CN116972243A - 金属导管无扩口直接快速连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了金属导管无扩口直接快速连接方法，属于金属导管连接技术，以解决现有导管连接方法存在连接强度不足、对导管尺寸精度要求过高、依赖于专用复杂设备、对操作水平要求高的问题，实施该方法的组件包括连接头本体、密封圈、外套螺母、弹性元件、楔形块；连接头本体中心为通孔，两端连接段凹槽处安装有密封圈，楔形块沿连接段环向均匀布置，弹性元件两端连接楔形块大端端面和连接头本体中间部位盘状特征侧面，外套螺母套装在楔形块外周，锥形孔与楔形块外侧锥面接触配合，外套螺母的内螺纹段与盘状特征上的外螺纹段螺纹连接，楔形块内侧弧面与连接段之间形成环形空隙用于插装导管。本发明用于导管高效、稳定、可靠连接。
Description
技术领域
本发明属于金属导管连接技术领域，具体涉及一种金属导管无扩口直接快速连接方法。
背景技术
新一代飞机对机动性和操作性提出了更高要求，而被称为飞机“血液系统”和“神经系统”的管路的可靠性、稳定性是为高机动性飞机保驾护航的关键所在。复杂的管路系统中存在各式各样、数量众多的导管。导管之间需要连接，包括不同管径的导管之间的连接、导管与阀门部件之间的连接、导管与箱体容器之间的连接等。这些导管中通常还需要传输具有一定压力的液体或气体。导管连接强度和密封性至关重要，是衡量导管连接质量的重要指标。因此，需要采用高效、稳定、可靠的连接技术，以避免导管之间沿轴向脱离以及连接处存在“跑冒滴漏”问题。
目前，飞机导管采用的连接方式有焊接式、压接式、卡套式和扩口式。焊接式是将接头与导管间采用氩弧焊、钎焊等方法焊接起来，然后通过接头连接不同的导管。该方式易于实施，但接头与导管间连接可靠性难以保证，且存在疲劳寿命低的问题。压接式是将导管插入接头一端，接头内壁存在若干环向凹槽，然后在接头和导管重叠段施加径向压力挤压接头和导管，导管凸起环形压条痕压入接头内壁的凹槽，从而实现接头与导管机械连接和刚性密封，最后再通过接头连接不同的导管。施加径向压力的方式可以是压钳等工具从接头外侧施加(参考文献：专利CN 109973727 A一种压力管道连接结构)，也可采用流体压力介质或者弹性介质从导管内向外将导管挤入接头的凹槽(参考文献：1、航空工业标准HB-Z228-1993挤压式无扩口导管连接工艺指南；2、期刊论文Relationship Among JoinedTubular Material Properties,Joining Behavior and Performance by ElastomericSwaging https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.107561)。该方法提高了接头与导管间连接的疲劳寿命，但连接强度不高。当导管端部有较大轴向载荷时，导管可能会发生塑性变形而与接头分离，特别是对于径厚比较大的导管。另外，压接式需要专用的设备，准备工序繁琐、不便于现场施工。卡套式是将导管插入接头一端，导管与接头内锥面之间放入环形卡套，外套螺母拧紧到接头上时迫使卡套进入接头内锥面与导管之间，进一步迫使卡套环向收缩而箍紧导管，同时卡套与接头内锥面之间形成密封。该方式不足之处在于对导管外径尺寸要求很高，对卡套的尺寸及力学性能要求也较高；另外，对安装操作规范要求高，安装不当易于造成泄露或者在服役过程中导管脱落。扩口式是利用专用工具对导管端部进行塑性加工，使导管端部形成所需要的喇叭口状或者局部凸起结构，然后用外套螺母将扩口后的导管与接头连接，进而实现不同导管间连接。该方式连接强度较高，但密封性不高。扩口时还需要专用的设备，不便于现场开展作业。此外，对于钛合金等塑性较低的导管扩口时容易开裂，因而不宜采用。上述方法难以满足未来飞机高压导管连接需求。
为了解决现有导管连接方法存在连接强度不足、对导管尺寸精度要求过高、依赖于专用复杂设备、对操作水平要求高的问题，需要设计出一种易于操作、连接牢固、无需扩口、直接快速连接的连接方法，实现导管高效、稳定、可靠连接。
