加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头的开发

作者:未知

  摘 要:进口软管接头,连接可靠,但价格昂贵,其连接方式具有专利性。国内的塑料软管接头及金属接头分别有可靠性不够及价格昂贵的劣势。本文所阐述的加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头,以其中一款WQGDM-M25B/AD28.5加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头为研究对象,从接头与软管的安装、密封性能、连接可靠性、金属螺纹铜镶件设计、环保材料选择等方面逐一分析,系统说明加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头填补了目前市面上软管接头存在的一系列问题。
  关键词:IP69K;拆装100次测试;卡环式锁紧;一体式带斜度环状密封圈
  中图分类号:U173.2 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)08-0093-03
  0引言
  我国轨道交通、新能源汽车行业、铁路、航运、航空、等需要通过电缆操作设备连接的行业不断的发展也促使软管接头的利用率不断提升。
  从性能方面,包括防水性能、连接软管可靠性等,以及市场经济效益、材料环保要求、生产加工便捷等方面,需要满足以上各要求,就要依靠此款加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头。
  1 问题的提出与分析
  软管接头按材料分为塑料软管接头与金属软管接头。
  国内的塑料软管接头主要是快速软管接头。软管与快速软管接头连接时,软管插入接头,与管端密封圈相接触,通过软管的轴向挤压力,使管端密封圈圆周面和端面均与软管紧密相连,起到密封作用。同时,内锁扣卡入波纹管凹槽内,利用软管的回弹,使内锁扣弹起并固定到位。
  快塑软管接头存在以下问题:(1)安装难度较高。软管插入接头后,需二次挤压,如何判断安装到位只能依靠操作人员的经验,很大程度上存在漏水风险。(2)此类接头不能承受较大的轴向弯曲力。软管穿入电缆后所具有的自身重力在很大程度上会压在内锁扣上,使原本弹起的内锁扣出现较大程度的变形,影响防水性能。(3)此接头为塑料接头,连接螺纹处存在连接失效风险。
  以PMA软管接头作为业内软管接头代表的进口接头。采用1~2片锁片,按照软管规格,等分圆周,将锁片卡入软管,有效解决了国内快速软管接头安装难度高以及性能上劣势。但進口件价格昂贵且进口周期较长是其致命弱点。
  金属软管接头能承受较大的弯曲力且螺纹扭矩都能满足使用要求,但其高昂的制造成本并不适用于绝大多数的电气连接与保护系统。
  新型加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头的研发,能解决国内外塑料软管接头以及金属软管接头的缺点,包含以下几点:(1)软管与接头安装方便,即无需操作人员的经验与否,均能快速安装完成;(2)防水密封性能良好,在复杂多变的力学环境中均能起到密封作用,能达到IP68、IP69K防护等级;(3)连接可靠;(4)金属与塑料两种材料有机结合;(5)所用材料均需环保无害。
  2 问题的解决与论证
  以WQGDM-M25B/AD28.5加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头为例,其设计如图1。主要由4部分组成,分别是:(1)O型圈,用以密封螺纹端;(2)接头体;(3)锁紧螺帽;(4)卡环。下文中将逐条阐述其各项设计理念。
  2.1 软管与接头安装方便
  将软管按照需要的长度切割,保证切面在软管同一节距的凹槽内,且软管突出部分的的端面基本平整,反之,需修整软管,见图2。将锁紧螺帽套入软管,再将卡环套入软管规定凹槽内,WQGDM-M25B/AD28.5接头连接普通AD28.5波纹软管时,将卡环套入由右向左第6个卡槽内,见图3。接头体套入软管后,仅需将锁紧螺帽与接头体螺纹旋紧即可安装完成,且各项性能均能满足要求。
  2.2 防水密封性能
  加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头采用与普通管端密封圈相同材质的热塑性弹性体[2](TPE)的一体式带斜度环状密封圈,见图4。
  与普通管端密封圈相比,其优点如下:(1)一体式带斜度环状密封圈与软管接头体一体成型,减少普通管端密封圈组装成本。(2)普通管端密封圈在使用中,因其可移动性,可旋转性,在插入软管时,因操作不当,可能会出现软管触碰管端密封圈顶,使其整体变形的风险。而一体式带斜度环状密封圈与接头体内壁一次注塑成型,且研发此接头时,考虑到密封圈的防拉脱性,特意增加倒扣的设计,此设计完美解决了密封圈脱离接头体的可能性。并且所选用的弹性体材料与接头体内壁完全连接,不易剥离,减小安装变形。(3)一体式带斜度环状密封圈外壁与接头体一体成型,内壁与中轴线成3°倾斜,并且在不同位置分布3个半径大小一致的突起。3个突起的位置分布即涵盖了普通软管及宽节距软管,因此,此类软管接头即能与普通波纹软管相连,也能与宽节距软管相连。以外径AD28.5的波纹软管为例,与WQGDM-M25B/AD28.5的接头连接时,从上至下的3个突起处最小的内孔直径分别为φ28.6mm、φ28.1mm、φ27.1mm,公差范围均为-0.1/-0.3mm,以最小公差核算,压缩比从上至下分别是1%、3%、6%。软管可较容易插入,且依据经验,软管接头的管端密封圈压缩比在2%~5%时能达到良好的密封性能。除了软管圆周的密封外软管端面的密封也同样重要,即软管轴向需要有一定的压缩量。以AD28.5波纹软管为例,普通软管锁扣卡在第6扣,而宽节距软管卡在第5扣,此状态下,锁紧螺帽与接头体锁紧时,软管轴向压缩比分别是:普通软管:2mm,宽节距软管:6.2mm。依据软管接头轴向最优压缩比2mm~6mm,两类软管均符合最有压缩比,轴向密封性能良好。
