CN1079146C - 互锁限动塑料管接合装置 - Google Patents

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Abstract

说明一种互锁限动塑料管接合装置(11)，以相邻两节管子的母(13)和公(15)端接头为特征。母端接头(13)具有至少一个在其孔口之内的沿径向延伸的凹槽(23)或突起(24)。公端接头(15)具有至少一个制成在其外部表面上的沿径向延伸的突起(31)或凹槽(30)。凹槽(23，30)和突起(31，24)分别在通过沿轴向迫使公接头(15)进入母接头(13)时以钩扣配合方式匹配地嵌合在一起。

Description

互锁限动 塑料管接合装置
本发明一般地涉及用于载送液体、饮用水、污水、电力线路、电话和通信线路的那种类型的塑料管系，而更为具体地说，涉及组装在一起以构成在操作条件下不会分离的互锁限动塑料管接合装置。
由聚烯烃类和其他塑料制成的塑料管系目前广泛地用于多种应用场合。随着诸如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯这样的各种塑料管料的问世，就出现了把多节管子连接在一起以构成一条管柱的需要。这种管柱的直径范围一般从半英寸左右到超过5英尺，并且长度可以延伸几百英尺。
为塑料管柱构成管接合早先一直是存在问题的，尤其是在难于使用设备和人力的地方。比如，聚乙烯管子通常用以更换和修理城市下水道和排污管线，此时多节管子用对接式焊接方法互连起来。有待接合的管节各端予以熔化并在其软化状态下彼此连接起来。通常，各管段是20英尺长并使用昂贵的、难以操作的对接式焊接设备，这种设备要求在工地上有熟练人员，予以互连，使得这种方法费力而不费钱。
过去一直使用的其他各类端接头均采用外部卡箍、套筒或其他辅助附件。这些装置不太有利，因为它们需要额外的零部件，并且因为这些装置的突出的卡箍部分总是会形成一种危险，即被偶然碰撞和损坏，或者导致接头被卡住在环绕的导管之内。比如，在诸如下水管道这样的地下管道的滑动接管中，外部卡箍装置会阻止管子通过一较大的导管拉出或推出以从事修理。
先前技术系统中的其他一些问题包括连接起来的各管段会在使用时拉断，因而损害管线和环境；以及难以寻找断处以便修理。塑料管系不具有互锁端部会在弯过尖角时以及处在诸如地震中有拉伸力作用在管子上的状况下出现问题。
除了使用外部管托和卡箍装置之外，某些先前技术系统要求连接的承口和插头部分具有最小的长度，以便在接合之内形成某种游动而不失去密封。这种解决办法有时导致浪费几段额外管材并不太能令人满意地确保接合密封不会受到破坏。
本发明的一项目的是提供一种互锁限动塑料管接合装置，特征体现在一对母和公整体式端接头，能够钩扣配合在一起以形成相邻两节管子的牢固的锁定式端部连接而构成一个管子接头。本发明的钩扣接头是一种接合两个不同部件的非常简单、经济和快速的途径。这只需要一个部件的一突起部分在接合作业期间约略地变形以便扣合在一匹配部件的一凹槽里面。
本发明的另一目的是提供一种互锁限动塑料管接合装置，会减小所需的承口长度，从而使所需的管材量最少。
本发明的另一目的是提供一种互锁限动塑料管接合装置，将避免在接头组装期间过度插进。
本发明的另一目的是提供这样一种牢固的端部连接，借助于所用塑料管的可变性特性，通过把公接头沿轴向以钩扣配合方式插进母接头而予以构成。
本发明的另一目的是，在接合作业之后，接头应当返回到无应力状态。
本发明的另一目的是提供这样一种用于一塑料管接头的牢固的互锁式端部连接，不依赖于使用外部卡箍、套筒、管托或其他辅助附件。
本发明的另一目的是提供这样一种用于一塑料管系的牢固的端部连接，能可靠地防止连接起来的各端部在使用中拉断，从而防止对管线和环境的损害。
本发明的互锁限动塑料管接合装置包括：
一对用于相邻两节管子的母和公整体式端接头，适配得可以钩扣配装在一起以形成相邻两节管子的互锁式端部连接而构成一个管子接头；以及
一密封垫圈，位于设置在母端和公端接头之一上的环形槽沟里面，所述密封垫圈具有一端面表面，为所述管子接头提供了一主要密封表面；
所述母端接头具有一孔口和至少一个在其孔口之内沿径向延伸的突起或凹槽，所述公端接头具有至少一个制成在其外部表面上的沿径向延伸的凹槽或凸起，此凹槽或凸起适于以钩扣配合方式适配地嵌合母件孔口之中沿径向延伸的突起或凹槽，以在所述密封垫圈的一侧形成至少一个钩扣配合连接，由于塑料管的可变形性，所述接头通过把公接头沿轴向以钩扣配合方式插进母接头而得以构成；
