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不剥胶软管接头的设计研究与应用

RonWang8年前 (2015-08-26)工业技术117

摘要:针对剥胶软管接头的现状,该文介绍了一种结构简单,不需剥胶的软管接头。详细说明了接头芯、套筒的齿形设计及装配扣压量,并通过试验有效验证了设计及扣压的合理性。

关键词:不剥胶;胶管;接头芯;套筒;试验

The Design Research and Application of No-peel Hose Connector

Abstract:According to present status of peel hose connector. The text introduces a sort of structural Simple and no-peel Hose connector.Declaration the design of joint ferrule and assembly,and passing effective certification at aspect of design rationality.
Key words:no-peel hose;hose;joint;ferrule;experiment

0 引言

软管接头是连接设备与软管的关键部位,传统的软管接头在生产装配时,首先需剥去软管外胶,再与套筒、接头芯扣压成型。然而对软管进行剥胶时,往往存在以下破坏软管的可能性:

(1)剥胶过度;剥胶端过长从而导致钢丝增强层外露,由此钢丝增强层受外界湿度影响产生腐蚀;

(2)剥胶不足;剥胶长度未达到整个扣压接头所需要的连接长度;

(3)钢丝层的破坏;在剥胶过程中破坏了钢丝增强层,例如钢丝被切断,被损坏等;导致应力集中在钢丝层破坏处;

以上几种情况都会导致了软管总成的早期漏油,本文介绍了一种不剥胶软管接头结构形式。与传统剥胶技术相比较,在装配过程中,不剥胶软管接头扣压时无需剥去胶管外胶层,因此就避免了由于剥胶不到位或过量而引起的软管总成早起故障,避免了钢丝增强层的锈蚀,在扣压过程中,外胶层同时对钢丝增强层起到很好的保护作用。

胶管扣压接头,派克,管接头,Parker

1 软管接头设计

软管接头主要由接头芯、套筒和连接件组成,如图1所示。首先我们从合理设计软管接头入手,软管接头设计的重点在于接头芯和套筒的设计,二者与软管通过扣压方式组合在一起形成软管总成。

1.1 接头芯设计

接头芯与软管扣压结合的部位是保证连接无泄漏的关键的地方。在接头设计中,往往设计人员重点关注接头芯扣压处长度、结构形状、壁厚等部位的设计,却忽略了接头芯扣压部位倒角,粗糙度等细节处的设计,这些看似简单的地方,却在实际使用中对密封起着重要作用。

1)齿形倒角

接头芯与软管内胶直接接触,设计不应有尖角、毛刺等,如图2a倒角1所示,接头芯所有交角处都要倒圆角,圆角半径为0.2~0.5mm。如果接头芯不倒圆角,那么接头芯插入软管时,易刺破或损坏内胶层,造成软管总成的早期漏油。同样倒角2也起到密封作用,当接头扣压成型后,软管内胶受压,部分内胶挤向倒角2处,在倒角2处形成了密封,有效增加了软管总成的密封性。如图2b所示。

2)齿形粗糙度

因接头芯与软管内胶层是保证密封的关键,故接头芯外圆表面,都应严格控制粗糙度,按照实际生产经验,通常要求Ra3.2。

3)齿形外径

接头芯设计时,为保证装配时接头芯与软管之间形成过盈配合,设计时接头芯外径应稍大与软管的内径,根据内径的不同,可以在0.5~1mm之间选择。传统剥胶型的接头芯所有齿形等高,但是在生产装配中,往往不易装配,对于不剥胶软管接头芯,我们将齿形设计为不等高,接头芯的最后一个齿形直径D1比其他齿形D 小0.1~0.3mm,如图3所示,有效解决了装配问题。

1.2 套筒的设计

套筒也是不剥胶软管接头设计的重点,如果设计不恰当,极易造成软管拔脱、漏油等质量问题。

1)齿顶尺寸

为保证套筒能穿透软管外胶层,进入到钢丝层,套筒齿顶尺寸应较窄,尺寸宽为1~2mm,因为接头与软管装配后,套筒内齿与软管的钢丝层咬合,保证扣压后的软管总成不被拔脱。故接头的抗拔脱力,必须大于由于软管内液压力产生的液压轴向力,而套筒与软管的之间的抗拔脱力等同为软管与接头之间的摩擦力,主要指套筒与软管的之间的摩擦力,接头芯与胶管之间的摩擦力太小,此处忽略,即要保证:

F 摩>p 拉  (1)

式中F摩——软管与接头间摩擦力;

p 拉——液体压力产生的轴向拉力。

p 拉=0.5πp 爆D22)

式中p 爆——胶管爆破压力;

D——接头芯直径。

F 摩=μπ dLFN (3)

式中μ——摩擦系数(当套筒与软管外胶层接触,为金属与橡胶间的摩擦系数;当套筒与软管钢丝层层接触,为金属与金属间的摩擦系数);

d——套筒内径;

L——软管与套筒接触长度;

