高壓鉆探膠管總成扣壓檢測及控制分析

熊毅

摘要：文章通過分析高壓鉆探膠管總成的組成，并對(duì)其總成性能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，特別是各部件對(duì)總成的影響。繼而對(duì)總成的檢驗(yàn)與控制進(jìn)行了詳細(xì)探討，結(jié)合出現(xiàn)的故障問題提出了解決問題的方法。

關(guān)鍵詞：高壓鉆探膠管總成；扣壓檢測；液壓軟管；接頭外套

中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）15-0062-03

1高壓鉆探液壓軟管接頭總成的構(gòu)成和分類

高壓鉆探膠管主要是液壓軟管，按工作壓力范圍和膠管與接頭的連接形式來分類。按工作壓力范圍分類：（1）低壓；（2）中壓；（3）高壓；（4）超高壓四類。其中高壓的工作壓力在大于35Mpa之間，主要是鋼絲編織鋼絲纏繞管，主要用于高壓系統(tǒng)。隨著高壓大功率液壓機(jī)械的發(fā)展，對(duì)高壓接頭總成的需求愈來愈大。按膠管與接頭的連接方式分類有：有可拆式和扣壓式。（1）扣壓式膠管接頭總成是膠管與接預(yù)配后，在外力作用下使接頭外套向內(nèi)收縮從而使膠管與接頭連接可靠；（2）采用可拆式的時(shí)候，通過有外錐的芯子壓縮膠管的內(nèi)膠層，使其緊貼接頭套的內(nèi)錐。也就是說二者之間之間成倒錐形間隙，通過壓迫膠管使得內(nèi)外膠層連接。由于可拆式雙方之間連接質(zhì)量穩(wěn)定相差，因此專業(yè)廠家一般采用扣壓式。

2高壓鉆探液壓膠管總成性能與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系

2.1膠管

一般來說，高壓鉆探液壓膠管由三部分組成，分別是外膠層、增強(qiáng)層和內(nèi)膠層。由于這三部分對(duì)總成的影響各不相同。

第一，高壓鉆探液壓膠管的外膠層由于影響整個(gè)膠管的使用壽命和對(duì)增強(qiáng)層的保護(hù)作用，因此在制作材料選擇上一般采用氯丁橡膠，防止其老化

龜裂。

第二，高壓鉆探液壓膠管主要依靠增強(qiáng)層來承壓。由于增強(qiáng)層的材料不同對(duì)總成效果影響也不相同。如果是靠內(nèi)外膠層與膠漿粘牢的編織膠管，由于承壓時(shí)會(huì)各自伸縮不一而造成磨擦而影響其耐久性。而如果采用纏繞管則是在在兩層之間有中間膠，由纏繞管纏繞方向不同的兩層形成一個(gè)工作層，而同一工作層的兩層鋼絲之間沒有交叉點(diǎn)。由于交叉點(diǎn)少因此在承壓時(shí)同于鋼絲間的交叉彎曲而不會(huì)摩擦磨損。故能這類纏繞管承受高壓，耐久性好。

第三，內(nèi)膠層在長期工作狀態(tài)下受流體腐蝕，防漏，主要是內(nèi)膠層直接與油液接觸。在增強(qiáng)層制作上一般采用丁腈橡膠作為材料，可以提高承受壓力。內(nèi)膠層對(duì)總成質(zhì)量的主要影響性能為永久變形量、硬度、厚度。特別是永久變形量和硬度對(duì)密封性影響大。對(duì)于總成在壓縮永久變形50%時(shí)為宜，硬度選擇范圍應(yīng)該在70～85邵氏硬度。制作選用的時(shí)候內(nèi)膠層厚度最好在1.5～2.5mm之間，厚度大了會(huì)在扣壓時(shí)增加其流動(dòng)量，造成多余的膠在接頭芯套與膠管的接觸端面內(nèi)堆積；厚度小了會(huì)在扣壓時(shí)被壓裂。除了厚度之外，對(duì)于內(nèi)膠層的壁厚均勻性也要引起重視，厚度不均勻，在進(jìn)行總成壓縮后會(huì)造成堆膠或者裂斷。除了內(nèi)膠層變形量控制、硬度以及厚度外，對(duì)于內(nèi)膠層表面麻坑現(xiàn)象也要避免。

