CN1987187B

CN1987187B - 单双箍共体式挤压连接管接件

Info

Publication number: CN1987187B
Application number: CN2006101643507A
Authority: CN
Inventors: 徐长祥
Original assignee: ZHEJIANG HUAXIA VALVE CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG HUAXIA VALVE CO Ltd
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2026-12-11
Also published as: EP2101096A1; WO2008071073A1; US20100102554A1; CN1987187A

Abstract

一种单双箍共体式挤压连接管接件，或具体地说，一种单双箍可共ISO 8434-1体式的挤压连接管接件，由连接体、挤压箍和驱动螺母组成，选择安装单箍式的挤压箍就是单箍式，选择安装双箍式的挤压箍(密封箍加抱持箍)就是双箍式。单箍式的管接件，先通过箍头楔的密封悬臂单独提供挤平密封连接，后通过箍内刃提供挤凹紧固连接，通过箍尾楔提供安装拧紧操作“止感”，通过箍中部的自动径向外翘运动屏蔽箍尾的过驱运动，使安装拧紧操作“止感”明确而又耐过驱动。双箍式的管接件，先通过密封箍头楔的密封悬臂单独提供挤平密封连接，后通过密封箍内刃提供过渡连接，通过抱持箍提供挤凹紧固连接，通过挤凹紧固槽提供的安装拧紧操作“止感”更明确而又更耐过驱动。密封悬臂露宿介质中而有自密封性，本身悬空耐震/振再经双重紧固隔离后更耐震/振。

Description

单双箍共体式挤压连接管接件

技术领域

本发明属机械工程领域，涉及一种流体动力传输与介质输送管路的挤压连接管接件——一种外径规格管接件(tube fittings)，非传统的内径规格管接件(pipe fittings)。

背景技术

管挤压连接，是通过把箍或卡套挤在被连管及其连接件间实现的流体传输管道的连接，是相对在前的扩口式管连接发展起来的，因此，早年又叫无扩口管连接。目前，全球市面上广泛流通的挤压连接管接件有ISO 8434-1单箍式和美国Swagelok双箍式两种结构，均由连接体、挤压箍(卡套)和驱动螺母组成。顾名思义，单箍式结构是用单个挤压箍实现管挤压连接的结构，双箍式结构是用两个前后相继挤压箍实现管挤压连接的结构。我国的国标GB 3733-83-GB 3765-83卡套式管接头属ISO 8434-1单箍式结构，源自德国标准。

德国人Kreidel于1932年在美国专利US 2139413中提出的单箍式结构是ISO 8434-1结构原型，并在1940年代的US 2414995等他方专利中叫之为Ermeto结构。Ermeto是德国Ermeto管件有限公司的商号。现在的德国Ermeto管件有限公司在其4100-7-UK产品目录中宣布，用他们1990年提出的美国US 5351998多箍式专利结构淘汰现有ISO 8434-1单箍式结构，而ISO 8434-1标准直到其2005年的更新版结构还仍然是Ermeto原型结构。

美国人Crawford于1947年在美国专利US 2484815中提出的双箍式结构是Swagelok结构原型，并一直被Swagelok公司不断创新维持着。虽然Swagelok公司至今仍然坚持其双箍式结构，但其Swagelok双箍式结构当今更新发明人Williams却于2002年在US2004/0066040、US 20060049632和US 2006/0012169专利申请中提出了新的单箍式结构。