发明内容
本发明为了解决现有导管连接方法存在连接强度不足、对导管尺寸精度要求过高、依赖于专用复杂设备、对操作水平要求高的问题，提出了一种金属导管无扩口直接快速连接方法，易于操作、连接牢固、无需扩口、直接快速连接，其核心技术是研发了专用组件。
一种金属导管无扩口直接快速连接方法，所述连接方法包括如下步骤：
步骤一，准备导管无扩口直接连接组件，所述连接组件包括连接头本体2、密封圈3、外套螺母4、楔形块5、弹性元件6。
所述连接头本体2为管状结构，其中心有贯通的孔，其外壁两端有外径小于导管内径的连接段2-1，连接段2-1上均制有1～3个凹槽，连接头本体2外壁中间部位有盘状特征2-3，且盘状特征2-3上制有外螺纹段2-2。
所述连接头本体2两端连接段2-1上的凹槽处安装有密封圈3，实现密封连接。
所述外套螺母4外形为圆柱状，内部有锥形的贯通孔，贯通孔大径端内壁制有内螺纹段4-1，贯通孔另一段为锥形孔4-2，外套螺母4外壁靠近带有锥形孔4-2的一端制有对称分布的小平面4-3，用于施力完成外套螺母4的拆装。
所述楔形块5为外壁呈锥面的块状结构，其内侧具有与导管外径相同曲率半径的圆弧曲面，即楔形块内侧弧面5-1，楔形块内侧弧面5-1沿周向制有若干牙槽5-2，楔形块5外壁的锥面，即楔形块外侧锥面5-3与外套螺母4内的锥形孔4-2倾斜角度相同，二者的倾斜角β为2°～10°。
所述的连接段2-1上均沿环向均匀布置有多个楔形块5；每个楔形块5大端端面均连接有弹性元件6，弹性元件6另一端与盘状特征2-3侧面连接，外套螺母4套装在楔形块5外周，锥形孔4-2与楔形块外侧锥面5-3接触配合，外套螺母4的内螺纹段4-1与盘状特征2-3上的外螺纹段2-2螺纹连接，外套螺母4拧紧后，楔形块5小径端凸出于外套螺母4同侧端面；楔形块内侧弧面5-1与连接段2-1之间形成环形空隙，环形空隙大小通过对楔形块5施加作用力压缩弹性元件6使得楔形块5沿锥形孔4-2滑动来调节，所形成的环形空隙用于插装导管。
如图3所示，楔形块外侧锥面5-3倾斜角β、楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间摩擦系数μ1和楔形块内侧弧面5-1与导管外表面之间摩擦系数μ2满足如下关系：
μ2>μ1+tanβ (1)；
公式(1)中关系μ2>μ1+tanβ的具体计算方法如下：
楔形块5施加到导管外侧的正压力为P，楔形外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间正压力为P′，则
P ＝ P′·cosβ (2)；
楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间摩擦力f1为：
f1 ＝ P′·μ1 (3)；
楔形块内侧弧面5-1与导管外表面之间摩擦力f2为：
f2 ＝ P·μ2 (4)；
保证导管(即图3中A)与楔形块内侧弧面5-1不相互滑动，而楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间可以滑动的条件是：
f2 > f1·cosβ+ P′·sinβ (5)；
联立公式(2)～(5)得到关系式μ2>μ1+tanβ。
步骤二，将密封圈3安装于连接段2-1的凹槽处。
步骤三，楔形块5大端端面连接弹性元件6，并将楔形块5沿连接段2-1环向均匀布置，弹性元件6另一端与盘状特征2-3侧面连接。
步骤四，将外套螺母4套装于楔形块5外周，外套螺母4通过内螺纹段4-1与盘状特征2-3上的外螺纹段2-2螺纹连接，施加作用力于小平面4-3拧紧外套螺母4。
步骤五，按压楔形块5使弹性元件6压缩，楔形块5沿锥形孔4-2滑动，楔形块内侧弧面5-1与连接段2-1间形成环形空隙。
步骤六，将导管插装于连接段2-1，然后释放步骤四中按压楔形块5的作用力，使楔形块5沿径向对导管施加初始正压力。
当满足μ2>μ1+tanβ关系式，导管承受轴向拉力时，楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间会滑动，而导管与楔形块内侧弧面5-1之间无滑动，使楔形块5对导管施加更大正压力产生更大摩擦力，实现“越拉越紧”的有益效果。
