國內(nèi)外導(dǎo)管連接卡箍發(fā)展動(dòng)態(tài)研究

鄭 敏張 爽吳 超

（1.沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110035；2.中國人民解放軍駐沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110034）

國內(nèi)外導(dǎo)管連接卡箍發(fā)展動(dòng)態(tài)研究

鄭 敏1張 爽1吳 超2

（1.沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110035；2.中國人民解放軍駐沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍事代表室，遼寧 沈陽 110034）

介紹了美國、法國及東歐、俄羅斯及中國航空用導(dǎo)管連接卡箍的特點(diǎn)及發(fā)展概況，并指出今后導(dǎo)管連接卡箍的發(fā)展方向?qū)⑹堑椭亓俊惭b快捷、維修性佳、高密封性、高可靠性、高性能化、高耐蝕性。

導(dǎo)管連接卡箍 ； 管路系統(tǒng)； 主體材料

管路系統(tǒng)是飛機(jī)輸送流體的重要部件，導(dǎo)管連接卡箍是飛機(jī)管路連接中不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)件，它用于飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)上各種管路的連接，對(duì)飛機(jī)各系統(tǒng)的固定連接起著重要作用。由于應(yīng)用環(huán)境條件較差，因此要求卡箍密封性和對(duì)中性高，抗高溫變形、抗熱沖擊、共振和氣體流動(dòng)，抗各種沖擊載荷等。若有漏油、漏氣發(fā)生，不但會(huì)損失發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，還將影響飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)的工作性能、使用壽命和飛行安全。

1 導(dǎo)管連接卡箍的發(fā)展概況

飛機(jī)以及各類大型設(shè)備上均使用大量的低壓、大通徑導(dǎo)管，用以輸送各類流體介質(zhì)。如飛機(jī)燃油系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)中的導(dǎo)管，這些導(dǎo)管用于輸送燃油或氣體，其工作壓力不大于2 MPa，通徑不小于φ20mm。由于導(dǎo)管的大量存在，因此，導(dǎo)管之間的連接是必須要解決的問題。

傳統(tǒng)的飛機(jī)管路系統(tǒng)大多使用剛性的硬連接，其結(jié)構(gòu)重量大，且無自動(dòng)補(bǔ)償能力，安裝和維修操作復(fù)雜，外場使用極不方便。為了滿足管路系統(tǒng)柔性連接的要求，部分飛機(jī)使用橡皮管對(duì)兩段導(dǎo)管進(jìn)行連接，同時(shí)，采用捆扎或卡緊的方式解決連接處的密封，并相對(duì)固定兩段導(dǎo)管。由于橡皮管的柔性特點(diǎn)，使得可以比較方便地調(diào)節(jié)相互連接的兩段導(dǎo)管，具有很大的自由度。但是，這種連接形式的結(jié)構(gòu)重量仍然較大，在捆扎或卡緊橡皮管時(shí)工作量大，操作困難，使用和維護(hù)也極不方便。

為了解決硬連接和傳統(tǒng)柔性導(dǎo)管連接的弊端，同時(shí)，也為了滿足新研飛機(jī)總體設(shè)計(jì)中對(duì)燃油、空調(diào)系統(tǒng)導(dǎo)管連接卡箍“結(jié)構(gòu)輕便、操作靈活、高密封性、高可靠性和維修方便”等要求，出現(xiàn)了卡箍式柔性導(dǎo)管連接形式。該形式采用金屬零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡皮管，并采用O形圈進(jìn)行密封，既保證了密封的可靠性，也保留了卡箍的柔性連接特點(diǎn)，具備一定的軸向（3 mm～6 mm）和徑向（0°～3°）補(bǔ)償能力，這樣，大大改善了導(dǎo)管連接的安裝性能和可維修性?？ü渴饺嵝詫?dǎo)管連接器已成為新一代的導(dǎo)管連接形式，它重量更輕，在使用上更為方便，操作更為簡潔，密封性能更容易得到保證，是目前國內(nèi)外新型軍機(jī)柔性導(dǎo)管連接技術(shù)的發(fā)展方向。

