CN103453264B - 多芯快速连接型气路圆形连接器 - Google Patents

Abstract

本发明应用于深海油田、煤矿和气路互连设备间等需要气路连接的各种军工或民用领域，提供了一种通过采用螺纹千斤顶加软管“V”型快速密封技术、弹性橡胶泄压自密封技术、键与键槽键位角度变换技术、三头螺纹大螺距大升程技术、棘轮防松自锁等技术而成的气管连接器，本发明密封性好，承压力高，每个气路能承受1MPa以上的气体压力，本系列扩展，实现多芯、气电混装、气水混装等多种混装用途，具有很好的应用推广价值。

Description

多芯快速连接型气路圆形连接器

技术领域

本发明应用于深海油田、煤矿和气路互连设备间等需要气路连接的各种军工或民用领域。

背景技术

随着深海石油和煤矿勘探、开采等与民生工程相关联的能源技术的飞跃发展，越来越多的工业自动化设备、工业机器人等需要气路连接来传输压缩空气，以使汽缸、气动元件、气动机构等做重复性的机械动作，一方面能够代替人类摆脱那枯燥、乏味和重复性的机械操作；另一方面能提高效能和产品一致性水平；另外还能完成一些人类无法完成或不便于完成的危险工作，如高温焊接、高温自动喷漆、深海采油、深井采矿、对人体有一定辐射或污染的工作等。

这些气路连接有些是用来传输压缩空气，有些是用来分别传输压缩空气和氩气，等等。气路连接器就是连接汽缸、气动元件、气动机构等执行机构、部件、单元模块间气体通路——气管的接口元件，俗称气接头，其主要功能有：

（1）传输气压或气体能量；

（2）快速接通气路或切断气路；

（3）便于大型气动单元模块或设备的运输和组装互连。

在这些气动单元模块、设备以及系统的生产和使用中，选用了气路连接器，能带来以下好处：

A、能大大提高生产效率；

B、在总体成本一定时，能大大节约费用；

C、提高总组装的合格率；

D、能节约现场维修成本。

事实上，只要有气动单元模块、设备以及系统的应用领域，就会有气路连接器的存在。因此，随着深海采油、深井采矿等能源工程和工业自动化设备、系统工艺技术的日益成熟和发展，气路连接器在这些领域的应用范围将越来越广泛。

当前气路连接器市面上有的仅为三个钢珠锁紧与分离、快插型、承受气压级别较低的单芯形式，而两芯以上的多芯高承压级别（≥1MPa）、快速连接与分离型的气路连接器还没有。

发明内容

本发明提供了一种通过采用螺纹千斤顶加软管“V”型快速密封技术、弹性橡胶泄压自密封技术、键与键槽键位角度变换技术、三头螺纹大螺距大升程技术、棘轮防松自锁等技术而成的气管连接器。

 本发明是采用以下技术方案实现的，一种气路连接器，包括插头和插座，所述的插头和插座均包括后安装板、前安装板、气管连接件、螺纹千斤顶、外壳和限位螺母，所述的后安装板和前安装板设置在所述外壳内，在所述后安装板和所述前安装板的圆周孔中设置所述气管连接件，在所述后安装板和前安装板的中心孔中设置所述螺纹千斤顶，所述的插座还包括异形橡胶密封件，所述的异形橡胶密封件设置在气管连接器上，所述的插头外壳和插座外壳分别设置有键和键槽定位结构，所述的插头外壳上设置有三头梯形螺纹锁紧结构，所述的插头外壳中设置有动、静棘轮机构，所述的动、静棘轮机构包括连接套、波形垫圈、动棘轮、静棘轮，所述的外壳通过键与所述静棘轮键槽的配合来限制所述静棘轮的旋转自由度，所述的连接套通过键与所述动棘轮键槽的配合来限制动棘轮的旋转自由度，所述的气管连接件上连接气管的部位为双向倒锥式结构。