对流体传输管道而言，挤压连接同其它连接一样，必须完成密封和紧固两种连接，紧固连接在于保证密封连接在流体压力和外力作用下维持不变。由于箍对连接体的密封，是两个精密机械加工面间的密封，比箍对管的密封容易实现得多，因此，管挤压连接主要在于实现箍对管的密封连接和紧固连接。箍把被连管结合面挤得越平越光，连接的密封性就越好，特别是挤得越平、越光、越浅，挤就结合面的周向一致性就越好，当然，连接的反复拆装的密封性也就越好；箍把被连管结合面挤得越凹越深，连接的紧固性就越好；挤得越深，挤就结合面的周向深度一致性就越差，当然，连接的反复拆装的密封性也就越差；因此，挤压连接应该有两种分离的而又不同的挤就结合或挤就结合运动，一是挤平结合或挤平结合运动，二是挤凹结合或挤凹结合运动。实践证明，有转动的挤就结合面是有划伤或者是有咬撕的不平滑表面，无转动的挤就结合面是无划痕的光亮表面，即理想的挤平运动应当是无任何转动的箍的纯轴向运动。理想的无转动的挤平结合可有效地容忍被连接面的椭圆度、不平度和安装不同轴度的大变化。由于箍的挤平运动和挤凹运动是在同一螺母驱动下产生的，因此，它们应当是相隔又相继的；如果空间上不相隔，它们就不可能产生不同的挤就结合；如果时间上不相继或不一前一后，则提早完成挤凹结合的连接将提早终止挤平运动而完不成密封连接，滞后完成挤凹结合的连接将滞后终止挤平运动而导致已完成的密封连接失效。为了挤压连接的抗震性或抗振性，挤平密封结合部位应当得到挤凹紧固部位的充分隔离。这就是从100年的数百项国外管挤压连接专利中，提炼出的新的管挤压连接结构的设计原理，是本发明的理论基础，也是本发明人在执行国家标准卡套式管接头修订任务时的指导思想。

然而，管挤压连接结构，从美国人Kurtz 1899年最早提出的US 650330专利结构，到德国人Kreidel 1932年提出的US 2139413Ermeto单箍式专利结构，再到德国Ermeto公司1990年提出的替代Ermeto单箍式结构的US 5351998多箍式专利结构，再从美国人Crawford 1947年提出的Swagelok双箍式结构，到Swagelok结构的当今更新发明人Williams 2002年提出的替代Swagelok双箍式结构的US 2004/0066040、US 20060049632和US 2006/0012169单箍式专利申请结构，从1899年到现在的100多年的数百项管挤压连接专利中，没有一项管挤压连接专利结构涉及挤平密封结合和挤凹紧固结合概念，全是一味地强调往管里切呀、咬呀或挤呀。

我们的实践证明，管挤压连接最好实现的是密封，最难实现的是紧固，因为平滑的被连管必须承受4倍额定工作压力而不压飞出来。一味笼统强调往管里挤的结果就是导致管挤压连接的密封性能下降，因此，后来又不得不用DE 4041677、DE 4103266、DE 4426445、US6073976等一系列附加非金属密封专利结构来弥补密封受到损失的单箍式挤压连接的密封。实际上，增加附加密封的管挤压连接结构就等于脱离管挤压连接结构。

无论是单箍式还是双箍式管挤压连接结构，其可靠安装问题几乎一直就是所有后续专利关注的焦点，或者说，几乎所有后续专利一直都在致力于解决先密封后紧固的问题和提供安装拧紧操作“尽头”或“止感”。象US 3075793、US 3103373、US 5882050、US 6131963和US 6629708专利虽然能够为双箍式结构适当提供有限的安装拧紧操感觉和适当提供先密封后紧固保证，但最终还是不能忍受过拧操作，还是不得不通过严格限制手指拧紧后的扳手拧紧圈数来确保安装可靠性。象DE 4426445、US 6073976和US 5351998专利提供的单箍式安装拧紧操作限制，显然不能适应被连管的大小变化，因此，不得不增设附加非金属密封结构来弥补管大时出现的过驱动和管小时出现的欠驱动的密封，乃至失去了挤压连接的优势。

在一定程度上，安装拧紧操作力矩越大，人对力矩的变化感觉越迟钝；当安装拧紧操作力矩大到某种程度时，安装者根本感觉不到什么力矩变化。只有在大幅降低安装拧紧操作力矩的基础上，才谈得上提供安装拧紧操作“止感”。事实上，直到目前为止的所有单双箍式挤压连接结构的安装拧紧操作力矩都太大，都大到不能用于50mm以上的管连接。