  产品经SGS认证,符合IPX9K、IP68测试要求。
  2.3连接可靠性
  加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头,使用卡环作为最主要的抗拉拔力的结构,见图5。为方便安装将卡环设计为带有1.5mm间隙的带卡爪的环状锁扣。在安装时将卡环分离套入软管。卡环卡爪与软管凹槽紧密贴合,增强连接性。   除卡环连接外,用圆螺帽将卡环紧密压实在接头主体上,当软管受拉拔力的时候,软管的凹槽壁与卡环的卡爪紧密接触,卡环上沿与圆螺帽紧密接触,根据力传递作用,等于拉拔力全部加载在接头主体上,达到固定可靠的作用。
  锁紧螺帽与接头体螺纹连接采用梯形螺纹[1]。梯形螺纹在连接时具有牙根强度高,对中性好,不易松动等特点,加强抵抗拉拔力的能力。
  锁紧螺帽与接头提的连接,为固定住螺纹,防止松动,在不采用螺纹密封胶固定的情况下,将接头体梯形螺纹牙底平面上设置45°斜度,高度为3mm的凸起,见图6。而锁紧螺帽梯形螺纹起牙位置向下缩短4mm用以固定接头体上的突起,并且这4mm的突起整个做成与接头体突起相适配的花瓣状环形状态,旋紧过程中起到单向作用。在锁紧过程中,凸起能轻送旋入花瓣,反之则很困难,需要通过扭矩扳手增加长度,将锁紧螺帽取下。按照高铁行业五年一个维修期,以及汽车行业至少每半年一次保养得频率来算,此接头安装后,拆卸情况较少,但为了验证接头体突起及花瓣形固定方式的磨损是否会影响到接头的性能。特意由SGS进行了相应测试,结论为:将加强型高强度卡环式锁紧软管接头以正确方式安装拆卸100次,其中10次、20次、50次、80次、100次时分别测试IP6X和IPX8测试,结果均符合测试要求。
  2.4 螺纹铜镶件的设计
  接头体螺纹以金属铜镶件的形式,与接头体一体注塑成型(即铜镶件、接头主体、环状密封圈一体成型),见图7。穿线孔部位(螺纹内孔)需注塑包覆,表面达到光滑,更好的保护所穿线缆,同时金属部分所占比例较小,有效减轻产品整体重量,而应金属螺纹部分较小,成本也得到有效控制。
  铜镶件上端(非螺纹端)加工成双层,且铜镶件表面带有4个宽度2.5mm、深度1.5mm的凹槽。此结构目的是为了增强注塑后扭矩,防止铜镶件脱出,同时此圆形铜棒为带孔的开模一体成型的产品,减小加工成本。经测试,此产品包塑面较普通单层圆环形铜镶件,接触面增加1/3。铜镶件破坏性扭矩测试较普通圆环形铜镶件产品,需要更大的扭矩,更能满足此产品性能要求。
  另外,在铜镶件包塑过程中,由于尼龙材料收缩性以及尼龙部分厚度不均的原因,易造成产品缩水。因此将尼龙接头扳手面做成凹凸结构,既避免了产品成型过程中,由于尼龙部分材料收缩导致的表面凹凸不平,同时又满足了扳手面强度要求。
  2.5 材料环保
  随着近年来环保课题的不断深入,塑料件的使用也需要满足一定的标准要求。目前加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头采用全部绿色环保材料制作,材料全部通过国际环保认证。包括产品整体取得CE认证。通过各行业限用物质检测要求,包括Q/CRRCJ26-2018《轨道交通装配产品禁用和限用物质》和TB/T3139-2006《机车车辆内装材料及室内空气有害物质限量》等。
  3 加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头优势
  该产品自2019年年底推向市场以来,使用情况良好,特别是国外客户,对产品性能非常满意。
  新研发设计的加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头优势如下:
  (1)接头组装方便,无需经验即可安装到位,可满足未接触过此类接头的安装人员快速学会操作。
  (2)防水性能优异,满足IP69K、IP68防水测试。通过软管圆周及软管端面的双重防水保护,确保其防水性能。且与普通接頭相比,此接头能同时与普通软管以及宽节距软管连接,增强其通用性。
  (3)相较于普通快速软管接头所存在的可靠性不足问题,加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头更好的满足了可靠性要求。
  (4)相对于市面上常规的塑料软管与金属软管的区分,加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头将尼龙、金属铜镶件、TPE有机结合起来,即方便生产操作,又降低接头成本,更具有市场竞争力。
  (5)加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头采用全部绿色环保材料制作,材料全部通过国际环保认证。
  4 结语
  加强型高强度卡环式锁紧防水软管接头自投入市场以来,反馈良好,这充分证明研发设计取得了成功。当今社会,各行各业都讲究节能减排,提高效率。作为传统机械行业,更应该发挥主观创造性,从产品初期的设计开始,大力促进设备优化创新,在满足生产要求的前提下,大大节省人力物力财力。
  参考文献
  [1] 全国螺纹标准化技术委员会编著.公制、美制和英制螺纹标准手册[M].北京:中国标准出版社,2016.
  [2] 熊金平.现代橡胶选用设计[M].北京:化学工业出版社,2014.
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