所述的异形橡胶密封件的截面为V型。

所述的前安装板和所述的后安装板的圆周孔均有六个。

所述的键和键槽为五键和五键槽，所述五键与其对应的五键槽的配合部位宽度不一致，即五个配合部分圆周分布角度不对称。

本发明与国内同类产品相比具有以下优点：

（1）现有的气路连接器（或者叫气路接头）为单芯，本发明为多芯，可同时传输多路气体；

（2）外形和安装尺寸，全部和GJB599A-93系列Ⅲ圆形电连接器的外形和安装尺寸兼容，体积小，结构紧凑，通用性更强；

（3）传输气体的气管能快速装入，连接牢固性高，相应地维修也快速，维修成本低；

（4）密封性好，承压力高，每个气路能承受1MPa以上的气体压力；

（5）在高冲击和强振动条件下，能防误插、防松脱；

（6）能快速连接与分离；

（7）能适用于深海油田、煤矿和气路互连设备间等所有需要气路连接的各种军工或民用领域；

（8）可系列扩展，实现多芯、气电混装、气水混装等多种混装用途，具有很好的应用推广价值。

附图说明

图1：气管的装入和密封安装过程图；

图2：插头和插座插合后的结构图；

图3：泄压和自密封原理图；

图4：动静棘轮防松机构图；

图5：插座内组合件图；

图6：QLY-20WJ06BQN型气路圆形连接器插座图；

图7：插头内组合件图；

图8：QLY-26WJ06AQN型气路圆形连接器插头 。

具体实施方式

外形和安装尺寸的适宜性，除尾部附件外，该气路连接器的外形和安装尺寸，全部和GJB599A-93系列Ⅲ圆形电连接器的外形和安装尺寸兼容，这样做一方面能方便用户进行面板开孔和安装，提高通用性；另一方面，有的用户需要气路和电路同时混装传输，不用改变已布局好的开孔尺寸就很容易做到，增加了灵活性，而且气电混装既能有效节省有限的空间，也能使设备或系统面板布局更为有序、合理和美观。

气管快速装入和连接后的牢固性、密封性问题，如图1所示。

采用了螺纹千斤顶加软管“V”型快速密封技术，既解决了气管（21）快速装入到连接器内气管连接件的问题，又保证了气管连接后的牢固性和密封性。

将内六角扳手（26）插入到螺纹千斤顶并逆时针旋转，就会带动前安装板（24）、后安装板（23）和气管连接件（25）的组合件（以下简称内组合件）前移，前移一段距离后由限位螺母（27）限位，此时，内组合件和连接器外壳（22）间就会留下足以能够把气管连接到气管连接件上的空间，而气管连接件上连接气管的部位为“双向倒锥式”，一个方向的倒锥为气管连接作导向，另一方向的倒锥能使气管连接后产生一定的锁紧力，并实现预密封功能，整个气管连接是快速进行的。

将内六角扳手（26）插入到螺纹千斤顶并顺时针旋转，就会带动装有气管的组合件后移，后移一段距离后由外壳上的各个内孔限位，此时，作用在螺纹千斤顶上的力会均匀分配到内组合件气管连接部位，使气管连接件（25）的前一个方向的倒锥和外壳上的各个内孔间形成“V”型密封区域，因为气管是带有弹性的软管，所以螺纹千斤顶分配来的力在“V”型密封区域，能使气管连接后的牢固性和密封性都很好。经供货和试验验证，每个气路承受1MPa以上的气体压力而不会漏气，也没有松动现象，牢固性很好。

气路连接器插头和插座插合后的密封问题，如图2所示。

该气路连接器是一个多芯的气路接口，插头（28）和插座（29）插合后的密封问题，也就是各个气路的阳气管连接件（30）和阴气管连接件（31）插合后的密封问题。本产品采用了弹性橡胶泄压自密封技术，成功解决了插头（28）和插座（29）插合后的密封问题。其密封分两部分来完成：首先由插合后的阳气管连接件（30）和阴气管连接件（31）的锥面配合部位完成预密封，其次由安装于每个阴气管连接件上的异形弹性橡胶密封件来实现泄压和自密封。