事實(shí)上，飛機(jī)管路采用卡箍式連接已經(jīng)歷了好幾代產(chǎn)品。第一代管路連接采用笨重的法蘭盤連接，至少用6個(gè)螺栓將法蘭盤連接在一起，零件笨重，增加了飛機(jī)的重量，安裝不方便。第2代管路連接采用2根導(dǎo)管外面套膠管，用2個(gè)卡箍進(jìn)行連接，卡箍由箍帶、螺栓、螺母、套管、墊圈組成，HB3–9可拆卸卡箍就屬于這一代產(chǎn)品，卡箍零件還是笨重，安裝不方便。第3代管路連接采用的是導(dǎo)管連接快卸卡箍，這種快卸卡箍是由箍帶、螺栓、螺母、套管、墊圈、卡圈、2個(gè)剛性凸緣、密封圈等零件組成，卡箍零件仍很笨重，安裝也不方便，HB6521導(dǎo)管連接快卸卡箍屬于這一代卡箍。

同樣，管路采用接頭式的連接也已經(jīng)歷了好幾代產(chǎn)品。接頭的第一代產(chǎn)品是HB4–84規(guī)定的[1]，由帶頂圈外套螺母、外套螺母、頂圈、外套筒、擋圈、密封圈、卡圈7個(gè)零件組成的有螺紋的連接接頭。第2代產(chǎn)品也是用螺紋連接，由6個(gè)零件組成，管子與管套是通過管套的環(huán)形槽，將管子的材料通過專用設(shè)備或?qū)Ｓ霉ぞ邤D壓到管套的環(huán)槽中去，管套上分別有膠圈槽，放上膠圈后，通過螺套和螺母形成接頭密封。第3代產(chǎn)品是擴(kuò)口或無擴(kuò)口接頭。

近年來，國內(nèi)飛機(jī)大部分的低壓油路和環(huán)控系統(tǒng)用的還是第2代的膠管連接卡箍（HB3–9、HB3–30、HB3–31）和第3代的導(dǎo)管連接卡箍（HB6521、HB8091、HB8093）。這兩種卡箍結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量重、安裝不方便，由于燃油系統(tǒng)（–55℃～70℃）沒有相應(yīng)的導(dǎo)管連接卡箍可適，因此，以前不得不采用HB6521導(dǎo)管連接卡箍（1A3–85）[2]。HB6521導(dǎo)管連接卡箍存在一些問題，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性連接、重量重、加工復(fù)雜，2導(dǎo)管間必須同心，不能有角度偏差，從而導(dǎo)致安裝不方便，易產(chǎn)生裝配應(yīng)力、裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致漏油等。而柔性導(dǎo)管連接卡箍具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便、能補(bǔ)償導(dǎo)管安裝時(shí)的角度偏差和相對(duì)位移等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決飛機(jī)管路系統(tǒng)中油路和空調(diào)系統(tǒng)的導(dǎo)管連接密封差的問題。

目前，國外軍用飛機(jī)的燃油、空調(diào)系統(tǒng)導(dǎo)管連接卡箍結(jié)構(gòu)形式多樣化、材料品種規(guī)格化、墊料顏色功能化、試驗(yàn)方法規(guī)范化。就結(jié)構(gòu)形式而言，主要有槽型高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍、V型帶連接快卸卡箍、高溫高壓V型卡箍（BAC C10EZ）、MAR MAN V型卡箍、高溫高壓帶鉸鏈?zhǔn)綄?dǎo)管連接快卸卡箍、槽型整體式高溫空氣導(dǎo)管卡箍（AEB/201）、帶金屬墊V型卡箍、帶凸緣式金屬密封墊V型帶卡箍（BAC C10AU）、帶凹型密封襯墊V型卡箍、特殊V型卡箍（BAC C10AC）、半彈性凸緣V型帶卡箍（BAC C10EZ）、高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍（ОСТ1 10085）等。例如高溫高壓帶墊鉸鏈?zhǔn)綄?dǎo)管連接快卸卡箍（AEB/197A），有2種形式：錐密封和緊配合，錐密封采用2個(gè)彈性凸緣之間安放金屬密封墊；緊配合選用箍帶結(jié)構(gòu)鉚接鉸鏈形式，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)附近振動(dòng)嚴(yán)酷和高溫條件下導(dǎo)管連接，無焊接應(yīng)力，能獲得高強(qiáng)度密封連接，在國內(nèi)外稱之最先進(jìn)、最可靠、維修性最佳卡箍標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還減少經(jīng)常拆卸引起箍帶變形疵病。鋁凸緣配合鋁密封墊，可獲得同樣熱膨脹。槽型整體式高溫空氣導(dǎo)管卡箍（AEB/201）消除了焊接、鉚接導(dǎo)致疲勞破壞或過大力矩使凸緣失效的疵病，結(jié)構(gòu)上纜繩護(hù)套可防止裝配拆卸引起底部薄弱位置被損壞。高溫高壓導(dǎo)管連接卡箍（ОСТ1 10085）的箍帶與卡圈之間采用鉚接結(jié)構(gòu)減少焊接應(yīng)力[3]；4～8塊卡圈提高了密封性和對(duì)中性，采用3個(gè)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)減少應(yīng)力；2凸緣與密封圈之間采用梯形槽密封結(jié)構(gòu)，與矩形截面金屬密封圈配合使用能提高密封性；凸緣與卡圈之間采用圓錐面干涉過盈配合聯(lián)接結(jié)構(gòu)使整體同軸性好，耐沖擊性能好，裝拆方便；箍帶上設(shè)有減輕孔用于減輕卡箍重量等。而國內(nèi)卡箍尺寸規(guī)格偏小，功能不全，性能較差。如HB 6521–2001箍帶焊接形式采用4個(gè)焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，應(yīng)力大。橡膠5080密封墊片耐高溫性能差，3個(gè)卡圈、卡圈之間間隙為5 mm～7 mm，易造成對(duì)中性和密封性差，半圓孔的錐度密封結(jié)構(gòu)受力不均勻、易使密封圈磨損老化，箍帶與卡圈之間采用焊接結(jié)構(gòu)存在焊接應(yīng)力等。整體結(jié)構(gòu)不合理、選材差易產(chǎn)生裂紋缺陷，有安全隱患。

