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          加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭的開(kāi)發(fā)

          來(lái)源于: www.tiangu6.com 發(fā)布于: 2021-07-26 點(diǎn)擊量: 5332
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          作者:倪瑋瑾(1988.12),女(漢族),上海文依電氣股份有限公司(201317),上海,本科,機械工程師,中級工程師,研究方向:電氣連接與保護系統,軌道交通連接設備,通訊連接設備。


          摘要:進(jìn)口軟管接頭,連接可靠,但價(jià)格昂貴,其連接方式具有專(zhuān)利性。國內的塑料軟管接頭及金屬接頭分別有可靠性不夠及價(jià)格昂貴的劣勢。本文所闡述的加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭,以其中一款WQGDM-M25B/AD28.5加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭為研究對象,從接頭與軟管的安裝、密封性能、連接可靠性、金屬螺紋銅鑲件設計、環(huán)保材料選擇等方面逐一分析,系統說(shuō)明加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭填補了目前市面上軟管接頭存在的一系列問(wèn)題。

          關(guān)鍵詞:IP69K;拆裝100次測試;卡環(huán)式鎖緊;一體式帶斜度環(huán)狀密封圈


          0、引言

          我國軌道交通、新能源汽車(chē)行業(yè)、鐵路、航運、航空、等需要通過(guò)電纜操作設備連接的行業(yè)不斷的發(fā)展也促使軟管接頭的利用率不斷提升。

          從性能方面,包括防水性能、連接軟管可靠性等,以及市場(chǎng)經(jīng)濟效益、材料環(huán)保要求、生產(chǎn)加工便捷等方面,需要滿(mǎn)足以上各要求,就要依靠此款加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭。


          1、問(wèn)題的提出與分析

          軟管接頭按材料分為塑料軟管接頭與金屬軟管接頭。

          國內的塑料軟管接頭主要是快速軟管接頭。軟管與快速軟管接頭連接時(shí),軟管插入接頭,與管端密封圈相接觸,通過(guò)軟管的軸向擠壓力,使管端密封圈圓周面和端面均與軟管緊密相連,起到密封作用。同時(shí),內鎖扣卡入波紋管凹槽內,利用軟管的回彈,使內鎖扣彈起并固定到位。

          快塑軟管接頭存在以下問(wèn)題:1)安裝難度較高。軟管插入接頭后,需二次擠壓,如何判斷安裝到位只能依靠操作人員的經(jīng)驗,很大程度上存在漏水風(fēng)險。2)此類(lèi)接頭不能承受較大的軸向彎曲力。軟管穿入電纜后所具有的自身重力在很大程度上會(huì )壓在內鎖扣上,使原本彈起的內鎖扣出現較大程度的變形,影響防水性能。3)此接頭為塑料接頭,連接螺紋處存在連接失效風(fēng)險。

          以PMA軟管接頭作為業(yè)內軟管接頭代表的進(jìn)口接頭。采用1~2片鎖片,按照軟管規格,等分圓周,將鎖片卡入軟管,有效解決了國內快速軟管接頭安裝難度高以及性能上劣勢。但進(jìn)口件價(jià)格昂貴且進(jìn)口周期較長(cháng)是其致命弱點(diǎn)。

          金屬軟管接頭能承受較大的彎曲力且螺紋扭矩都能滿(mǎn)足使用要求,但其高昂的制造成本并不適用于絕大多數的電氣連接與保護系統。

          新型加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭的研發(fā),能解決國內外塑料軟管接頭以及金屬軟管接頭的缺點(diǎn),包含以下幾點(diǎn):1)軟管與接頭安裝方便,即無(wú)需操作人員的經(jīng)驗與否,均能快速安裝完成;2)防水密封性能良好,在復雜多變的力學(xué)環(huán)境中均能起到密封作用,能達到IP68、IP69K防護等級;3)連接可靠;4)金屬與塑料兩種材料有機結合;5)所用材料均需環(huán)保無(wú)害。


          2、問(wèn)題的解決與論證

          以WQGDM-M25B/AD28.5加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭為例,其設計如圖

          1.主要由4部分組成,分別是1、O型圈,用以密封螺紋端

          2.接頭體

          3.鎖緊螺帽

          4.卡環(huán)。

          下文中將逐條闡述其各項設計理念。


          圖1加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭


          2.1 軟管與接頭安裝方便

          將軟管按照需要的長(cháng)度切割,保證切面在軟管同一節距的凹槽內,且軟管突出部分的的端面基本平整,反之,需修整軟管。見(jiàn)圖2。將鎖緊螺帽套入軟管,再將卡環(huán)套入軟管規定凹槽內,WQGDM-M25B/AD28.5接頭連接普通AD28.5波紋軟管時(shí),將卡環(huán)套入由右向左第6個(gè)卡槽內,見(jiàn)圖3。接頭體套入軟管后,僅需將鎖緊螺帽與接頭體螺紋旋緊即可安裝完成,且各項性能均能滿(mǎn)足要求。

