淺析鋼絲編織膠管的結(jié)構(gòu)設(shè)計

姚一杰

(佛山市日豐企業(yè)有限公司，廣東 佛山 528137)

鋼絲編織膠管(編織管)作為柔性連接管，主要用于角閥與龍頭、熱水器、煤氣灶、洗碗機(jī)、座便器、凈身盆、按摩浴缸及整體淋浴房的連接。編織管一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，發(fā)生破損、脫落、介質(zhì)泄漏，將造成嚴(yán)重后果，甚至產(chǎn)生安全問題。因此有必要對編織管的結(jié)構(gòu)設(shè)計作進(jìn)一步的研究。

1 編織管的基本結(jié)構(gòu)

編織管的類型很多，其基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。編織管的密封性能、拉伸性能、耐壓性能等，主要是由壓接后的鋼套內(nèi)孔與芯體牙形大徑之間的間隙決定。編織后的膠管在芯體、鋼套的共同作用下，產(chǎn)生塑性變形和鎖緊力，從而保證介質(zhì)的安全流通。鋼絲是編織管中承受流體壓強(qiáng)、保證膠管強(qiáng)度的骨架層［1］，通常按平衡角(54°44')鋪設(shè)而成［2］。芯體起著連接膠管與螺母，保障壓緊量的重要作用，其結(jié)構(gòu)和形狀直接決定了編織管的性能。

圖1 編輯管結(jié)構(gòu)

圖2 常見的芯體牙形結(jié)構(gòu)

編織管發(fā)生質(zhì)量問題的原因很多，有的是膠管的質(zhì)量問題，有的是金屬芯體的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，也有的是加工質(zhì)量問題，也有使用不合理(如安裝時膠管彎曲半徑過小、有扭折現(xiàn)象)，使用環(huán)境條件惡劣等原因。這里主要論述設(shè)計方面需注意的事項(xiàng)。

2 編織管芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計

編織管芯體結(jié)構(gòu)與密封性能的研究工作，早在1972年就開始了［3］，足見人們對芯體設(shè)計的重視程度。目前為止，芯體的牙形結(jié)構(gòu)已多種多樣，如溝槽形(圖2.a)、鋸齒形(圖2.b)、波浪形(圖2.c)、圓弧形(圖2.d)等。溝槽形的結(jié)構(gòu)，膠管承受的鎖緊力大，并且有防倒滑齒，芯體一般不易脫落，具有很高的強(qiáng)度。鋸齒形的結(jié)構(gòu)，相對來說結(jié)合力要小一些兒，優(yōu)點(diǎn)是方便芯體插入膠管內(nèi)部，裝配效率高。波浪形、圓弧形的結(jié)構(gòu)，由于各個齒形都過渡圓滑，沒有應(yīng)力過度集中點(diǎn)，裝配時更加省力，但也正因?yàn)槿绱?，編織管的結(jié)合力相對更低。實(shí)際生產(chǎn)時，究竟選用哪種結(jié)構(gòu)形式才能達(dá)到密封性能最好、抗拔脫強(qiáng)度最高、脈沖壽命最長的目的，主要根據(jù)使用壓力和工作條件、膠管的結(jié)構(gòu)、內(nèi)管的力學(xué)性能等進(jìn)行選擇和確定［4］。

圖3 芯體結(jié)構(gòu)

盡管芯體的牙形結(jié)構(gòu)各異，但組成要素卻基本相同，主要有牙形大徑d和牙形底徑d1，如圖3所示。牙形大徑的確定原則是:在保證芯體方便插入膠管的情況下盡量大。牙形大徑的取值，一定要慎重。取值過大，會增加裝配難度;取值過小，會影響編織管的性能。一般情況下，牙形大徑要比鋼絲膠管的內(nèi)孔略大0.2～0.3mm。齒高大小對編織管的性能影響也很大。齒高越大，對膠管的鎖緊力就越大，同時對膠管的割破風(fēng)險也越大;齒高過小，對膠管的鎖緊力就會比較低。通常，齒高取0.5mm為宜，即“d1=d-1mm”。

