一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头的制作方法

本发明涉及一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头，特别是涉及挠性接管的扣压接头结构。属于管道连接件技术领域，主要用于各类油、水等工作介质的管路系统。

背景技术：

目前，在石油、化工、液压机械、船舶等工业领域中，大量使用以油、水等作为工作介质的管路系统，管路在设备运转、热胀冷缩、振动冲击等因素的作用下，会产生相应的力、振动、噪声和位移。因此在管路系统中大量采用橡胶软管，起到减振降噪、耐疲劳抗冲击、位移补偿和传递介质的作用。在管路通径较大dn40以上时，一般采用法兰接头的形式连接金属管路和橡胶挠性接管，为了保证管路系统的安全可靠性，橡胶挠性接管的法兰接头结构和总成形式起着重要作用。

在传统技术中，橡胶挠性接管法兰接头常采用扣压式(见图1)、翻边活法兰式(见图2)、固定法兰式(见图3)等结构，几种结构各具优势但都有不足，针对以上不足又有了专利号为2016108514873，发明名称为“一种轴向扣压接头”(见图4)的专利，较好的解决了传统接头连接强度低、抗拔脱性差，没有自锁功能、不能节省轴向空间尺寸的技术问题。

但是随着设备制造技术和管路设计技术的发展，管路输送效率要求进一步提高，提出了在保证管体挠性的基础上，压力等级提高、耐疲劳抗冲击、抗拔脱等更高要求，使得这项发明专利轴向扣压接头结构已表现出不足，具体如下：

1.压力等级提高要求管体骨架层数增加，骨架层的拔脱力亦相应增大，轴向扣压接头由于结构尺寸所限，扣压长度和扣压深度有限，抗拔脱能力已不足；

2.压力等级提高，导致从挠性管体到刚性接头的刚度差进一步加大，接头根部应力集中现象严重，在较大压力的疲劳和冲击情况下，骨架层容易早期疲劳破坏，耐疲劳抗冲击能力不足；

3.自锁结构(见图5)通过环向n个螺栓与法兰连接来保证锁紧力，安装时要求每个螺栓的锁紧力保证基本一致，在压力等级提高的情况下，很难保证每个螺栓的锁紧力均衡一致，使用过程中局部容易出现早期异常变形损坏现象。

所以亟需一种接头，来解决传统接头和专利号2016108514873的轴向扣压接头不能满足在新的技术发展要求下提出的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头，来解决目前一般接头连接强度低、抗拔脱性差、应力集中现象严重、耐疲劳抗冲击性不足、自锁功能不完善的技术问题。

本发明采用以下的技术方案：

一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头，包括扣压接头、活套法兰，挠性管体；所述扣压接头包括外压环、内压环；所述活套法兰为法兰盘结构，所述挠性管体由内向外依次包括内胶层、骨架层、外胶层，所述扣压接头位于所述挠性管体的端头，所述外压环、内压环为环形套筒结构，所述外压环外套在所述挠性管体端部的内胶层外，所述外压环内圈端部设置的环形凹陷与所述的内胶层端部外设置的环形凸台嵌合，构成扣压接头与管内输送介质的密封结构；

所述骨架层(3)与所述外胶层(4)之间至少设置二层耐疲劳缓冲层(31)；所述内压环(6)套在外层的所述耐疲劳缓冲层(31)外；

所述外压环(5)沿其外圈向后翻折，使其截面呈燕尾槽型，翻出部分是圆锥筒形压环(52)；

所述内压环(6)前端沿其端面向外翻折使其截面呈倒立的l型，所述内压环(6)外翻的部分是环形盘(61)，所述环形盘(61)的形状与燕尾槽(53)形状相配合，所述骨架层(3)前端向外向后翻折反包住所述环形盘(61)前端面及外圈侧壁，所述环形盘(61)嵌入所述外压环(5)的燕尾槽内呈倒钩形被包裹，所述环形盘(61)与所述外压环(5)燕尾槽的配合面加持所述骨架层(3)，所述圆锥筒形压环(52)外套所述环形盘(61)并夹持所述骨架层(3)前端，使所述骨架层(3)呈倒钩式被夹合；所述耐疲劳缓冲层(31)其一端抵住所述骨架层(3)翻折的折弯部被所述内压环压紧，其另一端延伸到所述外胶层(4)里部一段长度，内层的所述耐疲劳缓冲层(31)的长度长于外层的所述耐疲劳缓冲层(31)长度呈阶梯分布；

