浅析钢丝编织胶管的结构设计

姚一杰

(佛山市日丰企业有限公司，广东 佛山 528137)

钢丝编织胶管(编织管)作为柔性连接管，主要用于角阀与龙头、热水器、煤气灶、洗碗机、座便器、净身盆、按摩浴缸及整体淋浴房的连接。编织管一旦出现质量问题，发生破损、脱落、介质泄漏，将造成严重后果，甚至产生安全问题。因此有必要对编织管的结构设计作进一步的研究。

1 编织管的基本结构

编织管的类型很多，其基本组成结构如图1所示。编织管的密封性能、拉伸性能、耐压性能等，主要是由压接后的钢套内孔与芯体牙形大径之间的间隙决定。编织后的胶管在芯体、钢套的共同作用下，产生塑性变形和锁紧力，从而保证介质的安全流通。钢丝是编织管中承受流体压强、保证胶管强度的骨架层［1］，通常按平衡角(54°44')铺设而成［2］。芯体起着连接胶管与螺母，保障压紧量的重要作用，其结构和形状直接决定了编织管的性能。

图1 编辑管结构

图2 常见的芯体牙形结构

编织管发生质量问题的原因很多，有的是胶管的质量问题，有的是金属芯体的结构设计问题，也有的是加工质量问题，也有使用不合理(如安装时胶管弯曲半径过小、有扭折现象)，使用环境条件恶劣等原因。这里主要论述设计方面需注意的事项。

2 编织管芯体结构设计

编织管芯体结构与密封性能的研究工作，早在1972年就开始了［3］，足见人们对芯体设计的重视程度。目前为止，芯体的牙形结构已多种多样，如沟槽形(图2.a)、锯齿形(图2.b)、波浪形(图2.c)、圆弧形(图2.d)等。沟槽形的结构，胶管承受的锁紧力大，并且有防倒滑齿，芯体一般不易脱落，具有很高的强度。锯齿形的结构，相对来说结合力要小一些儿，优点是方便芯体插入胶管内部，装配效率高。波浪形、圆弧形的结构，由于各个齿形都过渡圆滑，没有应力过度集中点，装配时更加省力，但也正因为如此，编织管的结合力相对更低。实际生产时，究竟选用哪种结构形式才能达到密封性能最好、抗拔脱强度最高、脉冲寿命最长的目的，主要根据使用压力和工作条件、胶管的结构、内管的力学性能等进行选择和确定［4］。

图3 芯体结构

尽管芯体的牙形结构各异，但组成要素却基本相同，主要有牙形大径d和牙形底径d1，如图3所示。牙形大径的确定原则是:在保证芯体方便插入胶管的情况下尽量大。牙形大径的取值，一定要慎重。取值过大，会增加装配难度;取值过小，会影响编织管的性能。一般情况下，牙形大径要比钢丝胶管的内孔略大0.2～0.3mm。齿高大小对编织管的性能影响也很大。齿高越大，对胶管的锁紧力就越大，同时对胶管的割破风险也越大;齿高过小，对胶管的锁紧力就会比较低。通常，齿高取0.5mm为宜，即“d1=d-1mm”。

图4 螺母、钢套结构

此外，为了保证编织管的性能，以及组装、使用便捷，设计芯体时还要考虑下面几点:

芯体的内孔大小(d2)。在保证芯体最薄壁厚的情况下(一般黄铜材质的最薄壁厚要求大于0.8mm)，通水孔越大越好。最小不能小于5mm。

芯体倒向角(α)。为了方便芯体插入钢丝胶管，芯体一般都设有倒向角。倒向角越小，芯体插入钢丝胶管时轴向阻力就越小。一般取30°的倒向角，倒向长度3mm左右。

芯体的台阶直径及长度(d3、a)。芯体的台阶是重要的配合尺寸。为了保证编织管能够灵活装拆，芯体的台阶尺寸需要满足下面两个式子:

d3=D1+(0.5～1mm)………①

a=c+(0.3～0.5mm)……………②

芯体的法兰位(d4、b)。法兰直径通常比螺母底径小1mm左右。法兰壁厚根据编织管规格大小而不同，一般常规编织管法兰壁厚b≥1.2mm。

3 压接尺寸的确定

压接尺寸确定的原则是在保证密封、拉伸力的前提下，胶管的压缩量越小越好。决定胶管压缩量的因素很多:胶管壁厚、胶管外径、胶管硬度等。一般情况下，胶管越厚，外径越大，硬度越低，所要求的胶管压缩量就相对越大。

通常胶管在压缩量1/3左右时密封性最好。根据经验，常规编织胶管的压缩量一般在25－45%之间。假设压接尺寸为D±a，芯体牙形大径为d±b，胶管壁厚为t±c，钢套壁厚为t1，不锈钢丝线径为t2，则胶管的最大压缩量(ξmax)、最小压缩量(ξmin)可用公式③、公式④近似计算。实际生产过程中，当测试数据与理论计算相差较大，测试结果不够理想时，可以根据测试数据进行调整。

此外，影响编织管压接尺寸的影响还有很多。比如说装配时，为了操作方便，有时会在芯体上涂一层润滑剂，其实这样会使胶管的密封性能、抗拉伸性能变差。一般涂过润滑剂后，编织管的抗拉伸屈服应力会降100N左右。这主要是润滑剂减小了胶管与金属芯体之间的摩擦，提高了橡胶流动性［5］，从面降低了编织管的力学性能。为了保持同样的力学性能，用涂了润滑剂的芯体做成的编织管，压接尺寸就要略微调小一些儿。胶管表面光滑度，芯体表面的振光状态，对压接尺寸也有影响。如果胶管内表特别光滑，芯体表面振光效果特别好，那么在定压接尺寸时，就要考虑是否要略微低一些儿。

4 总结

在进行编织管结构设计时，要全面分析胶管的性能、现场的装配工艺、产品的使用条件，确定采取哪种牙形结构的芯体，合理设计各个配合零件的尺寸和最后的压接尺寸，以确保编织管的各项性能指标。

［1］罗贤光、李传光，钢丝编织胶管的耐压强度计算式［J］，橡胶工业，1995年(09 期)

［2］朱昆泉、许林发，建材机械工程手册［M］，武汉工业大学出版社，2000:669－712

［3］徐中煊，对“钢丝编织胶管接头”结构与密封性能的分析［J］，工程机械，1984年(第2期)

［4］赵树发、牛继辉、庚勇凯，浅析高压胶管总成设计［J］，中国橡胶，2011年(第20期)

［5］刘大同，浅谈胶管总成密封寿命［J］，同煤科技，2002年(03期)