２.2接頭

扣壓式膠管接頭由外套、螺母和接頭芯子

組成。

第一，材質(zhì)：一般采用20#，35#，45#碳素結(jié)構(gòu)鋼作為接頭芯子材料，芯子壁厚應(yīng)注意選取，一般為1.5～3.5mm，可防止扣壓時(shí)芯子內(nèi)孔變形而增加液阻。通徑大取大值，使裝腔配困難，會(huì)損傷內(nèi)膠，芯子外圓與膠管內(nèi)孔不允許過大的過盈量。芯子內(nèi)孔過小會(huì)增加液阻造成壓降損失。為了達(dá)到接頭總成性能最小通過量的要求，而芯子外圓直徑受到限制，膠管本身的尺寸變化又大，必須通過優(yōu)化扣壓量來解決。

第二，芯桿部結(jié)構(gòu)形狀有多種，其中主要有鋸齒形槽和Ｒ槽都可增大摩擦面，為橡膠流動(dòng)提供容膠槽。在使用過程中纏繞管對(duì)于壓力更高則用鋸齒形槽，而鋼絲編織管都用Ｒ槽，。

第三，接頭芯子影響總成性能的主要因素為芯子結(jié)構(gòu)形狀、芯桿長度、芯子材質(zhì)以及壁厚。芯桿長度從密封和防止拔脫的角度要求越長越好，但會(huì)浪費(fèi)材料和增加成本。一般設(shè)計(jì)要求其長度比外套略長即可，防止扣壓時(shí)芯子端部造成堆膠。

2.3接頭外套

由于膠管總成其內(nèi)孔尺寸應(yīng)適當(dāng)大于增強(qiáng)層尺寸，間隙范圍為1～1.5mm，超出這個(gè)范圍就會(huì)無法裝入，甚至?xí)斐稍鰪?qiáng)層徹底散頭。除了尺寸范圍之外對(duì)于內(nèi)部的槽形也會(huì)影響接頭質(zhì)量。為了減少這方面的影響在槽形設(shè)計(jì)上目前有鋸齒槽式、直孔無槽式以及環(huán)形和鋸齒槽組合式等幾種形式，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

棉線（纖維）編織膠管因拔脫力小，使用壓力低，都采用無槽式結(jié)構(gòu)。鋼絲編織膠管在扣壓時(shí)其增強(qiáng)層易產(chǎn)生彎曲，多采用鋸齒形。鋼絲纏繞管一般層數(shù)較多，增強(qiáng)層的單邊厚度最大可達(dá)3.6mm，扣壓時(shí)要使增強(qiáng)層形成波浪形變形而嵌入槽內(nèi)就必須采用環(huán)形和鋸齒形槽相組合，這種槽形比鋸齒槽寬2／3，其抗拔脫力更強(qiáng)。

3高壓膠管總成的控制和檢驗(yàn)

對(duì)于高壓膠管總成來講影響質(zhì)量的因素是多方面的，在高壓鉆探液壓膠管總成的生產(chǎn)工藝過程中必須在生產(chǎn)的全過程嚴(yán)格控制。

3.1高壓鉆探液壓膠管質(zhì)量的控制和檢驗(yàn)

高壓鉆探液壓膠管總成生產(chǎn)所使用的膠管，必須按相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)是否符合膠管總成的各項(xiàng)性能指標(biāo)和使用要求。在檢驗(yàn)中著重注意以下幾個(gè)方面：（1）膠管的外觀質(zhì)量。膠管外觀質(zhì)量不容忽視，影響膠管總成性能的外觀缺陷應(yīng)予剔除，對(duì)膠管的外觀質(zhì)量應(yīng)注意檢查；（2）膠管壁厚的偏差，對(duì)膠管壁厚的偏差應(yīng)嚴(yán)格控制，一般對(duì)于壁厚偏差>0.5mm的膠管應(yīng)該慎重選用；（3）膠管的規(guī)格尺寸及實(shí)際偏差，應(yīng)嚴(yán)格檢查骨架層外徑、內(nèi)徑是否符合要求，對(duì)膠管總成生產(chǎn)所選用的膠管對(duì)外徑偏差，要求可以適當(dāng)放寬；（4）膠管各層間的附著力。各膠層之間粘接成為一個(gè)整體，才能使高質(zhì)量的膠管應(yīng)具有良好的整體性。這樣才能保證膠管總成的性能要求，才能適應(yīng)接頭裝配、扣壓過程中的各項(xiàng)工藝要求。