用于所述密封垫圈的环形槽沟形成在所述母端接头的孔口中，且由形成在所述公端接头的外部表面上的沿径向延伸的凸起或凹槽以及形成在所述母端接头的孔口中的沿径向延伸的凹槽或突起构成的至少一第二钩扣配合连接设置在所述密封垫圈的另一侧，使得在配接两节管子时各钩扣配合连接横跨所述密封垫圈。
可取的是，在密封式应用情况下，母端接头还具有一接近其孔口的环形槽沟，用于容纳一个一般具有一个密封面的密封垫圈。密封垫圈的密封面提供了管接头的主要密封表面。在钩扣配合位于垫圈的最接近承口即母端接头的孔口一侧的情况下，突起将被设置在插头即公端接头的外部表面上，而凹槽将设置在承口即母端接头的孔口之内。如果钩扣配合位于垫圈的远离承口即母端接头的孔口一侧，突起将设置在承口即母端接头的孔口之内，而凹槽将设置在插头即公端接头的外部表面上，以避免干涉。此外，如果需要，许多匹配凹槽或突起可以配置在母端接头孔口之内，它们接合配置在公端接头外部表面上的各匹配突起和凹槽。
每一配置在母端接头孔口之内的凹槽或突起可以制成为一沿周向延伸的、一般具有一致直径的径向槽沟或肋板。制成在公端接头外部表面上的突起或凹槽可以是一沿周向延伸的径向肋板或槽沟。公和母端接头的肋板和槽沟可以钩扣配合在一起以扩张母端接头和压缩公端接头，直到获得肋板和槽沟的匹配关系为止。沿周向延伸的径向槽沟或肋板可以围绕母端接头的内部周边延伸360°，或者可以断开成为一或几个分段，各自围绕母端接头内部周边的一部分延伸。配置在公端接头上的沿周向延伸的肋板或槽沟可以同样地围绕管子外部表面的周边延伸360°，或者可以断开成为一个或几个肋板分段。
在公件沿轴向插进期间，母件的可变形性可取地由于公和母端接头的沿径向延伸的各凹槽和各突起上的相互配合的接触表面的存在而得以促进，它们有助于所述表面之一在插进期间跨座在另一个上面。可取的是，配置在公接头外表面上面的沿周向延伸的径向肋板作成楔形而带有一前方倾斜部分和后部台肩部分。公肋板的后部台肩部分与母端接头中沿周向延伸的径向槽沟之间的接触形成一种互锁钩扣配合以阻抗轴向力和阻止接头两端的分离。
其他的一些目的、特点和优点将在以下书面说明中显而易见。
图1是本发明塑料管互锁装置的一轴向截面视图，表明接合之前的公和母整体端部接头；
图2是类似于图1的轴向截面视图，表明管子的已接合的两端；
图2a是管子已接合两端的一部分的放大视图，表明两端的钩扣配合；
图3是图1管子互锁装置母连接端的端视图，表明此端之中的一360°周向凹槽；
图4是本发明管接头公连接端的端视图，表明围绕此连接端外部周边间隔开来180°的两块沿径向延伸的肋板；
图5是本发明公连接端另一实施例，表明围绕此公连接端周向外部间隔开来120°的三块沿径向延伸的肋板；
图6是本发明管接头母连接端的局部放大侧向截面视图，表明靠近此端孔口设置的单独一条周向凹槽；以及
图7是本发明母连接端孔口另一实施例的视图，类似于图6，表明在孔口上设置的一对周向凹槽。
图1表明本发明的一种塑料管互锁装置，整体标示为11。管子装置11包括一整体母端接头或者承口13，以及一公端接头或插头15，用于相邻的两节管子，两接头适配得钩扣在一起以形成相邻两节管子的一种互锁端部连接而构成一管子接头。
塑料管最好是聚乙烯的，但是也可以采用其他聚烯烃和塑料管材料，诸如聚丙烯和聚丁烯，具有同样的半刚硬特性、沿着基本长度略微弯曲的能力并具有略微扩张收缩能力。这些管子，直径范围可以从半英寸到5英尺或以上，并可以配以相当大的壁厚以抵挡内外压力和抗扼磨蚀。
整体式母和公端接头最好是在制造管子本身时，比如在模制过程中，或者通过机加工，制成在内和外表面上。每一端接头具有一或多个肋板和槽沟，在母和公端接头钩扣在一起时彼此互锁，这一点将在以下的书面说明中更为完整地予以说明。
如图1所示，母端接头13具有一环形槽沟17，靠近其孔口19，用于容纳一通常的密封垫圈21。环形槽沟17最好是在采用本技术领域中熟练人员所熟悉的技法制造管子期间形成在母端接头13之内。
密封垫圈21可以具有标准结构并可以采取能够与公端接头15形成滑动密封的任何形态。比如，此垫圈可以采取示于美国专利第4834398号之中的管子垫圈，此专利于1989年5月30日颁发给Guzowski，并转让给本发明的受让人。
与标准的“承口”式端接头不同，母端接头13还在其孔口19之内具有至少一条沿径向延伸的凹槽23，在示于图1的实施例中，凹槽23是一条位于垫圈槽沟最接近孔口19一侧上的槽沟。槽沟23具有大体上一致的直径并包含一沿径向延伸的前部台肩25和后部台肩27(图6)。如图7所示，母端接头13还可以具有诸如凹槽29这样的附加凹槽。凹槽29包括一斜坡状的底面和一前部台肩32。