如图3所示，每个异形弹性橡胶密封件(32)的截面为“V”型，如果在预密封时有泄露过来的气体，就会流入到“V”型截面的空隙内，一方面V型弯曲的路径会产生泄压作用，另一方面，泄露的气体压力会作用于“V”型截面的空隙内壁上（如图中箭头所示），而该空隙的外壁是受到阴气管连接件（31）、阳气管连接件(30)等表面的限制和约束作用，泄露的气体压力越大，“V”字型就越“张开”，相应的限制和约束作用力也就越大，密封性也就随着增大。经供货和试验验证，每个气路承受1MPa以上的气体压力，密封性良好。

气路连接器的防误插合问题，在实际气路连接器插合操作中，一方面要准、精、稳，快；另一方面系统或设备的同一面板上可能要装上同种芯数的气路插座连接器很多只，要求与对应的气路插头连接器在操作时不能插错，所以要有防误插机构。

该多芯气路圆形连接器采用了键与键槽的键位角度变换技术，解决了插头和插座插合时防误插和插合后的各个气路位置的一致性问题。

该气路圆形连接器的插头和插座外壳分别采用五键、五键槽定位结构，键、键槽宽度不一致，圆周分布角度不对称，具有防斜插、防误插功能，并且主键位有五种位置，定位由主键位确定，其余副键位位置不变，使得相同外壳号、相同气路芯数、不同规格的气路圆形连接器可以多个使用而不会插错。

固定气管连接件的前、后安装板上，分别有两个角度大小不一的圆弧键、键槽，它们能保证插合后的各个气路位置的一致性；同时两个角度大小不一的圆弧键、键槽又是前面所述的内组合件向前移动或者向后移动的滑道。

气路连接器的快速连接与分离及防松脱问题，该气路连接器为军民两用，在军事用途或作战中，要求系统与系统间、单元与单元间、设备与设备间在安装和对接时要准、精、稳，快，因此该气路连接器在操作时也要快速连接、快速分离。

该气路连接器的快速连接、快速分离方式采用了三头梯形螺纹锁紧结构，三头螺纹为大螺距大升程：其螺距为普通螺纹螺距的3倍（7.62mm），即旋转一圈可产生轴向距离7.62mm，该气路连接器设计的轴向插合距离为10mm,因此连接与分离时只需旋转约1.3圈，实现了该气路圆形连接器的快速连接和分离，具有使用方便、快捷、连接可靠的优点。

该气路圆形连接器还可用于高冲击和强振动条件下，而不会出现连接机构的脱开和松动现象。产品设计中采用了动、静棘轮机构来实现防松、防脱配，如图4所示。它主要由外壳(33)、连接套(37)、波形垫圈(36)、动棘轮(35)、静棘轮(34)等零件组成。其中，外壳(33)通过键与静棘轮键槽的配合来限制静棘轮的旋转自由度，连接套也通过键与动棘轮键槽的配合来限制动棘轮的旋转自由度。这样，在旋合与分离时，动棘轮和静棘轮发生相对滑动，在相对滑动过程中，压缩波形垫圈，并由波形垫圈把轴向力转化为轴向力距。

因为此机构是通过动、静棘轮的相对滑动来完成把波形垫圈的轴向力转化为轴向力矩的。设计时有意将动、静棘轮的前进面相对于底面的夹角，小于动、静棘轮的后退面相对于底面的夹角，这样就能使分离力大于连接时的旋合力，也就保证了该气路圆形连接器连接时较轻松，分离时较费力，即使在高冲击和强振动条件下，总是向连接、旋合的方向发展，实现了防松脱功能。

具体实施例1，以6芯法兰安装固定式气路圆形连接器插座QLY-20WJ06BQN为例。

插座内组合件，如图5所示：将6个异形橡胶密封件（1）分别装入到6个阴气管连接件（2）中，然后再分别装入到插座后安装板（4）的6个孔中，并在插座后安装板（4）的中心孔中装上1个螺纹千斤顶（3），之后再装入插座前安装板（5）（有序号标记的一面朝外），最后用4个M2.5X6十字槽盘头螺钉（6）、4个2.5弹性垫圈（7）、4个2.5平垫圈（8）把它们拧紧 ，检查无误后转入下道工序。如图6所示，把上一步装好的插座内组合件，推入到插座外壳（9）中，装配时只要大键对准大键槽、小键对准小键槽即可，用内六角扳手插入到螺纹千斤顶（3）并顺时针旋转，直至不能再旋转为止，此时插座内组合件就装配到位了。然后在限位螺母（10）的内螺纹上涂少许螺纹锁固胶，再把它拧到螺纹千斤顶（3）末端的螺纹上，借助内六角扳手把它拧紧，放置约24小时等螺纹锁固胶硬化后，即组成QLY-20WJ06BQN型法兰安装固定式6芯气路圆形连接器插座。

