液压快换接头技术现状及选型分析

 RonWang   2019-06-21 12:16   226 人阅读  0 条评论

本篇论文发表在 科技创新导报(Science and Technology Innovation Herald)2019年8月刊。文章液压快换接头的常用分类方式进行了概述,对其相关的国内外标准进行综合分析。进一步研究快换接头相关的国内外专利概况及内容。最后,分析和介绍了快换接头的技术选型。

一、概述

随着液压和气动技术在一次世界后的快速发展和广泛应用,液压快换接头作为一种快速、简便、可靠地重复连接和断开的接头形式。从最开始研究出来解决机枪水冷系统冷却水的快速连接,发展至今已经广泛应用到农用机械、建筑机械、工程机械、液压设备、加工机床、重卡设备、石油石化、海工和军工几乎所有的领域。本文将对快换接头的国内外标准、结构型式、分类方法、和设计选型的关键因素进行研究和分析。

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二、分类

快速接头论制造商及品牌如何,所有快速接头都有一个共同特征,就是它们都有两个部分:阴接头(插座)和阳接头(插头), 阳接头是公接头部分,阴接头是母接头部分。 当两部分正确连接时,这些部件有效的密封和锁定两部分接头以承受内部压力并抵抗任何倾向于将接头拉开的拉力。断开和分离时,通过打开锁定机构和分离部件,可以在没有任何其它工具的情况下很容易地断开两个部分。

快换接头的分类方式很多,我们主要讨论的分类方法有:应用的介质,符合的标准,阀的布置方式,密封的材质,工艺处理方式等。

2.1  应用介质

根据应用的介质不同主要分为:气动和液压两类,气动快换接头主要的介质是压缩空气;液压快换接头主要介质是液体,如水、油和其它非腐蚀性的液体。

另外,还有一些应用在特殊领域的快换接头:如医疗设备呼吸系统、特种介质等。

2.2  阀的布置方式

根据分为阀的布置方式可以分为:直通式、单截止式、双截止式和干式无泄漏式;

直通式是阴阳接头两边都不带单向阀,这样的接头优点是保证了最大的流量和最小的压降损失,缺点是管路直通外界,要求介质不污染周边环境和操作空间。一般应用在压缩空气和水的介质,结构如图1所示。

单截止式,是指单边安装有截止阀,大部分情况是安装在阴接头端,因此介质输送端上游一般在带阀端,主要应用在气动和水介质的工况,结构如图2所示。

双截止式,是指两边都安装有阀,阴阳接头断开后都可以保证介质不泄露,主要应用在液压、化工、石油等行业,结构如图3所示。

干式无泄漏的,是属于两边都有阀的一种,但是其结构型式可以确保接头连接时混入系统的空气最少,断开时工作介质泄漏最少。被称为干式无泄漏式快换接头。结构如图4所示。

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2.3 密封材质

密封的材质可以分为:丁腈橡胶NBR,氟橡胶FKM,三元乙丙EPDM,聚氨酯PUR等。

丁腈橡胶 NBR :应用在通用介质,常温工作温度在-34℃至+121℃之间的工况下。如:水和通用液压油。

氟 橡 胶  FKM :应用在高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学介质的,工作温度在-26℃至+204℃之间的工况下。

三元乙丙EPDM:橡胶密封可以应用在低温、耐磷酸酯液压油场合,工作温度在-57℃至+121℃。

聚 氨 酯 PUR :主要应用在高温、高压、耐磨性场合,工作温度在-45℃至135℃。

2.4 材质处理

根据快换接头表面材质的处理方式可以分为:镀锌,镀镍,镀铬,钝化,硝基碳化。表面处理的最主要的作用是让快换接头在工作环境中具有更强的耐腐蚀性,让接头表面更稳定、美观、连接更可靠。

三、标准和专利

3.1 标准分类

快换接头的标准由于国家、行业和制造商的不同,因此,标准非常的多而复杂,我们将其概括如下:GB/T ,GJB,JB/T,JB/ZQ, ISO,HTMA及制造商标准。常见的标准代号及组织名称如表1所示。

表1 常用标准代号及组织名称

标准组织名称举例
GB/T中国国家推荐标准GB/T 5860
GJB中国国家军用系列标准GJB 1121
JB/T中国机械行业(含机械、电工、仪器仪表等)推荐性行业标准JB/T 7850
JB/ZQ机械部重型机械企业标准JB/ZQ 4078
ISO国际标准化组织(International Organization for  Standard,ISOISO 7241-1/2
HTMA液压工具制造协会Hydraulic Tool Manufacturers Association -
制造商Parker,TEMA ,Rectus,Snap-Tite,Stucchi,STAUBLI,FASTER,NITTO-KOHKI,COLDER,Cejn,Eaton-

下面我们根据快换接头的国内和国际标准进行概括介绍。

3.1.1 国内标准

国内的快换接头的标准及标准名称如表2所示。

表2 快换接头国内标准及标准名称

标准号名称
GB/T 22076-2008气动圆柱形快换接头 插头连接尺寸、技术要求、应用指南和试验
GB/T 16693-1996软管快速接头
JB/T 7850-2007手夹快换接头
GB/T 5860-2003液压快换接头 尺寸和要求
GB/T 5861-2003液压快换接头 试验方法
GB/T 5862-2008农业拖拉机和机具 通用液压快换接头
GB/T 8606-2003液压快换接头螺纹连接尺寸及技术要求
JB/ZQ 4078-2006快换接头(两端开闭式)
GJB 1121-1991CRJ型软管快速接头