目前，Ermeto单箍式结构和Swagelok双箍式结构是两个互不兼容的结构体系，即各自有各自的配套挤箍、驱动螺母和连接体，不能相互替代，极度不利于同单位同时制造和使用，严重制约管挤压连接技术的发展。

如果把挤压箍的纵截面看成两根预制梁，则现有技术的管挤压连接，无论是单箍式还是双箍式，都是通过简支梁及其支点楔挤管的，梁的支点是连接体和驱动螺母对箍的支承点，支点是有楔结构，箍头相对支点无悬伸。

此外，现有技术使用相同机械强度的驱动螺纹配合，是不理想的。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是按新的结构原理提出一种有两个协调的相隔又相继的互不干涉的完全不同的挤管运动的管挤压连接结构，用管挤平运动实施密封连接，用管挤凹运动实施紧固连接。本专利要解决的第二个技术问题是按新的结构原理提出一种有明确安装拧紧操作“止感”而又容忍过拧的管挤压连接结构。本专利要解决的第三个技术问题是提出一种单双箍兼容的即单、双箍可在同一体内互换安装的管挤压连接结构。通过解决这三个技术问题达到提高管挤压连接的可靠性和广泛应用性的目的。

本发明提出解决管挤压连接三个技术问题的第一方案是一种单箍式挤压连接管接件，如图1和图5所示，由连接体(1)、挤压箍(2)和驱动螺母(3)组成；连接体外有驱动螺母啮合螺纹，连接体内依次是通孔、台阶孔和锥口，连接体内通孔直径大致等于被连管(4)内径，连接体内台阶孔比被连管外径稍大，连接体内锥口用于接纳挤压箍，套装在驱动螺母和挤压箍中的被连管就插装在这组孔内，或抵着台阶或不抵着台阶，驱动螺母通过同连接体的螺纹啮合，把挤压箍驱挤在连接体和被连管间，完成对管和体的密封和紧固连接；其特征是：所述的挤压箍(如图2所示)，是一个把DIN 3861-2002标准A型挤压箍(如图3所示)的头部外锥面部分改陡的、尾部受驱面由锥面改圆弧面的挤压箍，完整地说，其内部由一个圆台面和一个圆柱面组成，并用圆台的大棱边做箍内刃，用圆台的小棱边做箍头刃，而且两刃的口径相等，其外部从头至尾依次由比体内锥口锥度更大的锥面、与体内锥口锥度相同的锥面、与箍内柱面平行的两个圆柱台阶面、箍尾部圆弧受驱面和箍尾口驱动解除端面组成，受驱圆弧所对的弦与驱动螺母的驱动面平行；所述的驱动螺母，是一个把ISO 8434-1标准驱动螺母的驱动锥面由90°改成大于90°的驱动螺母，完整地说，其外部是一个六方扳手驱动面，其内部依次是圆柱驱动螺纹、挤压箍驱动锥面和圆柱通孔；所述挤压箍的材料可以是与被连管相同的材料，但所述驱动螺母的材质应比所述挤压箍的材质硬。

图3是现有ISO 8434-1管挤压结构用的DIN双刃挤压箍，图4是早期ISO 8434-1管挤压结构用的单刃挤压箍。如图6和图7所示，图3的双刃挤压箍在手指拧紧时，其双刃相对被连管表面的距离是一样的，但当它受到扳手驱动时，首先是壁薄而受力大的头部缩小，然后才是壁厚而受力小的尾部缩小，因此，箍头刃和箍内刃将先后依次挤向被连管。图4所示的挤压箍的箍头刃远高于箍内刃，因此，受到驱动时，只有箍内刃驱入被连管。图4的箍头主要是通过一条圆周线挤压连接体锥口壁，而图3的箍头则是通过一锥面挤压连接体锥口壁，因此，图4的箍头比图3的箍头更容易实现同连接体锥口壁的密封，但也更容易挤破连接体的锥口壁。