2 國內(nèi)外典型導(dǎo)管連接卡箍的特點(diǎn)和使用條件

2.1 導(dǎo)管柔性連接卡箍

2.1.1 槽型帶快卸卡箍

這種卡箍主要用于直徑為φ19 mm～φ228mm，工作壓力為0.082 MPa～0.8 MPa（直徑小取大值，直徑大取小值）的熱空氣導(dǎo)管和液壓、燃油低壓導(dǎo)管的連接，能補(bǔ)償由振動(dòng)引起的角度偏差（允許±4°）和軸向移動(dòng)。

這種導(dǎo)管柔性連接件主要由卡箍組件和橡膠彈性密封套組成。導(dǎo)管兩端采用滾波形式，滾波尺寸按MS33658標(biāo)準(zhǔn)，比HB0–110滾波要大些。這種卡箍的結(jié)構(gòu)按用途和加工工藝分為：鉚接式和焊接式。所謂鉚接式結(jié)構(gòu)是指用于連接鋁導(dǎo)管的卡圈（鋁制）與箍帶是采用鉚接工藝連接的；焊接式結(jié)構(gòu)是指用于連接不銹鋼導(dǎo)管的卡圈（不銹鋼制）與箍帶是采用焊接工藝連接的。這2種結(jié)構(gòu)形式均安裝方便，拆卸迅速，調(diào)整容易，能減小安裝后的不同軸度誤差，滲漏符合MIL–C–22263的要求，詳細(xì)使用條件見表1。

2.1.2 鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍

鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍結(jié)合了卡箍和接頭的特點(diǎn)。它區(qū)別于第2代接頭的地方是將螺套和螺母取消，而用套筒和卡箍取代。管子與管套形成的組合導(dǎo)管連接成一種無螺紋自鎖的密封接頭。

鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍是國際上第4代產(chǎn)品。其性能在各方面都有較大的改進(jìn)，具有重量輕、便于安裝、安裝有余度設(shè)計(jì)、安裝后可撓動(dòng)、大大提高維修性等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)內(nèi)容如下：

● 工作壓力：P≤0.43MPa；

● 工作溫度：-55℃≤ t ≤100℃；

● 管接頭可按最大偏差角度3°進(jìn)行安裝；

● 安裝后，連接部位可進(jìn)行0.5°的撓動(dòng)。

鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍是目前國外飛機(jī)上廣泛采用的一種新型管路系統(tǒng)用連接卡箍，主要用于空中客車、麥道、波音以及F–16、F–22等飛機(jī)燃油、環(huán)控系統(tǒng)的導(dǎo)管連接。

導(dǎo)管柔性連接卡箍具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便、能補(bǔ)償導(dǎo)管安裝時(shí)的角度偏差和相對(duì)位移等優(yōu)點(diǎn)，可有效解決飛機(jī)管路系統(tǒng)中油路和空調(diào)系統(tǒng)的導(dǎo)管連接密封性差的問題。其主要特點(diǎn)如下：

