐、防锈、耐磨等特点。为了设备的移动与安装，采用了集成设计。液压系统由液压油箱、液压泵、液压控制三大部分组成。

3.4 裁刀固定系统设计

为了提高工作效率，减轻劳动强度，保证采样准确，便于取剪口冲模，采用钕铁硼高强永久磁铁的强磁固定式。磁铁密封在冲压头内，采用了单项放磁的建构，可提供约100N左右吸力。

3.5 控制系统设计

本设备采用三相四线50Hz电网供电，主电源开关，QS总采用三相四线漏保开关，当设备出现漏电时，能使主电源断开，保护人身及设备，液压泵电机采用电动机保护器保护，保护电流应调至8.2A左右，当液压电动机出现过载时，电动机保护回过载灯亮，使KM1接角器断开，从而保护液压电机，当出现电动机保护回过载时，应查明过热原因后，重新拉下主电源开头再合上，方能启动液压电动机，加热板、电加热器用温度仪控制加热控温度，以免加热板温度过高，损坏加工件。

4 装置效果验证

4.1 外观对比

人力裁切装置制作的试样，多个出现横截面的两条裁切边倾斜，无法满足使用要求，废品率较高；而本文设计的液压裁切制作的试样，横截面的两条裁切边和管材外壁切线垂直度较好，试样标准，尺寸测量误差小。拉伸和冲击裁剪后试样横截面如图1和2所示。

图1 拉伸裁切试样横截面对比

图2 冲击裁切试样横截面对比

4.2 尺寸精度对比

对两个装置裁切的10个样品的宽度分别进行上、下两个位置测量，并计算试样横截面积。结果表明，人力裁切的拉伸试样横截面上部宽度明显大于下部宽度，十个试样，宽度值差值均值为0.468mm，而液压裁切的试样上下宽度差值较小，数值为0.09mm，实验表面液压裁切的试样尺寸精度较高。

实验过程中，为提高测量准确度，通常取试样宽度上下均值作为面积计算依据，液压裁切的试样宽度均值较人力装置裁切的试样宽度均值更接近裁刀宽度实际值，进而计算出来的面积更接近标称面积。人力装置裁切试样测量面积与标称面积差值均值为0.936cm2，液压裁切装置裁切的试样面积差值为0.0352cm2，精度提高明显。如表2所示。

表2 试样宽度差和面积差实验结果

4.3 工作效率对比

人力裁切装置无加热功能，如果样品硬度过高，无法完成裁切，需要将试样放置在高低温实验箱内预热，而本文设计的液压装置本身具备预热功能，且预热温度可调，简单便捷，方便快速。

按照实验要求，每批内衬管实验要求裁切5个拉伸试样，10个冲击试样。根据实验对比，人力裁切装置需要30min，液压裁切装置只需要5min。人力裁切装置需要的扭转力较大，如果样品硬度高，需要使用管钳给转盘增加力臂，女检验员无法完成试样的制作，而液压裁切装置动力源为液压力，检验员操作时只需要放置好样品，点击操作按钮就可完成，省时省力，劳动强度明显减小。

5 结束语

本文设计的内衬管试样冲压装置增加了弹簧缓冲装置、加热装置，有效解决了内衬管试样制作精度低、成本高的难题，提高了试样加工的精度和效率，具有广阔的应用前景。