把图3所示的此前技术的箍头外锥，部分切陡就变成图2所示的本发明的箍头外锥结构。如图8和图9所示，相对此前技术的箍头，部分切陡的或工作时部分悬挂的本发明的箍头主要是通过B、C两条圆周线挤压连接体锥壁，主要通过D、E两条圆周线挤压被连管。内刃E圆与外部的杠杆支点B圆共面，以形成箍、体间的B圆线接触密封效应。随着驱挤力的加大，箍同连接体的B和C圆线接触将逐渐向面接触发展——驱挤力越大，接触面积也就越大，但无论接触面积怎样加大，作为密封悬臂支点的B和C两条线对体锥口壁的接触压应力还是始终大于面的接触压应力，这就是线接触后面备有面接触，面接触里包含有线接触，因此，本发明的箍头始终既能提供同连接体的密封线接触又能提供同连接体的受力面接触——无论怎样驱挤，既挤不破连接体锥壁而又能始终保持线密封态势。这就是一个完全理想化的管挤压连接的体密封结构——密封有线接触，受力有面接触。

同图3的此前技术的箍头刃一样，本发明的箍头刃D随着箍头的先缩小，也是先于箍内刃E挤管，但是，本发明的箍头刃D是通过一个悬臂DC挤管的，因此，只要悬臂长度和钢度适当，随着箍头的轴向移动和缩小，本发明的箍头刃就只会不断地挤管而又挤不进或挤不凹被连管。这就是本发明的挤平密封悬臂或挤平密封结构。这个薄而富有弹性的箍头密封悬臂，虽然挤不凹被连管，但它可挤平被连管地随管椭而椭，随管圆而圆，有效地适应被连管材表面变化。由于密封悬臂露宿在传输介质中，因此，本密封结构有很强的自密封性，即介质压力越高，密封性越好。由于挤就结合面平滑而自密封，密封悬臂薄而富有弹性，因此，可适应反复拆装中的方位变化。这样的密封悬臂就是一个完全理想化的管挤压连接的管密封结构——一个完全不需要任何附加非金属密封的真正的管挤压连接的密封结构。

图8是手指拧紧状态，图9是用扳手最终拧紧状态。如果以扳手最终拧紧圈数为参照，那么，箍头刃D应在扳手拧到1/2总圈数左右时完成对管的密封连接。是否如此，可以通过压力实验来观察和确认。如果扳手拧到1/2总圈数时，箍头刃还不能完成对管的密封，则应该通过增加箍头刃处厚度或缩短密封悬臂来加强；相反，如果扳手拧到最终状态后拆下观察，箍头刃有肉眼可见的挤凹被连管的痕迹，则可通过调薄箍头刃或调长密封悬臂来减弱。

如图10-图12所示，受到驱动的挤压箍，实际上，相当于箍头和箍尾两个斜楔联合体。箍头楔，在螺母的驱动下挤压连接体和管，楔角为α；箍尾楔，在箍尾的缩小抗力的驱动下在箍头的前进抗力的支持下挤压螺母，楔角为β。图中的P_b是连接体对箍的反作用力，P_n是螺母对箍的驱动力。根据作用力和反作用力相等的原则，可知P_b和P_n的分力间有如下关系：

P_bx＝P_nx＝P′_nx＝P_ncosβ

P_ny＝P′_ny

由于箍头和箍尾受到的正压力之比：(P_b/P_n)＝(P_nx/sinα)/(P_nx/cosβ)＝cosβ/sinα，因此，在α和摩擦系数一定时，要保证挤压箍在受驱过程中不转动，即保证密封悬臂的挤平运动是无任何转动的纯轴向运动，就必须取较小的β角以保证箍头受到较大的镇压力即受到较大的转动摩擦阻力，保证螺母驱动面受到较小的镇压力即受到较小的转动摩擦阻力。如果增大ISO8434-1标准驱动螺母的驱动面锥角，则可减小β角、增加箍头相对体的转动阻力、减少螺母相对箍尾的转动阻力，保证螺母不会带动挤压箍转动。