FN——扣压力。

而该摩擦力F 摩必须小于软管所能承受的剪切强度,即

S [r]>F 摩(4)

式中S——切断面积;

[r]——许用剪切应力。

综合(1)、(2)、(3)、(4)得出

p 拉<μπ dLFN<S[r] (5)

从式(5)可看出,许用剪切应力[r]越大,则允许的摩擦力也越大,抗拔脱的能力越强,因此如果套筒内齿不能穿透外胶层,与钢丝层接触,则套筒与软管的摩擦力不足以抵抗管内液体压力产生的液压轴向力,因此套筒齿顶需较窄,保证能穿透外胶层,到达钢丝层表面,与钢丝层咬合,在钢丝层的许用剪切应力范围内产生足够的拔脱力。

2)内齿槽深度

套筒的内齿槽应有足够的深度,套筒扣入软管时保证有足够空间容纳外胶,使齿顶能与钢丝层接触。如果齿槽深度不足,则齿顶无法与钢丝层接触,不能形成金属与金属的咬合,使抗拔脱能力不足或产生漏油现象,如想通过加大扣压量FN值来增加摩擦力F 摩,则又易将外层橡胶压成硬块,对钢丝层形成剪切应力,极容易将钢丝扣断,且易造成内胶层过渡压缩,影响密封性能,接头芯会产生变形严重,影响管路流量。

3)内齿结构

传统剥胶软管接头的套筒内齿等高,套筒扣压后会导致第一齿处内胶扣压量偏大,不利于接头芯端部融胶。不剥胶软管接头,将套筒内部锯齿形设计为不等高,端部从前到后,内孔依次增大,扣压量依次减少,为了取得更好的技术效果,在套筒的端部设计部位A,其外径略小于扣压齿直径圆弧面,有效避免扣压后内胶产生的堆积及扣压后软管在此应力集中而导致的早期故障,同时还能使扣压后的套筒与软管外软层很好地压紧不漏缝隙,可以保证在恶劣的环境下污水或雨

水难以浸入套筒而对钢丝增强层起到很好的保护作用,如图4所示。

4)齿形倒角

同样要对套筒的内齿倒圆角,避免齿顶尖锐而损伤钢丝层,造成后期软管总成早期漏油。

2 装配扣压量

对软管总成来说,正确的扣压是保证软管总成质量的关键,如果扣压不足,则可能导致拔脱或漏油,如果扣压过渡,又可能使内胶过分压缩,导致内胶硬化,失去弹性而漏油,因此扣压量的确定十分重要。根据现用扣压工艺理论,套筒外径扣压变化尺寸:Δ=T·δ+(D2-D1)+(d2-d1) (5)

式中D1——钢丝外径;

D2——套筒内径;

d1——接头芯外径;

d2——胶管内径;

T——内胶厚度,T=D1-d2-A·d3;

d3——钢丝直径;

A ——钢丝层数;

δ——内胶压缩比。

可得出D、d1、d3、A、T 为设计与工艺要求尺寸,可当作常量,因此内胶压缩比δ合适与否是衡量软管内胶压缩量的重要参数,其中压缩比越大,内胶压缩量越大。通过多次扣压试验,扣压比δ 在50%与45%之间时最好。

3 试验验证

不剥胶软管接头装配扣压后,软管总成应满足相应的软管规格所规定的性能要求,无泄漏、无失效。扣压后软管总成按GB/T7939进行耐压、爆破及脉冲试验测试。软管总成在2倍的工作压力下进行耐压试验,保压60秒无泄漏,无压力值下降;爆破压力值均≥4倍工作压力,软管总成在爆破试验时,爆破口应离扣压处25mm 外呈开花状或多边形状态为试验的最好状态。另对软管总成在1.33倍最高工作压力下,脉冲频率为1Hz条件下,进行脉冲试验,试验持续达到标准要求,在

试验期间软管总成没有泄漏或失效。

4 结论

本文通过接头芯,套筒的设计及装配扣压过程中扣压量的分析,详细介绍了不剥胶软管接头。不剥胶软管接头在扣压时,软管不需剥胶,直接装配扣压。软管不剥胶避免了以往剥胶时胶粉对环境的污染和对钢丝增强层的损伤,提升了环保性能及产品质量;不剥胶软管接头具有很好的经济效益和社会效益。在实际不剥胶软管接头设计中,上述内容可作为设计参考,有效保证软管接头设计的合理性。

参考文献

[1] GB/T 7939-2008 液压软管总成试验方法[S].

[2] 路甬祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3] 闻邦春.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4] GB/T9065.2-2010,液压软管接头第2部分:24°锥密封端软管接头[S].

[5] 韩波.胶管接头的设计及应用[J].煤矿机械,1999,(6).

[6] ISO 12151-3:1999,用于液压传动和一般用途的管接头-软管接头-第3部分:带ISO 6162法兰末端的软管接头[S].

[7] BS ISO 12151-2:2003,用于液压传动和一般用途的管接头-软管接头-第1部分:带ISO 8434-1 24°压缩式管接头[S].

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