表1 槽型帶快卸卡箍的使用條件

● 與對(duì)應(yīng)的用于相同管徑導(dǎo)管的HB 6521–91卡箍相比，新連接結(jié)構(gòu)的重量只有舊連接結(jié)構(gòu)重量的30%～35%。同種規(guī)格的管路連接件，卡箍式柔性導(dǎo)管連接器比傳統(tǒng)的硬連接重量減少了約60%，比螺紋式柔性導(dǎo)管連接器重量減少了約50%。

● 國內(nèi)飛機(jī)如××飛機(jī)上的燃油系統(tǒng)使用了多種規(guī)格的螺紋式柔性導(dǎo)管連接器，其他飛機(jī)上的燃油管路連接件大多為剛性的硬連接或傳統(tǒng)的軟管柔性連接。硬連接和傳統(tǒng)的柔性導(dǎo)管連接器的弊端在于結(jié)構(gòu)重量大，無自動(dòng)補(bǔ)償能力，安裝和維修操作復(fù)雜（如在捆扎或卡緊橡皮管時(shí)工作量大），操作困難，外場使用和維護(hù)極不方便。螺紋式柔性導(dǎo)管連接器雖較傳統(tǒng)的柔性導(dǎo)管連接器安裝相對(duì)容易，但因有螺紋裝置，長時(shí)間使用存在著螺紋部分過度磨損、導(dǎo)致脫扣問題。而柔性導(dǎo)管連接卡箍因其具有快卸鎖裝置，不需要任何工具，手工操作，操作快捷、容易，拆卸方便，便于維護(hù)，同時(shí)，可大大縮短裝機(jī)及日常維修時(shí)間。

● 卡箍連接管道成柔性，每一個(gè)管接頭都允許一定的伸縮量與轉(zhuǎn)角，能吸收管基的變形（位移、轉(zhuǎn)角等），能吸收溫度變化帶給管道的熱脹冷縮變化，不會(huì)使管道產(chǎn)生應(yīng)力，能消除管道振動(dòng)，從而提高密封性。

● 可替代現(xiàn)在型號(hào)中采用的2種連接件，包括HB 6521–2001和HB 4–84–83，實(shí)現(xiàn)卡箍及柔性連接件的更新?lián)Q代。

2.2 V型帶剛性連接卡箍

這種卡箍主要由卡箍組件、凸緣和密封圈組成，見圖1a），主要用于導(dǎo)管與導(dǎo)管、導(dǎo)管與附件的連接。根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，其V型帶有3種：整體V型帶、鉸鏈V型帶，見圖1b）和彈性連接V型帶，見圖1c）。凸緣的組成亦有3種，見圖2：由一個(gè)剛性凸緣（機(jī)加）和一個(gè)彈性凸緣（沖壓或旋壓成形）組成、由2個(gè)彈性凸緣組成、或由2個(gè)剛性凸緣組成。這種卡箍的特點(diǎn)是：能補(bǔ)償安裝角度偏差（±4°）和軸向位移，能承受較大壓力、較高彎曲拉伸復(fù)合載荷，并能承受飛機(jī)在起飛、著落時(shí)由于活門突然打開或關(guān)閉而引起的動(dòng)態(tài)脈沖載荷。它結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，安裝方便，拆卸迅速，開敞性好，連接可靠，密封性能好。鉸鏈V型帶卡箍還能承受最佳軸向、徑向彎曲載荷，能避免在拆卸彎曲應(yīng)力作用下的疲勞斷裂等。

圖1 V型帶剛性連接卡箍

圖2 凸緣種類

圖3 卡箍的結(jié)構(gòu)形式

這種卡箍的結(jié)構(gòu)形式有：永久型（裝后不拆卸）、半永久型（有時(shí)拆卸）和快卸型（經(jīng)常拆卸）3種，見圖3。密封原理是通過彈性凸緣的端面變形或密封圈壓縮產(chǎn)生彈性變形起密封作用。這3種卡箍的漏氣量應(yīng)符合ARP699要求：不超過D×0.011 1/min，工作溫度、壓力和連接導(dǎo)管直徑見表2。