由于箍头和箍尾受到的径向压力之比：(P_by/P_ny)＝(P_nx/tgα)/(P_nxtgβ)＝1/tgαtgβ，因此，在α一定时，要保证挤压箍在受驱过程中先实施密封后实施紧固，即保证箍头先缩小箍尾后缩小，就必须取较小的楔角β以保证箍头受到较大的径向分力P_by，保证箍尾受到较小的径向分力P_ny。如果不改变ISO 8434-1标准驱动螺母的驱动面锥角(90°)，则β＝45°，tgβ＝1，不利于受驱挤压箍先实施密封后实施紧固。

实际上，加大螺母的驱动面锥角即减小β角，等于提高螺母的轴向驱动分量，减少螺母的径向驱动分量，以利用箍头楔对轴向驱动分量的放大能力，进一步扩大箍头和箍尾的受挤压变形作用力的大小差异，既确保箍头先缩箍尾后缩，即确保受驱挤压箍先实施密封后实施紧固而获得可靠挤压连接，又确保箍头相对体的转动摩擦阻力足够大于驱动螺母相对箍尾的转动摩擦阻力，即确保受驱挤压箍不转动而获得优质挤压密封结合。

由于螺母驱动面的转动阻力：F＝fP′_n＝fP′_ny/sinβ，其中P′_n是螺母驱动面受到的来自挤压箍尾的反作用正压力，f是螺母的驱动面和箍的受驱面间的摩擦系数，因此，在f一定的前提下，要使箍尾压抱被连管表面瞬间对螺母的转动突然呈现一个强大的阻力即提供一个“止感”，则必须：

①取较小的β角即取较大的螺母驱动锥角，加强箍尾楔对其缩小的抗力的放大能力；

②增加管对箍尾缩小的抵抗力(或日增加箍尾楔的操作动力)P′_ny的突变性和大小。如果把ISO 8434-1标准驱动螺母的驱动面锥角，比如由90°改为120°，则角β就由45°变为30°，箍尾楔对箍尾缩小的抗力的放大系数1/sinβ就由1.4142变为2。如果能让箍尾内圆柱面平行地收缩抱管，则可增加管的受力面积、降低管的变形压强、提高管对箍尾的收缩抵抗能力，乃至箍尾抱管时，箍尾楔会收到一个猛增的抵抗力；如果不改进箍尾的驱动，不改进箍中部径向外翘的影响，则箍尾势必以尾口棱边线接触开始抱管，乃至箍尾抱管时，管对箍尾的收缩抵抗力只会逐渐增加而不会突然增加。

本发明解除箍尾以线接触开始抱管的手段，一是解除箍尾口端部的驱动，使箍尾口无集中应力，特别是径向无集中应力，二是挤压箍采用高位束动力驱动，阻止箍尾随箍中部的径向外翘而外翘。如图8和图9所示，箍尾口端面是一小圈螺母驱动面触及不到的圆环面H，箍尾受驱面是把驱动力集中于弧顶A的圆弧面，因此，挤压箍在受驱过程中，不仅不可能有径向分力通过箍尾口棱边G压管，而且过点A的高位束动力产生的转矩，在抵消箍中部径向外翘的影响同时，还使箍尾口棱边有外翻趋势，确保了箍尾以面F接触开始抱管而不是以线G接触开始抱管。箍尾楔角β越小，轴向驱动分力就越大，抵消箍尾径向随中部外翘而外翘的力矩也就越大，越使箍尾趋于以更大的F面开始抱管。箍尾抱管时的接触面积越大，管单位面积上的压力即压强就越低，管越不易被箍尾压缩，即箍尾抱管时收到的抗力就越大。箍尾抱管时突然收到的抗力，经箍尾楔成倍放大后，陡变为螺母的转动阻力。这就是单箍式管挤压连接自1932年诞生以来所一直寻求而又一直未寻到的安装拧紧操作“止感”。