母端接头13也可以配有一钩扣配合连接装置，其中至少一个沿径向延伸的突起24设置在其孔口内表面33a上面。在示于图1和图2的实施例中，突起24位于垫圈槽沟离开孔口19最远的一侧上。突起24以钩扣配合方式嵌进设置在公端接头15外表面33上面的槽沟30。槽沟30具有大体上一致的直径并包括一沿径向延伸的前部台肩25a和后部台肩27a(图2a)。
如图1所示，公端接头15具有至少一个沿径向延伸的突起31和/或制成在其外表面33上面的凹槽30，适配得分别以钩扣配合方式匹配地接合母端接头13孔口19之中沿径向延伸的凹槽23或突起24。由于所用塑料管材料的可变形性，管接头是由公接头沿轴向钩扣配合到母接头里面而构成的。
可取的是，在公接头15沿轴向插进期间，母接头13的可变形性由于公和母端接头沿径向延伸的各凹槽和各突起上的配合接触表面的存在而得到促进，它们有助于所述表面之一在插进期间跨座在另一表面上。因此，设置在接头外表面33上面的沿周向延伸的径向肋板31(图1)作成楔形而带有一前方倾斜部分35，这部分适配得可接合设置在母端接头13之中的径向槽沟的前部台肩25，以形成互锁配合而阻止分离。注意公接头的突起31与外端界限39之间的管子长度(L1)尺寸定得可以在插进期间滑过密封垫圈，使得公件的突起肋板31嵌合在母件的匹配槽沟23里面。公接头的长度L1和母接头的长度L2(图1)可以做得一般地短于先前技术接头所要求的长度，由于所构成的接头的互连特性，并不担心失去密封。图2表明用于本发明塑料管接合装置的组装好的互锁限动接头。
如图3所示，沿周向延伸的径向槽沟23可以围绕母端接头13内部41周边延伸360°。显而易见，沿周向延伸的径向槽沟23还可以断开而成为一或多个分段，每一分段围绕母端接头内部周边的一部分延伸。同样，制成在公端接头15外表面上面的沿径向延伸的匹配肋板31可以围绕公端接头外部周边沿周向延伸360°，如图1所示，或者可以断开而成为两或多个分段。因此，如图4和5所示，公接头可以配置比如一对间隔开来的肋板43、45，按角度间隔开来180°，或者成为三条肋板47、49、51，它们相对于公接头中心线53以120°的角度位置间隔开来。
设置在公和母端接头上的突起肋板31或24可以以任何方便的方式制成，诸如加热管子的某一区域并强使这段管子顶住一工具或模具而造成一个台肩。肋板也可在管子外部上机加工而成，或者甚至是单独一个部件而粘接或用其他方式固定于管子外部或承口内部。
在使用中，本发明的带有整体式端接头的管子可以简单容易地连接起来以构成一稳定和可靠的互锁接头。这在人力和设备可能难于安排或可能不易接近的现场应用场合下是特别有利的。由于塑料管的变形性，通过公接头或插头沿轴向以钩扣配合方式插进母接头或承口形成接头以形成一种不可松脱的工作接头，在向接头施加轴向拉伸力期间贴靠在一起的、由承口和插头接头所形成的各对置径向表面作为用于抵挡拉伸作用力的唯一装置。各管段可以接合成一条管柱而被拉拽或推送到任何所需的最终位置。接合之后，由各肋板和各匹配槽沟构成的互锁配合阻止各接头之间的任何分离趋势。公肋板的楔形和各母槽沟的前部台肩可进一步阻止钩扣配合成的接头的分离并抗扼管子两端已经连接之后在工作中所遇到的作用力。
虽然已经关于成一体地制成在塑料管子上以便彼此一起使用的母和公端接头二者说明了端接头，但是将会理解，在某些情况下，可能具有一种对于某一刚硬钢管或类似管子的连接，在一根管子的终端或始端部分配备匹配的各肋板和各槽沟。
本发明的塑料管互连装置可提供不见于先前技术之中的几项优点。一种钩扣配合式连接保证了牢靠地接合和互锁相邻的两段管子。这样可使比如塑料管在一下水道或其他地下应用场合中可以转动而不会脱开。在有些情况下，外部应力，诸如地震，作用在各管段上，这种连接也很安全。这种肋板和槽沟式互锁连接可使接头容易组装并减小为了保持密封垫圈的整体性所需的承口长度。不存在一种外部管托和卡箍可确保管接头以最小的力和不会卡住地装设在环绕的导管之内。
虽然本发明已经仅仅以其各形式中之一予以说明，但它并不因此受限，而是容易作出多种变更和修改而不背离其原则。

Claims (8)

1.一种互锁限动塑料管接合装置，该装置包括：
一对用于相邻两节管子的母和公整体式端接头(13，15)，适配得可以钩扣配装在一起以形成相邻两节管子的互锁式端部连接而构成一个管子接头；以及