3 國內(nèi)外典型卡箍主體材料

卡箍材料根據(jù)使用溫度、工作壓力和環(huán)境條件來決定，常見的美國、俄羅斯及中國的柔性連接和剛性連接卡箍的主體材料見表3。

4 導(dǎo)管連接卡箍今后發(fā)展方向

導(dǎo)管連接卡箍今后應(yīng)朝以下幾個(gè)方向發(fā)展：

● 低重量。即研制結(jié)構(gòu)輕便、操作靈活的卡箍滿足新研飛機(jī)的需求，例如，新型鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍與對(duì)應(yīng)的用于相同管徑的導(dǎo)管的HB6521-91卡箍相比，重量減輕了65%～70%。

● 高密封性。例如，新型鋁合金導(dǎo)管柔性連接卡箍連接管道成柔性，每一個(gè)管接頭都允許一定的伸縮量與轉(zhuǎn)角，能吸收管基的變形（位移、轉(zhuǎn)角等），能吸收溫度變化帶給管道的熱脹冷縮變化，不致使管道產(chǎn)生應(yīng)力，能消除管道振動(dòng)，從而提高密封性。

● 高性能化?？ü吭谠O(shè)計(jì)時(shí)盡量實(shí)現(xiàn)高性能化，即盡可能研制出耐高溫、耐高壓導(dǎo)管連接卡箍，以滿足惡劣環(huán)境（如發(fā)動(dòng)機(jī)附近）的使用需求。如，俄制卡箍ОСТ1 10085耐高溫達(dá)650℃，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)引氣附近空調(diào)系統(tǒng)的使用要求。

● 安裝快捷、維修性佳。減少裝機(jī)工具，方便安裝、拆卸，利于維護(hù)，縮短裝機(jī)、維修時(shí)間等，它將成為今后卡箍研究領(lǐng)域的發(fā)展方向。

● 高可靠性。為滿足今后新研飛機(jī)的長壽命需求，卡箍的壽命及可靠性也將給予充分考慮。

表2 V型帶剛性連接卡箍的使用條件

● 高耐蝕性。為保證卡箍在沿海等復(fù)雜環(huán)境下保持高密封性，必須在設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用耐腐蝕材料，并進(jìn)行必要的表面防護(hù)工作。如，俄制卡箍ОСТ1 10085為確保耐腐蝕性能，從結(jié)構(gòu)、材料、熱處理、表面防護(hù)、零件本身殘余應(yīng)力控制及裝配應(yīng)力控制等多方面采取措施降低應(yīng)力，防止腐蝕產(chǎn)生。

● 降低對(duì)裝機(jī)環(huán)境的要求。即新型卡箍應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮使用環(huán)境的多樣性，可在飛機(jī)燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)中廣泛使用，降低對(duì)裝機(jī)環(huán)境的要求。

表3 卡箍主體材料

5 結(jié)束語

鑒于國外新型導(dǎo)管連接卡箍具有低重量、安裝快捷、維修性佳、可靠性突出等特點(diǎn)，建議航空系統(tǒng)盡快著手組織對(duì)國外高性能導(dǎo)管連接卡箍的研究和標(biāo)準(zhǔn)編制工作，以解決長期以來低壓油路系統(tǒng)和環(huán)控系統(tǒng)的導(dǎo)管連接密封性差、易漏油、連接件重量過大、安裝及維修不便的難題，為新研飛機(jī)管路系統(tǒng)的密封連接提供新標(biāo)準(zhǔn)，使我國管路系統(tǒng)的連接技術(shù)向前邁進(jìn)一大步。

[1] 朱紹荷. 鋁合金柔性導(dǎo)管連接卡箍簡介[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量 .2004，（3）：35-37.

[2] 干正烈、朱紹荷.國外新型導(dǎo)管連接快卸卡箍.航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量.1998，（5）：45-48.

[3] ARP699 飛機(jī)高溫空氣導(dǎo)管系統(tǒng).美國機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì) 36-72.

（編輯：小墨）

Development Trends of Coupling Clamps for Pipes at Home and Abroad

Zheng Min1，Zhang Shuang1，Wu Chao2
(1.Shenyang Aircraft Design & Research Institute, Liao ning Shenyang 110035)(2.PLA Military Representative Of fi ce in Shenyang Aircraft Corporation, Liao ning Shenyang 110034, China)

Characteristics and development survey of coupling clamps for aviation pipes at America,France, East Europe, Russia and China is introduced in the paper, and the development direction of coupling clamps for pipes aftertime is indicated, which will possess low weight, installed celerity，maintainability,high-tightness, high- reliability，high-performance，high corrosion-proof etc.

Coupling clamps for pipes; applying condition; characteristics; development direction

T–65

A

1003-6660（2010）04-0015-05

[收修訂稿日期] 2010-03-04