其实，弧形箍尾的作用还不止在于提供高位束动力驱动而解除箍尾以线接触开始抱管、增加被连管对箍尾的缩小的抵抗力的突变性和大小，还在于减少螺母驱动面同箍尾受驱面间的摩擦系数，降低安装拧紧操作力矩，突显箍尾以面开始抱管瞬间的阻力。这是弧形箍尾作用的不可忽略的相辅相成的两个侧面。

综上所述可知，在不改变ISO 8434-1基本体制即不改变其箍头楔角α前提下，增大其螺母的驱动锥面角度即减小其箍尾楔角β，使其箍尾有足够楔功能，就可彻底改善其连管性能。

从图11b可以看出，箍尾对驱动螺母产生转动阻力的正压力P′_n是由箍头轴向前进阻力P′_nx和箍尾径向收缩抗力P′_ny合成的；如图12b所示，只有P′_nx和P′_ny这两个分力同时增加时，螺母的转动阻力才会增加。实际上，可想而知，箍头阻碍小时，只会沿轴向推动箍头而不会沿径向压缩箍尾，箍尾阻碍小时，只会沿径向压缩箍尾而不会沿轴向推动箍头；也就是说，箍头的轴向阻力和箍尾的径向抗力不会单独增加，螺母的转动阻力也不会单独随某个分力的增加而增加。如图9b所示，随着箍头内刃E的不断挤入被连管，箍头轴向前进阻力将不断增加，当增加到某种程度时，箍中部势必沿径向外翘；前期外翘所形成的E刃后角，更加有利于刃E充分切入被连管；随着外翘的不断继续，箍头同连接体的接触面积将不断加大，致使箍头同连接体的接触中心不断后移，又使刃E右侧产生离开被连管趋势；此时，同箍头加大面积接触的连接体正好有利于承受箍头楔的过挤压力而更好地阻止其沿轴向挤动，同箍头削弱接触的被连管正好有利于抵消箍头楔对管的过挤压力而防止其再挤入被连管；也就是说，随着驱动，箍头内刃E只能被充分地挤入或切入被连管，而一旦箍头内刃E充分挤入被连管，即完成对管的紧固，箍头所遇到的轴向阻力是不可再沿轴向挤进的阻力。由于按本发明的挤压箍，一方面仍然保持原有ISO 8434-1标准用挤压箍的两个外圆柱台阶面直径不变，即箍尾外圆柱直径大于箍中部外圆柱直径，二方面箍头的径向缩小变形压力是箍尾的径向缩小变形压力的8倍多，因此，在箍尾以F面抱管而突然遇到不可再缩小的阻力的时刻，肯定是箍头内刃E充分挤入被连管后而不可再前挤的时刻，箍头的轴向挤进阻力绝对可随箍尾缩小阻力的增加而增加，绝对是安装拧紧操作的“尽头”。实验证明，用标准扳手普通力气拧到力矩大增的时刻，就是基本接近用标准扳手拧不动的时刻，也就是安装拧紧操作到“尽头”的时刻，操作“止感”十分明确；强制过拧，只能把箍尾拧着沿被连管表面滑动，使箍中部隆起地挤压在体锥口端面，根本不可能把箍头过驱入连接体锥口内；强制过拧后，所有挤压结合面都完好无损，无咬死，无撕裂，还可反复拆装通过压力测试。