3.2接頭金屬件的質(zhì)量控制

外套、接頭芯管以及連接密封部分的質(zhì)量，在接頭裝配前必須嚴(yán)格檢驗(yàn)，消除隱患。

3.3嚴(yán)格控制工藝過程中的操作質(zhì)量

由于手工操作較多，為確保膠管總成質(zhì)量，高壓鉆探液壓膠管總成的制造工藝過程中，必須嚴(yán)格控制操作質(zhì)量，把人為因素的影響降到最低限度。（1）加強(qiáng)接頭裝配質(zhì)量的檢查和控制，在裝配芯管時(shí)使膠管從外套中退出，造成密封段減小，或者外套裝不到位而使芯管插入深度不夠，影響接頭的密封性能。因此，外套的裝配位置必須注意；（2）膠管長度的切割和測量。在膠管總成長度要求的范圍內(nèi)應(yīng)寧長勿短；膠管長度的測量應(yīng)力求準(zhǔn)確，充分注意膠管本身的彎曲現(xiàn)象；（3）嚴(yán)格控制膠管壁厚測量的精度，盡量減少計(jì)算誤差和測量誤差；（4）控制磨膠質(zhì)量，磨膠長度過大，接頭裝配扣壓后會(huì)使骨架層外露，容易因銹蝕而損壞。

3.4扣壓過程中的質(zhì)量控制和檢查

此項(xiàng)檢驗(yàn)控制對(duì)于保證膠管總成質(zhì)量是非常重要的。必須做到嚴(yán)格控制扣壓外觀質(zhì)量。控制接頭扣壓定位尺寸；根據(jù)實(shí)測的膠管壁厚，按選定的壓縮率計(jì)算出外套扣壓后的直徑進(jìn)行扣壓，然后進(jìn)行接頭拔脫試驗(yàn)、液壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)z管的密封性能以及接頭的抗拔脫強(qiáng)度；正確選擇扣壓模具，減小扣壓后模具間隙。

3.5高壓鉆探液壓膠管總成的質(zhì)量檢驗(yàn)

全面檢驗(yàn)?zāi)z管的長度、規(guī)格型號(hào)、彎形接頭的角度與方向、接頭的連接密封形式、膠管內(nèi)表面的清潔程度和扣壓的外觀質(zhì)量等。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)抽檢爆破壓力、試驗(yàn)壓力、脈沖壽命、抗拔脫強(qiáng)度等項(xiàng)

試驗(yàn)。

4導(dǎo)致高壓鉆探液壓膠管總成故障原因及方案分析

主要原因?yàn)椋海?）由于外套反彈，扣壓力度減小，使得總成滲油、漏油和拔脫；（2）由于扣壓力度過大，造成內(nèi)膠層塤傷，使得漏油；（3）使用方法不正確，造成使用壽命降低；（4）如果扣壓力度不夠，也容易造成滲油，漏油和拔脫；（5）接頭加工精度不達(dá)標(biāo)，造成接口處漏油，

滲油。

優(yōu)化方案:（1）選用優(yōu)良性能的扣管機(jī)，扣壓力度尺寸控制在0.1mm以內(nèi)；（2）嚴(yán)格的尺寸控制，對(duì)接頭內(nèi)芯和外套加工標(biāo)準(zhǔn)要控制在0.05mm以內(nèi)；（3）接頭連接部位應(yīng)使用具有良好穩(wěn)定性和加工精度的車削中心進(jìn)行加工；（4）為主機(jī)廠提供正確的使用設(shè)計(jì)方案。

分析表明，高壓鉆探液壓膠管問題的原因是多方面的，高壓鉆探液壓膠管失效主要是由于系統(tǒng)因素和人為因素。人為因素具有明顯人為特征，可以進(jìn)行控制和改進(jìn)。系統(tǒng)因素是由系統(tǒng)構(gòu)成決定，其影響短期內(nèi)難以改進(jìn)。遵照正確的安裝方法，裝配角度，確保膠管發(fā)揮正常壽命，并控制介質(zhì)（乳化液）質(zhì)量，避免對(duì)高壓鉆探液壓膠管造成意外腐蝕和損傷。

（責(zé)任編輯：趙秀娟）