浅析高压胶管总成设计

浅析高压胶管总成设计

李鹏

沈阳第四橡胶股份有限公司辽宁沈阳110027

摘要：随着科学技术的不断发展，钢丝增强高压胶管的应用越来越广泛，高压胶管质量得到了大幅度提高，而高压胶管总成的连接问题变得日益突出。高压胶管总成质量的好坏将直接影响高压胶管的质量，影响其使用寿命，甚至产生安全问题。所以，有必要加强高压胶管总成的理论研究，为改进总成工艺提供理论依据，提高高压胶管总成质量，增强高压胶管的安全性，拓宽其应用领域。本文分析了高压胶管总成设计。

关键词：高压胶管；总成；设计；

高压胶管总成质量的好坏直接对高压胶管的应用情况造成影响，包括其使用寿命、安全生产等问题。高压胶管总成是液压系统中的基础元件，它的可靠性对整个液压系统的稳定性和可靠性有着至关重要的影响。

一、高压胶管总成的结构形式

1.扣压式。该应用方式是将胶管和接头装好后，将其外套装置和专用设备连接在一起的一种方式。扣压式胶管组合件具有不可拆卸的特点，组成后形成了一种固定的连接方式，此类应用形式的接头采用的密封式结构，必须重视连接强度的影响。连接强度是利用外套和芯子结构，紧固编织层（或缠绕层）的钢丝来保证连接强度。扣压式结构本身具有一定的耐拔脱和密封性的特点，需要根据实际应用情况，将其和中间接头和机体连接起来，通过挤压外套进而达到紧固的作用。

2.装配式。该应用方式是将胶管和接头连接在虎钳上即可，但是由于该工艺稳定性比较差，因此在实践中应用的几率比较小。根据机体间实际的连接形式，由于连接形式和规格差异性比较大，需要根据应用规格和形式差异对其进行适当的调整。无论是哪种方式，都要根据实际情况对其进行适当的调整。

二、高压胶管总成设计

1.正确计算扣压量。正确掌握扣压式管的接头是保证扣压量的关键所在，在应用过程中，必须保证结构和尺寸的合理性。结构和尺寸合理的管接头装到胶管上后经过长时间的扣压之后，能有效的将其设计在密封的强度中。由于套筒内的表面和芯管外表面之间会形成一定的间隙，如果不能在较短的时间内填满空隙，则会出现误差比较大的情况。在连接扣压过程中，必须将总体应用量控制在合理的范围内，并根据实际应用形式和发展方向，计算出合理的扣压量。

2.胶管总成连接指标分析。评判胶管总成连接质量的指标有两个：总成的密封性能；总成的抗拉拔强度。由橡胶密封原理可知，承受压力的密封结构的密封，是对彼此相配合的两表面之间的间隙进行可靠的封闭。密封元件，除了压变性外，还应具备很高的机械强度和弹性，具有相当大的恢复变形的能力，即高弹性。高压胶管内胶是一种弹性显著的高弹性材料，能在外力的作用下，大大改变自己的尺寸，发生很大的可逆变形。内胶变形时，易向安装空间方向变形，将与它接触的两表面之间的间隙填满。高压胶管总成端部的任何密封形式，都是利用相配合表面之间的间隙进行可靠封闭的。为使封闭可靠，采用了接触密封法，即在彼此相接触的芯子、外套的两表面间，夹一段已剥掉外胶的胶管。由于内胶质地较软，使芯子的空间塞满，阻止压力介质通过间隙从管内腔渗到管外。钢丝层对内胶层施加外力为Q，则其接触部位就会相应产生名义应力f=Q/S0，式中S0为变形前密封件几何接触面积。内胶层与芯子密封面两者接触面上产生的摩擦力，能使密封件产生一定的稳定性，抵抗作用在上面的被密封介质的压力。密封介质的压力达到某一数值（最高为爆破压力），会克服密封件的阻力，使芯子顺压力作用方向移位，破坏原来的接触状况，丧失密封性。要提高被密封的压力有两种办法：增大接触应力，即采用高弹性模量橡胶和增强密封件的变形能力；提高密封件的稳定系数。橡胶模量有限，因此，对胶管总成而言，一般是提高密封的稳定系数。外套内齿与钢丝紧密抓着，形成很高的抗拔力，并能使力传至内胶层和芯子上。胶管总成拉拔力的最大值对应胶管的最低爆破压力，即胶管总成承受的最大压力是所要求的最低爆破压力。当胶管破裂时，扣压部位也不得泄漏或拔出。当介质压力达到一定数值后，便克服内胶阻力，介质顺着力作用方向流动，从而破坏良好的接触状况，使密封失效。从密封接触应力的意义上说，两个评判指标是等价的。内胶与芯子产生的密封力或抗拔力必须抵抗作用在它上面的爆破压力。