          圖2 軟管修整圖


          圖3 軟管接頭安裝圖

          2.2 防水密封性能

          加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭采用與普通管端密封圈相同材質(zhì)的熱塑性彈性體[2](TPE)的一體式帶斜度環(huán)狀密封圈,見(jiàn)圖4。


          圖4 一體式帶斜度環(huán)狀密封圈


          與普通管端密封圈相比,其優(yōu)點(diǎn)如下:1)一體式帶斜度環(huán)狀密封圈與軟管接頭體一體成型,減少普通管端密封圈組裝成本。2)普通管端密封圈在使用中,因其可移動(dòng),可旋轉性,在插入軟管時(shí),因操作不當,可能會(huì )出現軟管觸碰管端密封圈頂,使其整體變形的風(fēng)險。而一體式帶斜度環(huán)狀密封圈與接頭體內壁一次注塑成型,且研發(fā)此接頭時(shí),考慮到密封圈的防拉脫性,特意增加倒扣的設計,此設計完美解決了密封圈脫離接頭體的可能性。并且所選用的彈性體材料與接頭體內壁完全連接,不易剝離,減小安裝變形。3)一體式帶斜度環(huán)狀密封圈外壁與接頭體一體成型,內壁與中軸線(xiàn)成3°傾斜,并且在不同位置分布3個(gè)半徑大小一致的突起。3個(gè)突起的位置分布即涵蓋了普通軟管及寬節距軟管,因此,此類(lèi)軟管接頭即能與普通波紋軟管相連,也能與寬節距軟管相連。以外徑AD28.5的波紋軟管為例,與WQGDM-M25B/AD28.5的接頭連接時(shí),從上至下的3個(gè)突起處最小的內孔直徑分別為φ28.6mm、φ28.1mm、φ27.1mm,公差范圍均為-0.1/-0.3mm,以最小公差核算,壓縮比從上至下分別是1%、3%、6%。軟管可較容易插入,且依據經(jīng)驗,軟管接頭的管端密封圈壓縮比在2%~5%時(shí)能達到良好的密封性能。除了軟管圓周的密封外軟管端面的密封也同樣重要,即軟管軸向需要有一定的壓縮量。以AD28.5波紋軟管為例,普通軟管鎖扣卡在第6扣,而寬節距軟管卡在第5扣,此狀態(tài)下,鎖緊螺帽與接頭體鎖緊時(shí),軟管軸向壓縮比分別是:普通軟管:2mm,寬節距軟管:6.2mm。依據軟管接頭軸向最優(yōu)壓縮比2mm~ 6mm,兩類(lèi)軟管均符合最有壓縮比,軸向密封性能良好。

          產(chǎn)品經(jīng)SGS認證,符合IPX9K、IP68測試要求。


          2.3 連接可靠性

          加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭,使用卡環(huán)作為最主要的抗拉拔力的結構,見(jiàn)圖5。為方便安裝將卡環(huán)設計為帶有1.5mm間隙的帶卡爪的環(huán)狀鎖扣。在安裝時(shí)將卡環(huán)分離套入軟管??ōh(huán)卡爪與軟管凹槽緊密貼合,增強連接性。


          圖5 卡環(huán)


          除卡環(huán)連接外,用圓螺帽將卡環(huán)緊密壓實(shí)在接頭主體上,當軟管受拉拔力的時(shí)候,軟管的凹槽壁與卡環(huán)的卡爪緊密接觸,卡環(huán)上沿與圓螺帽緊密接觸,根據力傳遞作用,等于拉拔力全部加載在接頭主體上,達到固定可靠的作用。

          鎖緊螺帽與接頭體螺紋連接采用梯形螺紋[1]。梯形螺紋在連接時(shí)具有牙根強度高,對中性好,不易松動(dòng)等特點(diǎn),加強抵抗拉拔力的能力。

          鎖緊螺帽與接頭提的連接,為固定住螺紋,防止松動(dòng),在不采用螺紋密封膠固定的情況下,將接頭體梯形螺紋牙底平面上設置45°斜度,高度為3mm的凸起,見(jiàn)圖6。而鎖緊螺帽梯形螺紋起牙位置向下縮短4mm用以固定接頭體上的突起,并且這4mm的突起整個(gè)做成與接頭體突起相適配的花瓣狀環(huán)形狀態(tài),旋緊過(guò)程中起到單向作用。在鎖緊過(guò)程中,凸起能輕送旋入花瓣,反之則很困難,需要通過(guò)扭矩扳手增加長(cháng)度,將鎖緊螺帽取下。按照高鐵行業(yè)五年一個(gè)維修期,以及汽車(chē)行業(yè)至少每半年一次保養得頻率來(lái)算,此接頭安裝后,拆卸情況較少,但為了驗證接頭體突起及花瓣形固定方式的磨損是否會(huì )影響到接頭的性能。特意由SGS做了相應測試,結論為:將加強型高強度卡環(huán)式鎖緊軟管接頭以正確方式安裝拆卸100次,其中10次、20次、50次、80次、100次時(shí)分別測試IP6X和IPX8測試,結果均符合測試要求。