所述挠性管体(10)的内胶层(2)、骨架层(3)、耐疲劳缓冲层(31)、外胶层(4)、外压环(5)、内压环(6)经硫化一体成型；

所述活套法兰(1)套接在所述筒形外套(62)上并与所述环形盘(61)的后端面相抵，所述活套法兰(1)设有容置所述的圆锥筒形压环(52)的环形凹槽(11)，所述环形凹槽槽壁与所述圆锥筒形压环(52)之间留有间隙(12)。。

所述燕尾槽的倒钩结构是经扣压变形成型的。

所述外压环(5)、内压环(6)的接触面设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙(7)咬合压紧所述骨架层(3)。

所述挠性管体内胶层(2)、外胶层(4)为橡胶材质，所述骨架层(3)采用浸胶芳纶帘线制作或柔性钢丝材料制作，所述耐疲劳缓冲层(31)采用浸胶芳纶帘线制作或柔性钢丝材料制作，所述挠性管体(10)经硫化一体成型；所述外压环(5)、内压环(6)接触面涂胶。

所述内压环(6)的外翻转折角为圆弧过渡，所述的外压环(5)对应该圆弧设置弧线过渡。

所述外压环、骨架层端部倒钩翻转270°。

所述耐疲劳缓冲层采取30°～45°缠绕角度与所述骨架层反向铺设，内层所述耐疲劳缓冲层(31)的长度超出外层所述耐疲劳缓冲层(31)的长度尺寸为不低于5mm，外层所述耐疲劳缓冲层(31)长度超出所述筒形外套(62)的长度尺寸为不低于5mm。

所述外压环(5)、内压环(6)、活套法兰(1)是金属材料制成。

9、根据权利要求1所述的一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头，其特征在于：所述内压环(6)套在所述耐疲劳缓冲层(31)外的部分是筒形外套(62)，所述筒形外套(62)后端与所述外胶层(4)的接触面成斜面相抵，所述外胶层(4)的接触面位于该斜面之上与所述筒形外套(62)的接触面构成与管体外部的密封结构。

所述外压环、骨架层和内压环，在轴向采取压紧定位，在环向方向采取将所述外压环后端扣压变形抱紧骨架层和内压环。

本发明的优点如下：

1.本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构采用骨架层翻起270°的反包结构，通过外压环和内压环的轴向+径向扣压结构形式，将骨架层压紧锁牢在接头结构中，在较小尺寸空间内增加了有效的扣压长度，同时增加了转向包覆结构，双向扣压定型后再采用高温硫化将骨架层和内、外压环粘合固化成一体使该接头与管体更加牢固结合，其结构形式明显优于一般的单向接头扣压结构形式，大大提高了接头的抗拔脱能力自锁能力，能够满足应耐压强度提高而使用更多骨架层数对抗拔脱力需求，即保证了接头强度、抗拔脱性和可靠性，又节省了轴向空间尺寸。

2.本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构通过自身结构形式实现了骨架材料的锁紧功能，采用环形液压设备通过辅助工装模具将外压环、骨架层和内压环在轴向压紧定位，然后在环向方向将外压环后端扣压变形抱紧骨架层和内压环，从而实现锁紧功能。该双向扣压方式使用了常规液压设备和工装模具定型，具有精度高、稳定性好、效率高等优势。

3.本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构在内压环底部设计了耐疲劳缓冲层，耐疲劳缓冲层后端按照层数依次伸出内压环后端，使来自柔性管体的变形冲击力逐阶得到缓解，耐疲劳缓冲层采取30°～45°的缠绕角度与骨架层反向铺设，进一步分解了冲击应力对骨架层疲劳损伤，故与一般接头结构相比，耐疲劳、减振、抗冲性能更优。

4.本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头的挠性接管密封面为金属接头刚性密封，不易老化、可实现多次安装拆卸、安装精度要求低、可靠性高，选用适当的密封件可以有效保证连接密封性；相比传统翻边活法兰式接头结构的密封面，其采用橡胶翻边结构的密封面，易蠕变、易老化、多次安装使用易造成橡胶面破坏、安装精度要求高，从而易导致密封失效。