步骤七，重复步骤一～步骤五在连接头本体2另一端安装密封圈3、弹性元件6、导管、楔形块5和外套螺母4，实现导管间连接。
进一步的，所述的连接头本体2还可以一端为连接段2-1，另一端为法兰盘，若连接头本体2另一端为法兰盘时不用执行步骤六，适用于导管与非导管零件连接时的情形。
进一步的，所述的连接头本体2为T形结构，其水平段和竖直段制相互贯通的内孔，连接头本体2外壁的3个端部均设有连接段2-1，连接头本体2外壁中部设有呈T形凸起的盘状特征2-3，盘状特征2-3的3个端部均制外螺纹段2-2，形成具有三个通路的连接头。
进一步的，所述的牙槽5-2截面形状为锯齿形、矩形、三角形或梯形。
进一步的，所述的密封圈3为丁晴橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、聚氨酯橡胶或金属密封圈中的一种。
进一步的，所述的弹性元件6为螺旋弹簧或波形弹簧。
进一步的，每个连接段2-1上布置有3～8个楔形块5。
本发明的有益效果：
1、连接组件结构简洁有效，无需对导管进行扩口处理而直接安装，连接效率高，可以适用于钛合金等低塑性导管，不存在开裂问题，应用面广；
2、无需配套专用工具，操作简单易行，便于现场施工；
3、采用密封圈内部密封，同时密封区域导管外侧有楔形块约束径向变形，实现良好密封；
4、设置的楔形块和锥形孔结构能够实现导管“越拉越紧”的效果，连接强度高，避免导管从连接段拉脱的问题；
5、对导管内外径尺寸精度要求不高，可连接两种不同规格的导管，适用性强；
6、连接方式是可拆卸连接，便于维修和更换导管。
附图说明
图1为本发明导管无扩口直接连接组件结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖视图；
图3为外套螺母、楔形块和导管接触关系及受力状态示意图，图中，A代表导管；
图4为连接头本体示意图；
图5为楔形块示意图；
图6为外套螺母示意图；
图7为导管无扩口直接连接组件连接时结构示意图；
图8为本发明实施例3提供的一种三通连接头组件的结构示意图；
图中：2连接头本体；2-1连接段；2-2外螺纹段；2-3盘状特征；3密封圈；4外套螺母；4-1内螺纹段；4-2锥形孔；4-3小平面；5楔形块；5-1楔形块内侧弧面；5-2牙槽；5-3楔形块外侧锥面；6弹性元件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合附图对本发明作详细说明。
实施例1
用于连接外径22mm壁厚2.0mm的不锈钢导管。
步骤一，准备导管无扩口直接连接组件，所述连接组件主要包括1个连接头本体2、6个密封圈3、2个外套螺母4、8个楔形块5、8个弹性元件6，如图1和图2所示；
所述连接头本体2为管状结构，其中心有贯通的孔，贯通孔直径14mm，其外壁两端有外径为17.6mm长20mm的连接段2-1，连接段2-1上均制有3个深度0.5mm的凹槽，连接头本体2外壁中间部位有盘状特征2-3，且盘状特征2-3上制有外螺纹段2-2，如图4所示。
所述连接段2-1上的凹槽处安装有线径0.8mm的密封圈3，实现密封连接。
如图6所示，所述外套螺母4外形为圆柱状，内部有锥形的贯通孔，贯通孔大径端内壁制有内螺纹段4-1，贯通孔另一段为锥形孔4-2，外套螺母4外壁靠近带有锥形孔4-2的一端制有4个对称分布的小平面4-3，用于施力完成外套螺母4的拆装。
如图5所示，所述楔形块5为外壁呈锥面的块状结构，其内侧具有曲率半径为22mm的楔形块内侧弧面5-1，楔形块内侧弧面5-1沿周向制有深度为0.2mm的锯齿形牙槽5-2，楔形块5外壁的锥面，即楔形块外侧锥面5-3与外套螺母4内的锥形孔4-2倾斜角度相同，二者的倾斜角β为5°，楔形块5长度为20mm，楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间摩擦系数μ1和楔形块内侧弧面5-1与导管外表面之间摩擦系数μ2满足μ2>μ1+0.0875。
