液壓系統(tǒng)儀表管線連接方案研究

摘要：液壓系統(tǒng)通過儀表管線傳遞液壓力，儀表管線連接是實現(xiàn)系統(tǒng)工作性能的基礎。首先對低壓無縫儀表管線的連接、密封進行了研究，并分析了其連接方式和安裝特點。隨后研究了中高壓儀表管線的連接方案，對比分析了高壓雙卡套和錐角螺紋連接，為實際項目中連接方案的選用提供了參考。

關鍵詞：液壓系統(tǒng);儀表管線;連接;高壓雙卡套;錐角螺紋

0? ? 引言

在液壓傳動過程中會出現(xiàn)振動及連接件松動等現(xiàn)象，甚至使管路破裂，液壓元件和測量儀表損壞，在高壓、大流量的系統(tǒng)中其后果尤為嚴重[1]。儀表管線連接直接影響系統(tǒng)性能，所以在液壓系統(tǒng)中要特別注意儀表管線連接。在低壓系統(tǒng)中，通常使用卡套連接，安裝簡單，密封性好，且抗振動性能較好，儀表管線與閥件一般通過卡套-圓錐管螺紋接頭連接。在中高壓系統(tǒng)中，常用高壓雙卡套連接和錐角螺紋連接方案。

1? ? 儀表管線簡介

儀表管線是截面形狀為圓形的空心管線，常用的外徑有1/4英寸、3/8英寸和1/2英寸。儀表管線的技術參數(shù)包含外徑、內(nèi)徑、壁厚、材質(zhì)及壓力等。液壓系統(tǒng)中無縫管線一般是冷拔成型，經(jīng)退火處理，使管線表面組織結(jié)構(gòu)更一致，同時釋放應力，提高塑性，提升耐蝕性能。

2? ? 低壓儀表管線連接

卡套式連接按照卡套結(jié)構(gòu)形式可分為單卡套式連接和雙卡套式連接。卡套式連接具有密封性能好、安裝簡便等優(yōu)點。卡套式連接的密封原理都是通過卡套與接頭的錐面形成金屬密封。

2.1? ? 儀表管線單卡套連接

卡套經(jīng)過熱處理后外表面硬度較高，旋緊螺母時，在壓力的作用下卡套沿接頭體內(nèi)錐面軸線向前推進，卡套同時變形被推進錐形孔內(nèi)，卡套與接頭體錐面接觸形成弧面密封，同時卡套的內(nèi)刃均勻地切入無縫鋼管外壁，從而起到扣緊和密封作用。卡套中部凸起，具有彈性作用，可以減少泄漏和防止螺帽松動[2]。

2.2? ? 儀表管線雙卡套連接

雙卡套連接主要是由接頭本體、前卡套、后卡套和螺母組成。前卡套被推入接頭本體和卡套管形成主密封，而后卡套向內(nèi)產(chǎn)生鉸鏈作用以對卡套管形成強有力的抓緊。后卡套的幾何形狀有助于產(chǎn)生先進的工程鉸鏈——夾箍作用，這種作用可把軸向運動轉(zhuǎn)化為卡套管上的徑向擠壓作用，操作時只需要很小的裝配扭矩。世偉洛克雙卡套連接典型圖如圖1所示[3]。

雙卡套連接使承壓和密封性能進一步提高，后卡套幾何結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)秀的抗振動疲勞性能。雙卡套連接方式具有優(yōu)良的氣體、液體密封性能，良好的抗振和耐沖擊性能，良好的溫差補償功能。

2.3? ? 圓錐管螺紋連接

在液壓系統(tǒng)中儀表管線一般與圓錐管螺紋NPT（National（American） Pipe Thread）配合使用實現(xiàn)與閥件的連接。圓錐螺紋的錐度為1：16，圓錐螺紋基準面的軸向位置極限位置偏差為±1P（螺距）[4]。NPT用于機械或者低壓的氣體和液體，要求使用密封劑來保證密封，密封劑受溫度的限制。

管螺紋與閥件連接的額定值由壓力額定值較低的端接來決定。壓力額定值以環(huán)境溫度下的美國機械工程師協(xié)會（American Society of Mechanical Engineers，ASME）壓力管道標準B31.3工藝管道為基礎。內(nèi)外螺紋承壓對比情況如表1所示[5]。

預裝時，應盡量保持管子與接頭體的同軸度，同時應避免使其受到側(cè)向力和拉伸力;按規(guī)定彎曲半徑制作管線，減小彎曲內(nèi)應力，避免在油壓下產(chǎn)生滲漏。

3? ? 中高壓儀表管線連接

中壓儀表管線冷拔成型，為提高耐壓性能，增加了壁厚，連接形式類似雙卡套結(jié)構(gòu)。由螺母本體（Female body）、前卡套（Front ferrule）、后卡套（Back ferrule）和后螺栓（Male nut）組成，與低壓卡套管連接形式類似，只是把原來的螺母改成螺栓，本體為螺母形式。高壓雙卡套連接方案保證了其高壓力下的產(chǎn)品密閉性和可靠性，且安裝簡單，可靠性較高，工作壓力能達到100 MPa。世偉洛克高壓雙卡套連接圖如圖2所示。

錐角螺紋連接需要先將管線加工至錐角螺紋形式，其與高壓卡套安裝形式不同的地方是用螺紋環(huán)代替了前后卡套，采用管線上的螺紋與螺紋環(huán)實現(xiàn)機械密封，工作壓力能達到400 MPa。其與雙卡套連接方式對比，需要對管線預制錐角螺紋，同時需要保證加工錐角螺紋的精度。組裝時將管線預裝入格蘭和螺紋環(huán)中，其余步驟和高壓雙卡套組裝一致。

4? ? 儀表管線連接方案對比

在實際項目中，需要綜合考慮系統(tǒng)的性能、成本和組裝工時，在低壓液壓系統(tǒng)中，儀表管線常用卡套連接方案，在中高壓系統(tǒng)中需要根據(jù)項目實際需求考慮連接方案的選擇。儀表管線連接方案對比表如表2所示。

5? ? 結(jié)語

本文介紹了卡套連接、高壓雙卡套連接及錐角螺紋連接方案，分析對比了三種連接方式的使用范圍及特點。卡套連接，安裝簡單，密封性和復裝性好，常用于低壓系統(tǒng);對于中高壓液壓系統(tǒng)，高壓雙卡套連接方案易安裝，成本最高;錐角螺紋連接，需要先使用專業(yè)工具將無縫鋼管加工出錐角螺紋，對檢驗要求較高，但成本相對較低。液壓系統(tǒng)儀表管線的三種連接方案可在工程項目中參考實際情況選用。

[參考文獻]

[1] 劉建敏.液壓系統(tǒng)中液壓沖擊問題分析與處理[J].機電信息，2011（15）：185.

[2] 李明昕.卡套式管接頭應用探討[J].河南科技，2014（13）：138-139.

[3] 世偉洛克高壓產(chǎn)品樣本MS-02-472[Z].

[4] 60 ℃密封管螺紋：GB/T 12716—2002[S].

[5] 世偉洛克卡套管產(chǎn)品樣本MS-01-140[Z].

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：楊建義（1983—），男，河北人，工程師，主要從事機電液一體化系統(tǒng)設計工作。