3.胶管总成的扣压量。胶管总成的扣压量又称压缩率，橡胶同液体一样，是不可压缩的。压缩率实质上是指橡胶在扣压过程中厚度变化的比率。从橡胶的力学性能看，橡胶并不是理想的弹性体，橡胶除具有弹性外，同时具有粘性材料的一些性质，如应力松弛性。应力松弛性是指当使橡胶产生某一给定的形变值时，产生一对应的应力，该应力将随时间的增加而减少，同时还随变形的百分比的增加而加快其松弛速度。因此，压缩率过大，会降低胶管总成的寿命；压缩率过小，会降低起始密封应力，从而降低密封寿命，同时会降低抗拔拉力，容易造成胶管总成接头的拔脱。压缩率具有一个最佳值。

三、注意问题

1.明确芯杆的几何形状。芯杆是连接金属接头和胶管的主要原件，其表面设置趋于多样性，例如锯齿形、沟槽形等，具体选择哪种应用形式，必须根据使用压力和工作条件确定合理的使用功能。从多年的应用实践来看，圆弧形和三道槽型是当前应用广泛的一种形式，由于胶管轴向变化趋势比较明显，尤其是在内胶管设置过程中，接头处和尾部明显增厚，同时堆积的情况也比较明显，甚至存在鼓包的情况。尤其是在内胶硬度波动比较大的前提下，此类情况变化比较明显。由于内胶不容易出现裂口的情况，并且能承受较大的压缩量，因此需要根据标准的规定方向，将压缩模量控制在规定的范围内。由于其内部抗拔能力比较强，在应用过程中会出现密封区域的情况，因此需要有效的阻止相关介质，提升自身抗拔脱能力。

2.加强胶管基础技术研究，开发更高性能的胶管总成产品，如提高大管径的性能指标。在实际使用过程中，主管路胶管故障频率要高于支架内部胶管，分析其原因，支架内胶管只有支架动作时才承受负荷作用，而支架架间胶管则时刻处于高压状态，其受力状况随支架移动也在变化，两者工况条件是不一样的，提高主供液管路性能可以降低整个工作面胶管的故障率，效果明显。我国胶管基础技术，包括橡胶材料、接头参数与国外相比不尽相同，其结果是我国胶管总成较国际先进水平相比有一定差距。我国橡胶材料相对较软，耐磨性能差，寿命低。基础技术的影响是长期的，需要进行系统的研究。加强胶管应用技术的研究，完善使用规范。胶管故障也涉及到设计、安装和维护等各个环节，通过研究，为胶管的科学使用推出一套统一的标准规范，以减少甚至消除故障。

四结束语

随着科学经济的不断发展，当前胶管行业取得了突出的发展成就，在实践中为了提升整体的有效性，首先必须在实际设计过程中，灵活应对两者间的关系，并根据实际情况确定切实可行的发展措施。其次必须保证胶管的质量，尽量延长新产品和新技术的使用寿命，扩展高压胶管的应用领域。为了保证设计的合理性，在此基础上可以采用高压胶管总成的力学理论进行分析，通过进一步的实践论证，提升扣压量的整体压力。同时采用压力控制扣压量，避免在实际生产中以经验来确定扣压量而造成的高压胶管总成性能偏低的问题。

参考文献：

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[3]刘明涛，杨务滋，周立强，胡江平，谭明敏.压胶管总成扣压量控制方法研究[J].林业科技大学学报，2015，01（10）：98-100.