5.本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构简单，重量轻，扣压过程可实现自动化，精度高，制造方便，配合活套法兰旋转自如可以在小空间实现灵活安装。

6.采用耐疲劳抗冲击抗拔脱的扣压接头结构及其硫化一体化成型技术可以达到挠性接管通径dn40～dn100范围内压力等级可以达到6mpa，在承受30～25mpa爆破压力接头无损坏，通径dn125～dn300范围内压力等级可以达到4.5mpa，在承受20～15mpa爆破压力接头无损坏；1.33倍工作压力下脉冲疲劳达到40万次接头无损坏。

附图说明：

图1为传统技术的扣压式结构示意图；

图2为传统技术的法兰式接头结构示意图；

图3为传统技术的固定法兰式接头结构示意图；

图4为现有技术的一种轴向扣压接头结构的示意图；

图5为图4一种轴向扣压接头与管路对接结构的示意图；

图6为本发明结构示意图；

图7为本发明外压环结构示意图；

图8为本发明内压环结构示意图；

图9为本发明活套法兰结构示意图；

图10为本发明耐疲劳缓冲层布置示意图。

附图编号说明：活套法兰(1)，内胶层(2)，环形凹槽(11)，间隙(12)，骨架层(3)，耐疲劳缓冲层(31)，外胶层(4)，外压环(5)，圆锥筒形压环(52)，燕尾槽(53)，内压环(6)，齿牙(7)，环形盘(61)，筒形外套(62)，挠性管体(10)，环形凹陷(51)，环形凸台(21)

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

实施例1

参见图6-10所示，一种耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头，包括扣压接头、活套法兰，挠性管体；所述扣压接头包括外压环、内压环；所述活套法兰为法兰盘结构，所述挠性管体由内向外依次包括内胶层、骨架层、外胶层，所述扣压接头位于所述挠性管体的端头，所述外压环、内压环为环形套筒结构，所述外压环外套在所述挠性管体端部的内胶层外，所述外压环内圈端部设置的环形凹陷与所述的内胶层端部外设置的环形凸台嵌合，构成扣压接头与管内输送介质的密封结构；

所述骨架层(3)与所述外胶层(4)之间至少设置二层耐疲劳缓冲层(31)；所述内压环(6)套在外层的所述耐疲劳缓冲层(31)外；

所述外压环(5)沿其外圈向后翻折，使其截面呈燕尾槽型，翻出部分是圆锥筒形压环(52)；

所述内压环(6)前端沿其端面向外翻折使其截面呈倒立的l型，所述内压环(6)外翻的部分是环形盘(61)，所述环形盘(61)的形状与燕尾槽(53)形状相配合，所述骨架层(3)前端向外向后翻折反包住所述环形盘(61)前端面及外圈侧壁，所述环形盘(61)嵌入所述外压环(5)的燕尾槽内呈倒钩形被包裹，所述环形盘(61)与所述外压环(5)燕尾槽的配合面加持所述骨架层(3)，所述圆锥筒形压环(52)外套所述环形盘(61)并夹持所述骨架层(3)前端，使所述骨架层(3)呈倒钩式被夹合；所述耐疲劳缓冲层(31)其一端抵住所述骨架层(3)翻折的折弯部被所述内压环压紧，其另一端延伸到所述外胶层(4)里部一段长度，内层的所述耐疲劳缓冲层(31)的长度长于外层的所述耐疲劳缓冲层(31)长度呈阶梯分布；

所述挠性管体(10)的内胶层(2)、骨架层(3)、耐疲劳缓冲层(31)、外胶层(4)、外压环(5)、内压环(6)经硫化一体成型；

所述活套法兰(1)套接在所述筒形外套(62)上并与所述环形盘(61)的后端面相抵，所述活套法兰(1)设有容置所述的圆锥筒形压环(52)的环形凹槽(11)，所述环形凹槽槽壁与所述圆锥筒形压环(52)之间留有间隙(12)。。

所述燕尾槽的倒钩结构是经扣压变形成型的。

所述外压环(5)、内压环(6)的接触面设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙(7)咬合压紧所述骨架层(3)。