3.1.2 国际标准

国际与快换接头相关的标准主要是ISO的标准,标准号及标准名称如表3所示。

表3 快换接头国际标准及标准名称

标准号名称
ISO 16028-1999,Amd.1:2006Hydraulic fluid power -- Flush-face   type, quick-action couplings for use at pressures of 20 MPa (200 bar) to 31,5   MPa (315 bar) – Specifications-AMENDMENT1:ISO 16028:1999/Amd.1:2006(E)
ISO 7241-1:2014Hydraulic fluid power -- Quick-action   couplings -- Part 1: Dimensions and requirements
ISO 7241-2:2000Hydraulic fluid power --   Quick-action couplings -- Part 2: Test methods
ISO 5675:2008Agricultural tractors and machinery   -- General purpose quick-action hydraulic couplers
ISO 6150 1988Pneumatic fluid power -- Cylindrical   quick-action couplings for maximum working pressures of 1 MPa, 1,6 MPa, and   2,5 MPa (10 bar, 16 bar and 25 bar) -- Plug connecting dimensions,   specifications, application guidelines and testing

3.2 专利

快换接头专利,美国US0051234最早公布了平面式快换接头的结构。US20140373949A对现有的ISO7241和ISO16028的快换接头进行优化和改良。

EP1148285A改进ISO16028快换接头的固定阀体部分。

EP2369241将钢球锁定快换的方式优化为异性端面锁定。

CN102434744A和CN202327459U公布了一种自动卸压式快换接头。

ZL 201821518916公布了一种带背压释放器的液压快换接头。该专利创新设计出一种安装在普通快换接头内的背压释放器,通过背压释放大大减少了因为系统背压或残压造成的快换接头连接和断开的困难,是国内首次相关技术的公开。

四、设计选型

快换接头的设计选型主要根据尺寸、温度、应用、介质和压力等五个方面来决定。我们把这五方面简称为STAMP(Size-尺寸,Temperature-温度,Application-应用,Media-介质 Pressure-压力)。

4.1 尺寸SIZE

快换接头的尺寸选择主要是根据工作系统的流量、安装空间、管路尺寸来选择。一端是确定与胶管、钢管或者安装面连接的螺纹方式、螺纹标准和尺寸。另一端是快换接头的配对连接,一种是与客户设备连接,这样就需要确定产品的标准、以确保快换接头的配对连接的正常连接,另一种是自有设备的连接,只用确保阴阳接头是符合同一标准就可以。

4.2 温度 TEMPERATURE

与快换接头相关的温度主要有两个温度,即介质温度和环境温度。这个两个温度影响快换接头选择的密封材质类型,选择常温密封材质,还是耐低温或高温场合的密封材质,温度还会造成系统背压的产生,因此影响到是否选择带背压释放器的快换接头产品。

4.3 应用 APPLICATION

快换接头的应用主要是确定对快换接头的功能要求是什么,是动态工况还是静态工况。应用中是否需要在承受压力的情况下连接和断开快换接头。产品是否具有标准兼容性,或者符合制造商特有标准的独特产品。考虑是否存在防误插标识和功能。考虑连接和断开时造成空气的混入和流体介质的损耗与泄漏。

4.4 介质 MEDIA

系统介质对快换接头的主体材质和密封材料具有主要影响,一般工况和通用介质选择碳钢材质和丁腈橡胶密封件,水介质或者潮湿环境选择黄铜或不锈钢材质,高温场合选择氟橡胶密封件,低温或磷酸酯液压油场合选择三元乙丙橡胶密封件,高压或耐磨场合选择聚氨酯PUR材质。强酸碱场合选择POM合成材料的快换接头等。

4.5 压力 PRESSURE

压力主要考虑的几个方面是:工作压力、压降和背压,工作压力是系统正常工作时所需的最大压力值,选型的工作压力是系统需要工作压力的1.2-1.5倍,爆破压力一般是工作压力的4倍。压降损失主要是受到截止阀、背压释放器等的影响造成的压力下降,该指标主要根据制造商提供的流量压力表进行确认。背压是否存在,会影响是否选择带背压释放器的产品

五、结论

本文对快换接头采用的分类方式,相关的国内和国际标准,设计选型的依据进行了详细的研究和分析,使快换接头的设计选型更加明确和方便。

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[5] International Organization for Standardization. Hydraulic fluid power -- Quick-action couplings -- Part 1: Dimensions and requirements,IDT:ISO 7241-1:2014 [S] .Geneva:ISO Copyright office,2014.

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[10]International Organization for Standardization. Hydraulic fluid power -- Quick-action couplings -- Part 2: Test methods,IDT:ISO 7241-2:2000 [S] .Geneva:ISO Copyright office,2000.


王旭东1, 王卫东2 ,李国栋3

(1.北京威士乐机电设备有限公司技术中心,北京市 100176; 2.石家庄北方众城机电设备有限公司 石家庄050011 3. 北京奔驰汽车有限公司研发中心,北京市 102400;)

【摘要】本文对液压快换接头的常用分类方式进行了概述,对其相关的国内外标准进行综合分析。进一步研究快换接头相关的国内外专利概况及内容。最后,分析和介绍了快换接头的技术选型。

关键词:液压;快换接头;背压释放器

Wang Xudong1, Wang Weidong2, Li Guodong3

1.R&D Center of Beijing Vexroth M&E Equipment Co.,Ltd. Beijing 100176; 2.Shijiazhuang North Zhong Cheng M & E Equipment Co.,Ltd.050011 ; 3.R&D of Beijing Benz Automotive Co.,Ltd.

[Abstract] The article gives an overview of the common classification methods of hydraulic quick action coupling, and comprehensively analyzes the relevant domestic and international standards. Further study on the domestic and international patents and contents related to quick action coupling. Finally, the technical selection of quick action coupling was analyzed and introduced.

Key Words: Hydraulic; Quick Action Coupling; Back Pressure Release

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