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        上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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        滬工閥門

        上海滬工閥門廠(集團)有限公司

        摘要:對調節閥快速插頭的密封容易失效原因進行了分析,并提出改進方法,自行設計制造的新型密封件簡化了結構和制造工藝,降低了成本,提高了使用壽命,具有推廣價值。

        關鍵詞調節閥快速接頭密封改進設計

        調節閥快速接頭的關鍵技術是在于密封性能,在與插頭對接時,要有很好的密封性,避免管內流體泄漏,同時拔出插頭時,能迅速關閉接口。現在快速接頭的技術已經非常成熟,市場上的種類也非常多,各有技術優點,但也存在一些不足,如結構復雜、制造成本高、密封容易損壞等缺陷。筆者根據工作中接觸到的噴槍快速接頭,其密封很容易損壞。經過長時間的摸索改進,自行設計了快速接頭的密封結構,簡化了密封結構和制作工藝,降低了制作成本,同時提高了密封的壽命。現作如下介紹,謹供同行參考。

        1 調節閥快速接頭的結構及工作原理

        調節閥(圖 1)
        圖 1 調節閥
        快速插頭(圖 2)
        圖 2 快速插頭

        圖 1為調節閥,圖 2 為快速插頭。調節閥有 3 個接頭,帶螺紋的 2 個接頭與油漆管連接;另一個是卡口式快速接頭,在生產時與固定在噴槍上快速插頭連接,這樣噴槍經調節閥與油漆管形成了連接。

        調節閥快速接頭內部密封結構示意圖(圖 3)
        圖 3 調節閥快速接頭內部密封結構示意圖

        (1)快速接頭密封結構。如圖 3 為調節閥快速接頭內部密封結構示意圖,其密封由 4 部分組成:壓縮彈簧,鋼球和鋼球座,彈性密封,彈性密封座。

        (2)快速接頭工作原理。如圖 3 所示,快速接頭在沒有與插頭連接時,壓縮彈簧將鋼球壓到鋼球座上,堵住連接孔,形成關閉狀態;而當插頭由下往上插人連接孔時,插頭依次與彈性密封座、彈性密封、鋼球座和鋼球接觸,最后插頭將鋼球頂離開鋼球座,打開連接孔,流體經插頭中心孔流出,就完成了快速對接。在對接時,插頭與連接孔中的鋼球座、彈性密封座的配合都是間隙配合,只有彈性密封與插頭是緊密配合,即只有彈性密封對插頭起到密封作用。在與插頭連接和斷開的操作中,插人時,插頭在打開連接孔前,先與彈性密封接觸形成密封;而拔出時,插頭在脫離彈性密封前,鋼球已經先堵住連接孔,這就是快速接頭與插頭連接和斷開時,沒有油漆泄漏的原因。

        彈性密封的工作原理和常見的骨架油封是一樣的,是靠彈簧的收縮力形成密封。

        2 原密封存在的缺陷及原因分析

        從生產使用中故障情況統計,所有的接頭泄漏故障都是彈性密封磨損、變形等造成接頭泄漏,而且使用壽命很短,平均壽命均為 1 個月;備件成本高,該產品為美國某廠家生產,采購成本為每個密封 300 元人民幣。其故障原因分析如下:

        鋼球座和彈性密封之間有間隙和死角(圖 4)
        圖 4 鋼球座和彈性密封之間有間隙和死角

        (1)油漆含有金屬顆粒和油漆尾液凝結顆粒,其會加速彈性密封的磨損。現在噴涂的油漆,大都含有金屬顆粒,如圖 4。鋼球座和彈性密封之間有間隙和死角,插頭拔出時,就會有油漆尾液殘留在間隙里,在殘留的地方凝結變硬,當插人插頭時,凝結的油漆和金屬顆粒就會對密封擠壓,造成彈性密封的磨損和變形;還有殘留的油漆經間隙流入彈性密封圈的彈簧槽內,使沉淀凝結,使得彈簧失效,不再有收緊的作用。

        (2)彈性密封的有效密封厚度約 1.5~2mm,密封面小,容易磨損失效;彈簧小收縮力有限,當密封圈的彈簧槽內有油漆凝結后,就失去作用。

        因此,要改進原來密封結構,就要解決原密封存在的這兩點缺陷。

        3 新型密封結構及技術特點

        3.1 新型密封結構

        圖 5 新型密封的組成(圖 5)
        圖 5 新型密封的組成
        密封件實物(圖 6)
        圖 6 密封件實物

        如圖 5 所示,新型密封由壓縮彈簧、鋼球、密封件 3 部分組成。其中新密封將原來的鋼球座、彈性密封和彈性密封座 3 個部分組合成一體,如圖 6 所示的密封件實物。