所述挠性管体内胶层(2)、外胶层(4)为橡胶材质，所述骨架层(3)采用浸胶芳纶帘线制作或柔性钢丝材料制作，所述耐疲劳缓冲层(31)采用浸胶芳纶帘线制作或柔性钢丝材料制作，所述挠性管体(10)经硫化一体成型；所述外压环(5)、内压环(6)接触面涂胶。

所述内压环(6)的外翻转折角为圆弧过渡，所述的外压环(5)对应该圆弧设置弧线过渡。

所述外压环、骨架层端部倒钩翻转270°。

所述耐疲劳缓冲层采取30°～45°缠绕角度与所述骨架层反向铺设，内层所述耐疲劳缓冲层(31)的长度超出外层所述耐疲劳缓冲层(31)的长度尺寸为不低于5mm，外层所述耐疲劳缓冲层(31)长度超出所述筒形外套(62)的长度尺寸为不低于5mm。

所述外压环(5)、内压环(6)、活套法兰(1)是金属材料制成。

所述内压环(6)套在所述耐疲劳缓冲层(31)外的部分是筒形外套(62)，所述筒形外套(62)后端与所述外胶层(4)的接触面成斜面相抵，所述外胶层(4)的接触面位于该斜面之上与所述筒形外套(62)的接触面构成与管体外部的密封结构。

所述外压环、骨架层和内压环，在轴向采取压紧定位，在环向方向采取将所述外压环后端扣压变形抱紧骨架层和内压环。

本发明抗拔脱锁紧原理、耐疲劳抗冲击原理与使用方法：

现有的一般扣压接头采用将柔性骨架层夹持在类似于金属内压环和外压环的结构形式，通过压紧骨架层来获得抗拔脱力，抗拔脱力的大小与扣压深度和扣压长度成正比，当使用空间一定时，为了挠性接管的使用效果更好，刚性段的扣压长度就要受到限制，而扣压深度达到一定时骨架材料会受到过大的剪切力而破坏，这样抗拔脱力就达到极限。另外压力等级要求较高时，要求设计更多层数的骨架层来保证强度，由于骨架层为柔性材料，与金属内压环和外压环接触的外层骨架材料已扣压到位时，内层还处于未完全压紧状态，抗拔脱能力也因此大打折扣。

本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头采用新型的双向扣压结构设计，将骨架层帘线翻起270°反向包覆在内压环上，在较小的空间了增加了有效的扣压长度，包覆结构使骨架层大大增加了抗拔脱的摩擦力，这样使多层骨架层结构的内部也具有较好的抗拔脱性能，另外在内压环和外压环设置有相互咬合的波浪形或倒锯齿状的齿牙也加强了抗拔脱性能。安装前所述外压环5的翻折部分为环形套筒状，该筒壁略向内倾斜成锥形内收，参见图7，便于安装所述内压环，且该翻折部分的环形套筒高度设置成大于所述环形盘(61)的厚度且该筒壁末端渐薄便于扣压成型，所述外压环、内压环安装完成后，在接头扣压成型过程中，采用常规环形液压设备通过辅助工装模具将外压环、骨架层和内压环在轴向压紧定位，然后在环向方向将外压环后端扣压变形制成燕尾槽型倒钩抱紧骨架层和内压环见图6，从而实现锁紧功能，双向扣压定型后再采用高温硫化将骨架层和内、外压环粘合固化成一体使该接头与管体更加牢固结合。其结构形式说明该双向扣压方式具有安装空间尺寸小、结构简单重量轻、抗拔脱能力强、可实现设备自动扣压成型、精度高、稳定性好等特点。

本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构中在内压环底部设计了耐疲劳抗冲击的柔性耐疲劳缓冲层，耐疲劳缓冲层下部与内压环及外胶层硫化粘合在一起，上部与骨架层硫化粘合在一起，耐疲劳缓冲层后端按照层数以一定的长度依次伸出内压环后端，形成从刚性接头到柔性管体的递减刚度阶梯，使来自柔性管体的变形冲击力逐阶得到缓解，耐疲劳缓冲层采取30°～45°的缠绕角度与骨架层反向铺设，进一步分解了冲击应力对骨架层疲劳损伤，故与一般接头结构相比，耐疲劳、减振、抗冲性能更优。