所述的连接段2-1上均沿环向均匀布置有4个楔形块5；每个楔形块5大端端面均连接有弹性元件6，弹性元件6另一端与盘状特征2-3侧面连接，外套螺母4套装在楔形块5外周，锥形孔4-2与楔形块外侧锥面5-3接触配合，外套螺母4的内螺纹段4-1与盘状特征2-3上的外螺纹段2-2螺纹连接，外套螺母4拧紧后，楔形块5小径端凸出于外套螺母4小径端端面；楔形块内侧弧面5-1与连接段2-1之间形成环形空隙，环形空隙大小通过对楔形块5施加作用力压缩弹性元件6使得楔形块5沿锥形孔4-2滑动来调节，所形成的环形空隙用于插装导管。
连接头本体2的连接段2-1外径17.6mm，连接头本体2中心贯通孔直径14mm，连接段2-1长为20mm，连接段2-1上加工有3个深度0.5mm的凹槽，楔形块5内侧圆弧曲面的曲率半径为22mm，加工有深度为0.2mm的锯齿形牙槽5-2，楔形块外侧锥面5-3倾斜角β为5°，楔形块5长度为20mm，楔形块外侧锥面5-3与锥形孔4-2之间摩擦系数μ1和楔形块内侧弧面5-1与导管外表面之间摩擦系数μ2满足μ2>μ1+0.0875；
步骤二，将3个线径0.8mm的密封圈3安装于连接段2-1的3个凹槽处；
步骤三，4个楔形块5的大端端面分别固定连接螺旋弹簧6，螺旋弹簧6另一端与盘状特征2-3侧面连接，楔形块5沿连接段2-1环向均匀布置；
步骤四，将外套螺母4套装于楔形块5外周，外套螺母4通过内螺纹段4-1与盘状特征2-3上的外螺纹段2-2螺纹连接；
步骤五，同时按压4个楔形块5使弹性元件6压缩，楔形块5沿锥形孔4-2滑动，楔形块内侧弧面5-1与连接段2-1间形成环形空隙；
步骤六，将导管插装于步骤四形成的环形空隙，然后释放步骤四中按压楔形块5的作用力，使楔形块5沿径向对导管施加初始正压力；安装后结构如图7所示。
步骤七，重复步骤一～步骤五，将导管插装于连接头本体2另一端，实现导管间连接。
实施例2
本实施例的特征在于：连接头本体2两端连接段2-1所连接的导管规格不同，一端的连接段2-1所连接的导管与实施例1相同，另一端的连接段2-1所连接的导管外径为20mm壁厚2.0mm，该端的连接段2-1外径比导管内径小0.4mm。其它步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例的特征在于：连接头本体2一端有连接段2-1，另一端为法兰盘，适用于导管与非导管零件连接时的情形。其它步骤与实施例1中步骤一～步骤六相同，步骤七不操作。
实施例4
结合图8说明，本实施例的特征在于：连接头本体2为T形结构，其水平段和竖直段制相互贯通的内孔，连接头本体2外壁的3个端部均设有连接段2-1，连接头本体2外壁中部设有呈T形凸起的盘状特征2-3，盘状特征2-3的3个端部均制外螺纹段2-2，形成具有三个通路的连接头，分别与三个不同规格的导管连接，其中两个导管及连接段2-1尺寸与实施例1相同，另一个导管及连接段2-1尺寸与实施例2相同。其它步骤与实施例1、实施例2相同，重复操作步骤一至步骤七，将导管连接于三个连接段2-1上。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述连接方法包括如下步骤：
步骤一，准备导管无扩口直接连接组件，所述连接组件包括连接头本体(2)、密封圈(3)、外套螺母(4)、楔形块(5)、弹性元件(6)；
所述连接头本体(2)为管状结构，其中心有贯通的孔，其外壁两端有外径小于导管内径的连接段(2-1)，连接段(2-1)上均制有1～3个凹槽，连接头本体(2)外壁中间部位有盘状特征(2-3)，且盘状特征(2-3)上制有外螺纹段(2-2)；
所述连接头本体(2)两端连接段(2-1)上的凹槽处安装有密封圈(3)，实现密封连接；
所述外套螺母(4)外形为圆柱状，内部有锥形的贯通孔，贯通孔大径端内壁制有内螺纹段(4-1)，贯通孔另一段为锥形孔(4-2)；
所述楔形块(5)为外壁呈锥面的块状结构，其内侧具有与导管外径相同曲率半径的圆弧曲面，即楔形块内侧弧面(5-1)，楔形块内侧弧面(5-1)沿周向制有若干牙槽(5-2)，楔形块(5)外壁的锥面，即楔形块外侧锥面(5-3)与外套螺母(4)内的锥形孔(4-2)倾斜角度相同，二者的倾斜角β为2°～10°；