          圖6 接頭體凸起與鎖緊螺帽花瓣狀結構


          2.4 螺紋銅鑲件的設計

          接頭體螺紋以金屬銅鑲件的形式,與接頭體一體注塑成型(即銅鑲件、接頭主體、環(huán)狀密封圈一體成型),見(jiàn)圖7。穿線(xiàn)孔部位(螺紋內孔)需注塑包覆,表面達到光滑,更好的保護所穿線(xiàn)纜,同時(shí)金屬部分所占比例較小,有效減輕產(chǎn)品整體重量,而應金屬螺紋部分較小,成本也等到有效控制。


          圖7 軟管接頭體


          銅鑲件上端(非螺紋端)加工成雙層,且銅鑲件表面帶有4個(gè)2.5mm寬度,1.5mm深度的凹槽。此結構目的是為了增強注塑后扭矩,防止銅鑲件脫出,同時(shí)此圓形銅棒為帶孔的開(kāi)模一體成型的產(chǎn)品,減小加工成本。經(jīng)測試,此產(chǎn)品包塑面較普通單層圓環(huán)形銅鑲件,接觸面增加1/3。銅鑲件破壞性扭矩測試較普通圓環(huán)形銅鑲件產(chǎn)品,需要更大的扭矩,更能滿(mǎn)足此產(chǎn)品性能要求。

          另外,在銅鑲件包塑過(guò)程中,由于尼龍材料收縮性以及尼龍部分厚度不均的原因,易造成產(chǎn)品縮水。因此將尼龍接頭扳手面做成凹凸結構,即避免了產(chǎn)品成型過(guò)程中,由于尼龍部分材料收縮導致的表面凹凸不平,同時(shí)又滿(mǎn)足了扳手面強度要求。


          2.5 材料環(huán)保

          隨著(zhù)近年來(lái)環(huán)保課題的不斷深入,塑料件的使用也需要滿(mǎn)足一定的標準要求。目前加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭采用全部綠色環(huán)保材料制作,材料全部通過(guò)國際環(huán)保認證。包括產(chǎn)品整體取得CE認證。通過(guò)各行業(yè)限用物質(zhì)檢測要求,包括Q/CRRC J 26-2018《軌道交通裝配產(chǎn)品禁用和限用物質(zhì)》和TB/T3139-2006《機車(chē)車(chē)輛內裝材料及室內空氣有害物質(zhì)限量》等。


          3、加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭優(yōu)勢

          該產(chǎn)品自2019年年底推向市場(chǎng)以來(lái),使用情況良好,特別是國外客戶(hù),對產(chǎn)品性能非常滿(mǎn)意。

          新研發(fā)設計的加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭優(yōu)勢如下:

          (1)接頭組裝方便,無(wú)需經(jīng)驗即可安裝到位,可滿(mǎn)足未接觸過(guò)此類(lèi)接頭的安裝人員快速學(xué)會(huì )操作。

          (2)防水性能優(yōu)異,滿(mǎn)足IP69K、IP68防水測試。通過(guò)軟管圓周及軟管端面的雙重防水保護,確保其防水性能。且與普通接頭相比,此接頭能同時(shí)與普通軟管以及寬節距軟管連接,增強其通用性。

          (3)相較于普通快速軟管接頭所存在的可靠性不足問(wèn)題,加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭更好的滿(mǎn)足了可靠性要求。

          (4)相對于市面上常規的塑料軟管與金屬軟管的區分,加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭將尼龍、金屬銅鑲件、TPE有機結合起來(lái),即方便生產(chǎn)操作,又降低接頭成本,更具有市場(chǎng)競爭力。

          (5)加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭采用全部綠色環(huán)保材料制作,材料全部通過(guò)國際環(huán)保認證。


          4、結束語(yǔ)

          加強型高強度卡環(huán)式鎖緊防水軟管接頭自投入市場(chǎng)以來(lái),反饋良好,這充分證明研發(fā)設計取得了成功。當今社會(huì ),各行各業(yè)都講究節能減排,提高效率。作為傳統機械行業(yè),更應該發(fā)揮主觀(guān)創(chuàng )造性,從產(chǎn)品初期的設計開(kāi)始,大力促進(jìn)設備優(yōu)化創(chuàng )新,在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的前提下,大大節省人力物力財力!

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