本发明耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头通过螺栓与对接管路的法兰连接，以小的法兰接头尺寸获得良好的接头强度、抗拔脱性、密封性和可靠性，且接头结构简单、重量轻、安装方便；可通过材料设计、接口尺寸设计和管体结构设计使挠性接管适用于不同的接口形式、公称通径、工作介质等多种工况。

采用耐疲劳抗冲击抗拔脱的扣压接头结构及其硫化一体化成型技术可以达到挠性接管通径dn40～dn100范围内压力等级可以达到6mpa在承受30～25mpa爆破压力接头无损坏，通径dn125～dn300范围内压力等级可以达到4.5mpa在承受20～15mpa爆破压力接头无损坏；1.33倍工作压力下脉冲疲劳达到40万次接头无损坏，有效保证设备和管路系统的安全可靠性。

应用例1

按照耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构及其一体化成型技术设计方案试制挠性接管，分析验证接头可靠性。

挠性接管通径dn300，工作压力4.5mpa，安全系数设计为3倍额定工作压力，工作介质水，接口尺寸按照gb2501标准设计。

管体骨架层和刚度缓冲层采用芳纶帘线，规格为1670dtex/1×3，其断裂伸长率约4％，扯断强力约750n，拉伸模量780cn/dtex，弹性模量120gpa，骨架层设计为6层，帘线缠绕角度为54°，耐疲劳缓冲层设计为2层，缠绕角度为45°。

按照上述要求设计挠性接管接头见图6。

按照接口尺寸设计法兰接头零件，骨架材料和耐疲劳缓冲层材料采用浸胶芳纶帘线，接头内、外压环贴合面采用传统的黏合剂处理，按照工艺设计完成管体包覆工序后，在设计位置贴敷耐疲劳缓冲层，安装金属接头零件，将骨架材料层翻起涂刷胶粘剂，反包在内压环上，采用环形液压设备通过辅助工装模具将外压环、骨架层和内压环在轴向压紧定位，然后在环向方向将外压环后端扣压变形到抱紧骨架层和内压环，包覆管体外胶层后将挠性接管整体硫化成型以供试验验证。

对挠性接管试制样件进行性能测试：

1)对挠性接管内部注水充压至额定工作压力，保压15min，管体无异常，接头状态良好；

2)对挠性接管充压至2倍额定工作压力，保压30min，管体无异常，接头状态良好；

3)对挠性接管持续充压，至16.8mpa管体爆破，爆破后接头仍保持完好，通过计算拔脱力f＝p爆破×π×r²得出抗拔脱能力大于118t。

4)对挠性接管以周期30～60次/min，0～1.33倍额定工作压力进行压力脉冲试验，40万次脉冲试验后管体无异常，接头状态良好；

5)对挠性接管内部注水充压至额定工作压力，一端固定，另一端以28mm的轴向位移、20mm的轴向位移进行拉伸、压缩，各进行20次极限位移补偿试验后管体无异常，接头状态良好；

6)在额定工作压力下，进行14mm的轴向拉伸、压缩，各进行1500次接头状态良好。

7)在额定工作压力下，进行10mm的径向剪切1500次，接头状态良好。

8)在额定工作压力下，按照gjb150.18a-2009方法进行冲击试验，接头状态良好。

通过试验测试对耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头结构可靠性进行验证，该接头结构在受到轴向拉伸和压缩、径向剪切，以及各方向冲击位移、内部压力脉冲等各种工况下，均能保证良好的耐疲劳抗冲击抗拔脱性能，具有极高的安全可靠性，完全满足常规挠性接管接头的安装使用要求。

综上所述，本发明所述耐疲劳抗冲击抗拔脱的双向扣压接头具有结构合理、制造工艺简单、耐疲劳抗冲击性能优、抗拔脱能力强等优点，具有极高的安全可靠性，且其重量轻，尺寸小，具有活法兰结构，可满足小空间的挠性接管安装需求，且不影响挠性接管所具有的减振、降噪、抗冲击、位移补偿等性能要求，适用于各领域挠性接管的接头设计和加工制造。