 具体实施例2：以6芯自由端气路圆形连接器插头QLY-26WJ06AQN为例。

插头内组合件，如图7所示：将6个阳气管连接件（11）分别装入到插头后安装板（12）的6个孔中，并在插头后安装板（12）的中心孔中装上1个螺纹千斤顶（3），之后再装入插头前安装板（13）（有序号标记的一面朝外），最后用4个M2.5X6十字槽盘头螺钉（6）、4个2.5弹性垫圈（7）、4个2.5平垫圈（8）把它们拧紧 ，检查无误后转入下道工序。

把上一步装好的插头内组合件，推入到插头外壳（14）中，装配时只要大键对准大键槽、小键对准小键槽即可，用内六角扳手插入到螺纹千斤顶（3）并顺时针旋转，直至不能再旋转为止，此时插头内组合件就装配到位了。然后在限位螺母（10）的内螺纹上涂少许螺纹锁固胶，再把它拧到螺纹千斤顶（3）末端的螺纹上，借助内六角扳手把它拧紧，放置约24小时等螺纹锁固胶硬化后，即可进行下一步安装。

如图8所示，把连接套（15）的4个键槽对准插头外壳（14）的4个凸键，把连接套（15）推到位，使连接套（15）的内法兰侧面和插头外壳（14）的外法兰侧面切平，轻轻转动连接套（15），应能转动自如。之后依次装入波形垫圈（16）、动棘轮（17）、静棘轮（18）,再次检查连接套（15），应顺时针和逆时针均能转动，且顺时针转动比逆时针转动更为轻松，证明装配合格。然后把套管(19)拧到插头外壳（14）上（不要求拧到位，在后续装接气管时才拧紧），最后把紧定螺钉（20）拧到套管(19)上，即组成QLY-26WJ06AQN型6芯气路圆形连接器插头。

在后续连接气管时，用内六角扳手插入到螺纹千斤顶（3）并逆时针旋转，直至不能再旋转为止，此时插头内组合件就可以装接气管了，6路气管全部装接完后，再用内六角扳手插入到螺纹千斤顶（3）并顺时针旋转，直至不能再旋转为止。

Claims (4)

1.一种气路连接器，包括插头和插座，其特征在于，所述的插头和插座均包括后安装板、前安装板、气管连接件、螺纹千斤顶、外壳和限位螺母，所述的后安装板和前安装板设置在所述外壳内，所述的气管连接件上连接气管的部位为双向倒锥式结构，并依次通过后安装板和前安装板的圆周孔，加以固定，所述螺纹千斤顶依次穿过后安装板和前安装板的中心孔，加以固定，所述的插座还包括异形橡胶密封件，所述的异形橡胶密封件设置在气管连接器上，所述的插头外壳和插座外壳分别设置有键和键槽定位结构，所述的插头外壳上设置有三头梯形螺纹锁紧结构，所述的插头外壳中设置有动、静棘轮机构，所述的动、静棘轮机构包括连接套、波形垫圈、动棘轮、静棘轮，所述的插头和插座外壳通过键与所述静棘轮键槽的配合来限制所述静棘轮的旋转自由度，所述的连接套通过键与所述动棘轮键槽的配合来限制动棘轮的旋转自由度。

2.根据权利要求1所述的气路连接器，其特征在于，所述的异形橡胶密封件的截面为V型。

3.根据权利要求1所述的气路连接器，其特征在于，所述的前安装板和所述的后安装板的圆周孔均有六个。

4.根据权利要求1所述的气路连接器，其特征在于，所述的键和键槽为五键和五键槽，所述五键与其对应的五键槽的配合部位宽度不一致，即五个配合部分圆周分布角度不对称。