液压系统仪表管线连接方案研究

摘要：液压系统通过仪表管线传递液压力，仪表管线连接是实现系统工作性能的基础。首先对低压无缝仪表管线的连接、密封进行了研究，并分析了其连接方式和安装特点。随后研究了中高压仪表管线的连接方案，对比分析了高压双卡套和锥角螺纹连接，为实际项目中连接方案的选用提供了参考。

关键词：液压系统;仪表管线;连接;高压双卡套;锥角螺纹

0    引言

在液压传动过程中会出现振动及连接件松动等现象，甚至使管路破裂，液压元件和测量仪表损坏，在高压、大流量的系统中其后果尤为严重[1]。仪表管线连接直接影响系统性能，所以在液压系统中要特别注意仪表管线连接。在低压系统中，通常使用卡套连接，安装简单，密封性好，且抗振动性能较好，仪表管线与阀件一般通过卡套-圆锥管螺纹接头连接。在中高压系统中，常用高压双卡套连接和锥角螺纹连接方案。

1    仪表管线简介

仪表管线是截面形状为圆形的空心管线，常用的外径有1/4英寸、3/8英寸和1/2英寸。仪表管线的技术参数包含外径、内径、壁厚、材质及压力等。液压系统中无缝管线一般是冷拔成型，经退火处理，使管线表面组织结构更一致，同时释放应力，提高塑性，提升耐蚀性能。

2    低压仪表管线连接

卡套式连接按照卡套结构形式可分为单卡套式连接和双卡套式连接。卡套式连接具有密封性能好、安装简便等优点。卡套式连接的密封原理都是通过卡套与接头的锥面形成金属密封。

2.1    仪表管线单卡套连接

卡套经过热处理后外表面硬度较高，旋紧螺母时，在压力的作用下卡套沿接头体内锥面轴线向前推进，卡套同时变形被推进锥形孔内，卡套与接头体锥面接触形成弧面密封，同时卡套的内刃均匀地切入无缝钢管外壁，从而起到扣紧和密封作用。卡套中部凸起，具有弹性作用，可以减少泄漏和防止螺帽松动[2]。

2.2    仪表管线双卡套连接

双卡套连接主要是由接头本体、前卡套、后卡套和螺母组成。前卡套被推入接头本体和卡套管形成主密封，而后卡套向内产生铰链作用以对卡套管形成强有力的抓紧。后卡套的几何形状有助于产生先进的工程铰链——夹箍作用，这种作用可把轴向运动转化为卡套管上的径向挤压作用，操作时只需要很小的装配扭矩。世伟洛克双卡套连接典型图如图1所示[3]。

双卡套连接使承压和密封性能进一步提高，后卡套几何结构提供了优秀的抗振动疲劳性能。双卡套连接方式具有优良的气体、液体密封性能，良好的抗振和耐冲击性能，良好的温差补偿功能。

2.3    圆锥管螺纹连接

在液压系统中仪表管线一般与圆锥管螺纹NPT（National（American） Pipe Thread）配合使用实现与阀件的连接。圆锥螺纹的锥度为1：16，圆锥螺纹基准面的轴向位置极限位置偏差为±1P（螺距）[4]。NPT用于机械或者低压的气体和液体，要求使用密封剂来保证密封，密封剂受温度的限制。

管螺纹与阀件连接的额定值由压力额定值较低的端接来决定。压力额定值以环境温度下的美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers，ASME）压力管道标准B31.3工艺管道为基础。内外螺纹承压对比情况如表1所示[5]。

预装时，应尽量保持管子与接头体的同轴度，同时应避免使其受到侧向力和拉伸力;按规定弯曲半径制作管线，减小弯曲内应力，避免在油压下产生渗漏。

3    中高压仪表管线连接

中压仪表管线冷拔成型，为提高耐压性能，增加了壁厚，连接形式类似双卡套结构。由螺母本体（Female body）、前卡套（Front ferrule）、后卡套（Back ferrule）和后螺栓（Male nut）组成，与低压卡套管连接形式类似，只是把原来的螺母改成螺栓，本体为螺母形式。高压双卡套连接方案保证了其高压力下的产品密闭性和可靠性，且安装简单，可靠性较高，工作压力能达到100 MPa。世伟洛克高压双卡套连接图如图2所示。

锥角螺纹连接需要先将管线加工至锥角螺纹形式，其与高压卡套安装形式不同的地方是用螺纹环代替了前后卡套，采用管线上的螺纹与螺纹环实现机械密封，工作压力能达到400 MPa。其与双卡套连接方式对比，需要对管线预制锥角螺纹，同时需要保证加工锥角螺纹的精度。组装时将管线预装入格兰和螺纹环中，其余步骤和高压双卡套组装一致。

4    仪表管线连接方案对比

在实际项目中，需要综合考虑系统的性能、成本和组装工时，在低压液压系统中，仪表管线常用卡套连接方案，在中高压系统中需要根据项目实际需求考虑连接方案的选择。仪表管线连接方案对比表如表2所示。

5    结语

本文介绍了卡套连接、高压双卡套连接及锥角螺纹连接方案，分析对比了三种连接方式的使用范围及特点。卡套连接，安装简单，密封性和复装性好，常用于低压系统;对于中高压液压系统，高压双卡套连接方案易安装，成本最高;锥角螺纹连接，需要先使用专业工具将无缝钢管加工出锥角螺纹，对检验要求较高，但成本相对较低。液压系统仪表管线的三种连接方案可在工程项目中参考实际情况选用。

[参考文献]

[1] 刘建敏.液压系统中液压冲击问题分析与处理[J].机电信息，2011（15）：185.

[2] 李明昕.卡套式管接头应用探讨[J].河南科技，2014（13）：138-139.

[3] 世伟洛克高压产品样本MS-02-472[Z].

[4] 60 ℃密封管螺纹：GB/T 12716—2002[S].

[5] 世伟洛克卡套管产品样本MS-01-140[Z].

收稿日期：2020-05-13

作者簡介：杨建义（1983—），男，河北人，工程师，主要从事机电液一体化系统设计工作。