本发明的单箍式挤压结构能够承受强制过拧安装操作的另一个重要原因就是，取较硬或较高强度的驱动面(或螺母)，取较软或较弱强度的受驱面(或挤压箍)，有效地避免了驱动面和受驱面间的过驱动咬死，彻底解除了咬死引起的挤压箍的最后破坏性转动。按照标准规定，ISO 8434-1连接体的正选用材是正火的很软的Q235钢(当使用强度高于Q235的材料时，其额定压力值不是提高反而是下降)，因此，随驱动面取硬而取较硬的驱动螺母，按相关紧固标准规定，将有利于驱动螺纹配合在安装装配中的破坏，如果发生的话，则首先发生于容易发现的外螺纹破坏而不是不易发现的内螺纹破坏，排除了事故隐患，确保了挤压连接的安全。

综上所述不难看出，本发明的挤压箍在受到螺母驱动时，首先是箍头刃D挤管而对其实施主密封连接，然后是箍头内刃E挤管而对其实施副密封连接和主紧固连接，最后是箍尾抱管对前面完成的密封和紧固实施保持和隔离紧固连接，并同时发出安装拧紧操作“止感”。

由于箍头刃D是通过强度适度的悬臂挤管的，因此，无论后部怎样推或后续如何推，它只能把管挤光、挤平，无力把管挤凹，只能提供挤平运动或挤平结合。由于箍头内刃E是背靠连接体锥口壁的，因此，它只能随着螺母的驱动而别无选择地挤入被连管而提供挤凹结合或挤凹运动。虽然箍头内刃E同管的挤凹结合有密封作用，但不是整个连接的密封依靠，而是无它不少，有它无害；特别是重复安装中，不指望它复位密封；由于箍头刃D把密封部位挤得很平、很光、很浅，因此，重复安装中，指望不到恢复原安装方位但却可指望恢复到原来的致密性；由于密封悬臂是露宿在传输介质中的，因此，连接的密封性可随介质压力升高而增强；由于密封结合部位悬空本身就能抵御外来震动或振动，而外来震动或振动又很难通过箍尾F面和紧固E刃的双重紧固隔离，因此，连接密封特别抗震或抗振；由于密封悬臂的支点是箍同连接体的接触面上的两条线，因此，连接体的密封靠线接触、受力靠面接触，十分完美。所以说，本发明的密封悬臂除提供出色的挤平密封外，还附带提供和优化其它挤压连接性能。

由于本挤压箍的箍头壁薄、箍尾壁厚，而挤压受力又箍头大箍尾小，因此，随着螺母的驱动，箍头至箍尾必然先后逐步缩小，致使箍头密封刃D先挤管实施密封，箍内紧固刃E后挤管实施紧固。当紧固到一定程度，箍中部必然沿径向外翘。当外翘到一定程度，外翘就等于调控箍头楔同体和管的挤压接触面积，抑制其挤体和挤管强度的继续增长，乃至此后无论螺母怎样驱挤，只能驱着箍中部继续外翘而不能驱着箍头前进，也就是说，此时，箍头的轴向运动完全为箍中部的外翘运动所替代或隔离，乃至后续的箍尾紧固运动，甚至后续过挤运动都不会引起箍头再发生轴向移动。所以说，本发明的单箍式挤压连接是由两个协调的相隔又相继的互不干涉的完全不同的挤平运动和挤凹运动完成的。

本单箍式挤压连接是在有效降低安装操作力矩的基础上，通过箍尾楔，把箍尾抱管抗力放大为安装拧紧操作“止感”的。由于一方面改大螺母驱动锥角或缩小箍尾楔角β、加大螺母轴向驱动分量、利用箍头楔大幅降低箍头挤压变形所需的安装力矩，有效地提高了操作者对箍尾楔输出的“止感”的感受灵敏度，二方面受驱箍尾取圆弧的同时，驱动螺母取硬，有效地排除了螺母驱动面的转动咬死干扰，因此，本单箍式挤压连接提供的“止感”十分明确。

解除箍尾驱动面和受驱面间的最后阶段驱动咬死，也就解除了螺母最终带动挤压箍转动而撕裂重压下的密封配合面的可能，加之前述解除的最后阶段箍头移动，就等于本单箍式挤压连接可彻底忍受过驱动。