所述的连接段(2-1)上均沿环向均匀布置有多个楔形块(5)；每个楔形块(5)大端端面均连接有弹性元件(6)，弹性元件(6)另一端与盘状特征(2-3)侧面连接，外套螺母(4)套装在楔形块(5)外周，锥形孔(4-2)与楔形块外侧锥面(5-3)接触配合，外套螺母(4)的内螺纹段(4-1)与盘状特征(2-3)上的外螺纹段(2-2)螺纹连接，外套螺母(4)拧紧后，楔形块(5)小径端凸出于外套螺母(4)同侧端面；楔形块内侧弧面(5-1)与连接段(2-1)之间形成环形空隙，环形空隙大小通过对楔形块(5)施加作用力压缩弹性元件(6)使得楔形块(5)沿锥形孔(4-2)滑动来调节，所形成的环形空隙用于插装导管；
步骤二，将密封圈(3)安装于连接段(2-1)的凹槽处；
步骤三，楔形块(5)大端端面连接弹性元件(6)，并将楔形块(5)沿连接段(2-1)环向均匀布置，弹性元件(6)另一端与盘状特征(2-3)侧面连接；
步骤四，将外套螺母(4)套装于楔形块(5)外周，外套螺母(4)通过内螺纹段(4-1)与盘状特征(2-3)上的外螺纹段(2-2)螺纹连接，拧紧外套螺母(4)；
步骤五，按压楔形块(5)使弹性元件(6)压缩，楔形块(5)沿锥形孔(4-2)滑动，楔形块内侧弧面(5-1)与连接段(2-1)间形成环形空隙；
步骤六，将导管插装于连接段(2-1)，然后释放步骤四中按压楔形块(5)的作用力，使楔形块(5)沿径向对导管施加初始正压力；
步骤七，重复步骤一～步骤五在连接头本体(2)另一端安装密封圈(3)、弹性元件(6)、导管、楔形块(5)和外套螺母(4)，实现导管间连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的外套螺母(4)外壁靠近带有锥形孔(4-2)的一端制有对称分布的小平面(4-3)，用于施力完成外套螺母(4)的拆装。
3.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的楔形块外侧锥面(5-3)倾斜角β、楔形块外侧锥面(5-3)与锥形孔(4-2)之间摩擦系数μ1和楔形块内侧弧面(5-1)与导管外表面之间摩擦系数μ2满足如下关系：
μ2>μ1+tanβ。
4.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的连接头本体(2)一端为连接段(2-1)，另一端为法兰盘，用于导管与非导管零件连接。
5.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的连接头本体(2)为T形结构，其水平段和竖直段制相互贯通的内孔，连接头本体(2)外壁的3个端部均设有连接段(2-1)，连接头本体(2)外壁中部设有呈T形凸起的盘状特征(2-3)，盘状特征(2-3)的3个端部均制外螺纹段(2-2)，形成具有三个通路的连接头。
6.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的牙槽(5-2)截面形状为锯齿形、矩形、三角形或梯形。
7.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的密封圈(3)为丁晴橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、聚氨酯橡胶或金属密封圈中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件的弹性元件(6)为螺旋弹簧或波形弹簧。
9.根据权利要求1所述的一种金属导管无扩口直接快速连接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述连接组件中，每个连接段(2-1)上分别布置有3～8个楔形块(5)。
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