        3.2 新密封的技術特點

        (1)利用密封自身的彈性變形形成密封,不再另外加裝彈簧。如圖 5 所示,新密封件整體上呈管狀,在上半端管壁內加工有 U 型凹槽,形成內外兩層管壁;內孔尺寸為上小下大。新密封件上端內層是密封件的關鍵,其管壁設計得相對較薄,是為了讓它容易產生彈性變形;其內孔和快速插頭的配合尺寸為過盈配合,當插頭插人時,薄壁管發生彈性變形漲大,薄壁管靠自身彈性變形的收縮力,使得管壁和插頭外表面緊密接觸形成密封。新型密封的工作過程與原裝密封一樣,即在與插頭連接和斷開的操作中,插人時,插頭在打開連接孔前先與新密封件上端內層管壁形成密封;而拔出時,插頭在脫離新密封件上端內層管壁前,鋼球已經先堵住連接孔,整個過程的密封都是靠密封件上端內層薄壁管自身的彈性變形來完成,達到快速斷接而沒有油漆泄漏。

        在快速接頭未與插頭連接時,彈簧將鋼球壓在密封件上端內層管壁的出口上,對連接孔形成關閉,這時,內層管壁受到彈簧壓在鋼球上的壓力和管內油漆的壓力,這樣內層管壁需要一定的剛性。

        (2)利用流體自身壓力形成密封。密封件上端設計有 U 型凹槽,它不但為內層管壁產生彈性變留下了空間,同時在工作時 U 型凹槽內填充滿油漆,由于油漆本身就有 600000~800000Pa 的壓力,給薄壁管在徑向上一個很大的壓力,這樣使得薄壁管和插頭接觸捏合得更好,提高密封的可靠性,解決了原來彈性密封彈簧收縮力偏小,導致密封容易失效的問題;而當拔出快速插頭后,油漆的壓力有助于薄壁管漲大彈性變形的收縮,降低薄壁管彈性變形的疲勞度,提高密封件的壽命。

        (3)新密封內孔平滑過度,無死角,不易結漆,密封接觸面大,提高密封件壽命。新密封內孔上小下大,設計成平滑過渡,沒有死角,解決了原密封內孔有死角的缺陷,這樣殘留的油漆不易結堆凝結在密封件內孔,減少油漆顆粒對密封件的擠壓摩擦。新密封的密封面大小,取決于密封件上端 U 型槽的深度,即上端內層薄壁管的高度。薄壁管越高,密封面越大,越有利于提高密封可靠性;而薄壁管的高度,取決于制作材料的剛性和彈性綜合性能。現在我們使用聚四氟乙烯棒料制作,薄壁管的高度達到 8mm,而原來的彈性密封高度為 2mm。這樣,新密封件和原來彈性密封的密封面大小比,即為它們的高度比,新密封件為原來的 4 倍,大大增加了密封接觸面,解決了原來彈性密封密封面小的缺陷;同時密封面增大后,也有利提高密封的耐磨性,從而提高密封壽命。

        (4)制造工藝簡單,大大降低了制造成本。從密封件的形狀可看出,其制作工藝非常簡單,既可以機加工制作,也可以注模成形制造,只靠單一的制作工藝就可以完成;而原來的彈性密封,既需要注模制造,又要制作彈簧及焊接,工藝相對復雜;新密封制造工藝簡單,制作成本自然降低。

        4 結束語

        車間現場從當年的 5 月份開始使用新密封件代替原來的彈性密封,在替換前,彈性密封平均每 2 天損壞一個,經過 5 月份的逐步替換后,到 8 月份密封損壞只有 4 個,故障率大大降低。經試用證明,新型密封件不僅可以起到原來密封的功能,而且大大提高密封壽命,達到改進的預期效果。

        新密封件的特點制作工藝簡單、密封性好、壽命長,適用于類似于油漆等含有微小固體顆粒環境。在工業生產及生活中,需要使用快速接頭的場合很多,如水管快速接頭、壓縮空氣快速接頭等,本文介紹的密封件有著良好的推廣價值。


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