圖4 螺母、鋼套結(jié)構(gòu)

此外，為了保證編織管的性能，以及組裝、使用便捷，設(shè)計芯體時還要考慮下面幾點(diǎn):

芯體的內(nèi)孔大小(d2)。在保證芯體最薄壁厚的情況下(一般黃銅材質(zhì)的最薄壁厚要求大于0.8mm)，通水孔越大越好。最小不能小于5mm。

芯體倒向角(α)。為了方便芯體插入鋼絲膠管，芯體一般都設(shè)有倒向角。倒向角越小，芯體插入鋼絲膠管時軸向阻力就越小。一般取30°的倒向角，倒向長度3mm左右。

芯體的臺階直徑及長度(d3、a)。芯體的臺階是重要的配合尺寸。為了保證編織管能夠靈活裝拆，芯體的臺階尺寸需要滿足下面兩個式子:

d3=D1+(0.5～1mm)………①

a=c+(0.3～0.5mm)……………②

芯體的法蘭位(d4、b)。法蘭直徑通常比螺母底徑小1mm左右。法蘭壁厚根據(jù)編織管規(guī)格大小而不同，一般常規(guī)編織管法蘭壁厚b≥1.2mm。

3 壓接尺寸的確定

壓接尺寸確定的原則是在保證密封、拉伸力的前提下，膠管的壓縮量越小越好。決定膠管壓縮量的因素很多:膠管壁厚、膠管外徑、膠管硬度等。一般情況下，膠管越厚，外徑越大，硬度越低，所要求的膠管壓縮量就相對越大。

通常膠管在壓縮量1/3左右時密封性最好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)編織膠管的壓縮量一般在25－45%之間。假設(shè)壓接尺寸為D±a，芯體牙形大徑為d±b，膠管壁厚為t±c，鋼套壁厚為t1，不銹鋼絲線徑為t2，則膠管的最大壓縮量(ξmax)、最小壓縮量(ξmin)可用公式③、公式④近似計算。實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)測試數(shù)據(jù)與理論計算相差較大，測試結(jié)果不夠理想時，可以根據(jù)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

此外，影響編織管壓接尺寸的影響還有很多。比如說裝配時，為了操作方便，有時會在芯體上涂一層潤滑劑，其實(shí)這樣會使膠管的密封性能、抗拉伸性能變差。一般涂過潤滑劑后，編織管的抗拉伸屈服應(yīng)力會降100N左右。這主要是潤滑劑減小了膠管與金屬芯體之間的摩擦，提高了橡膠流動性［5］，從面降低了編織管的力學(xué)性能。為了保持同樣的力學(xué)性能，用涂了潤滑劑的芯體做成的編織管，壓接尺寸就要略微調(diào)小一些兒。膠管表面光滑度，芯體表面的振光狀態(tài)，對壓接尺寸也有影響。如果膠管內(nèi)表特別光滑，芯體表面振光效果特別好，那么在定壓接尺寸時，就要考慮是否要略微低一些兒。

4 總結(jié)

在進(jìn)行編織管結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要全面分析膠管的性能、現(xiàn)場的裝配工藝、產(chǎn)品的使用條件，確定采取哪種牙形結(jié)構(gòu)的芯體，合理設(shè)計各個配合零件的尺寸和最后的壓接尺寸，以確保編織管的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

［1］羅賢光、李傳光，鋼絲編織膠管的耐壓強(qiáng)度計算式［J］，橡膠工業(yè)，1995年(09 期)

［2］朱昆泉、許林發(fā)，建材機(jī)械工程手冊［M］，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000:669－712

［3］徐中煊，對“鋼絲編織膠管接頭”結(jié)構(gòu)與密封性能的分析［J］，工程機(jī)械，1984年(第2期)

［4］趙樹發(fā)、牛繼輝、庚勇凱，淺析高壓膠管總成設(shè)計［J］，中國橡膠，2011年(第20期)

［5］劉大同，淺談膠管總成密封壽命［J］，同煤科技，2002年(03期)