一密封垫圈(21)，位于设置在母端和公端接头(13，15)之一上的环形槽沟(17)里面，所述密封垫圈(21)具有一端面表面，为所述管子接头提供了一主要密封表面；
所述母端接头(13)具有一孔口(19)和至少一个在其孔口(19)之内沿径向延伸的突起(24)或凹槽(23)，所述公端接头(15)具有至少一个制成在其外部表面(33)上的沿径向延伸的凹槽(30)或凸起(31)，此凹槽或凸起适于以钩扣配合方式适配地嵌合母端接头(13)孔口(19)之中沿径向延伸的突起(24)或凹槽(23)，以在所述密封垫圈(21)的一侧形成至少一个第一钩扣配合连接，由于塑料管的可变形性，所述接头通过把公接头(15)沿轴向以钩扣配合方式插进母端接头(13)而得以构成；
其特征在于，用于所述密封垫圈(21)的环形槽沟(17)形成在所述母端接头(13)的孔口(19)中，且由形成在所述公端接头(15)的外部表面(33)上的沿径向延伸的凸起(31)或凹槽(30)以及形成在所述母端接头(13)的孔口(19)中的沿径向延伸的凹槽(23)或突起(24)构成的至少一第二钩扣配合连接设置在所述密封垫圈(21)的另一侧，使得在配接两节管子时各钩扣配合连接横跨所述密封垫圈(21)。
2.按照权利要求1所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，塑料是选自由聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯组成的族中的一种材料。
3.按照权利要求1所述的互锁限动塑料管接合装置，其中在公端接头(15)沿轴向插进期间母端接头(13)的可变形性由于公端接头(15)和母端接头(13)的沿径向延伸的各凹槽和各突起上的配合接触表面的存在而得到促进，它们有助于一个端接头的一选定表面在插装期间跨座在另一端接头的一选定表面上。
4.按照权利要求1所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，母端接头(13)制成为一承口和公端接头(15)制成为一插头，且位于密封垫圈(21)的靠近母端接头(13)承口的孔口(19)一侧的钩扣配合连接具有位于公端接头(15)插头外部表面(33)上的凸起(31)和位于母端接头(13)承口的孔口(19)中的凹槽(23)，而位于密封垫圈(21)的远离母端接头(13)承口的孔口(19)一侧的钩扣配合连接具有位于母端接头(13)承口的孔口(19)内的突起(24)和位于公端接头(15)插头的外部表面(33)上的凹槽(30)以避免干涉。
5.按照权利要求1所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，设置在母端接头孔口之中的沿径向延伸的凹槽(23)或突起(24)是一具有大体上一致的直径的、沿周向延伸的径向槽沟(23)或肋板(24)，而且其中设置在公接头(15)外部表面(33)上的沿径向延伸的突起(31)或凹槽(30)是一沿周向延伸的径向肋板(31)或槽沟(30)，所述母和公端接头(13，15)适配得在应力作用下沿轴向钩扣配合在一起以扩张所述母端接头(13)和压缩所述公端接头(15)，直至获得所述各接头(13，15)的各肋板(24，31)和各槽沟(23，30)的一种匹配关系为止，在此之后，接头被允许返回无应力状态。
6.按照权利要求5所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，沿周向延伸的径向槽沟(23)或肋板(24)围绕母端接头(13)的内部周边延伸360度。
7.按照权利要求5所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，沿周向延伸的径向槽沟(23)或肋板(24)断开成为一或多个分段(43，45，47，49，51)，各自围绕母端接头(13)内部周边的一部分延伸。
8.按照权利要求5所述的互锁限动塑料管接合装置，其特征在于，所述设置在所述公端接头(15)外部表面(33)上或所述母端接头(13)内部表面(33a)上的沿周向延伸的径向肋板(24，31)或槽沟(30，23)是做成楔形的，带有一前方倾斜部分(35)和一后部台肩部分，而且其中肋板的后部台肩部分与沿周边延伸的径向槽沟之间的接触形成一互锁配合以阻止分离。
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