所以，本发明的单箍式挤压连接管接件完全实现了前述发明目的。

本发明提出解决管挤压连接三个技术问题的第二方案是一种双箍式挤压连接管接件，如图13和图15所示，由连接体(1)、密封箍(2a)、抱持箍(2b)和驱动螺母(3)组成；连接体外有驱动螺母啮合螺纹，连接体内依次是通孔、台阶孔和锥口，连接体内通孔直径大致等于被连管(4)内径，连接体内台阶孔比被连管外径稍大，连接体内锥口用于接纳密封箍，套装在驱动螺母、抱持箍和密封箍中的被连管就插装在这组孔内，或抵着台阶或不抵着台阶，驱动螺母通过同连接体的螺纹啮合，把密封箍和抱持箍驱挤在连接体和被连管间，完成对管和体的密封和紧固连接；其特征是：所述的密封箍(如图14所示)，是一个把DIN 3861-2002标准A型挤压箍(如图3所示)的头部外锥面部分改陡的、中部圆柱面改成锥面的、尾部受驱外锥面由90°改成大于90°的、尾部增设受驱内锥口的挤压箍，完整地说，其内部由箍头两个高度不等的共大底的圆台面、箍中圆柱面和箍尾内锥口面组成，并用低台棱边做箍内刃，用高台棱边做箍头刃，用箍尾锥口面接受抱持箍驱动，而且两刃的口径相等，其外部从箍头至箍尾依次由比体内锥口锥度更大的锥面、与体内锥口锥度相同的锥面、比体内锥口锥度更小的锥面、与箍内柱面平行的圆柱台阶面和箍尾部辅助外锥面组成，箍尾部辅助外锥面可以接受驱动螺母的驱动；所述的抱持箍可以是一圈开口圆截面钢丝，也可以是一圈开口的非圆截面钢丝，冷作硬化处理得比管硬，所述非圆截面的挤管段是圆弧，驱动段和受驱段是直线或非圆弧曲线；所述的驱动螺母，是一个把ISO 8434-1标准驱动螺母的驱动锥面由90°改成大于90°的驱动螺母，完整地说，其外部是一个六方扳手驱动面，其内部依次是圆柱驱动螺纹、抱持箍驱动锥面和圆柱通孔；所述密封箍的材料可以是与被连管相同的材料，但所述驱动螺母的材质不应比所述抱持箍的材质软。

本发明的单式挤压箍(2)可以置换同规格的本发明的双箍式挤压箍(密封箍(2a)加抱持箍(2b))，使双箍式变单箍式管挤压连接，反之亦然。也就是说，本发明的双箍式挤压连接管接件同本发明的单箍式挤压连接管接件，除挤压箍不一样外，其余的结构及其功能完全一样。在各自结构图中，标注相同代号的零件或部位的结构和功能完全一致或基本一致。

同前述的单箍式挤压箍相比，本发明的双箍式密封箍的箍内刃尖角E(如图17所示)，远比单箍式的挤压箍内刃尖角E(≈90°，如图8b所示)大，因此，挤入管内的V形尖E可利用其在管上挤出的V形槽面撑开拆卸；除此之外，其余的箍头结构和功能完全一样，不再重述。

在前述的单箍式结构中，需要挤压箍中部沿径向外翘，以便首先提供刃后角，然后提供过挤压隔离，而本发明的双箍式结构，既不需要密封箍中部外翘提供刃后角，也不需要外翘提供过挤压隔离，因此，双箍式的密封箍中部外表面可以是比单箍式的圆柱面刚性更好的锥面。为了同时兼顾箍头的挤入特性和箍中部的刚性，箍中部外表面最好是比密封箍头楔角α小7°左右的锥面，其高矮和位置与单箍式的外圆柱面可完全对应。

与螺母驱动面锥度一致的密封箍尾外锥，一是如图16所示，用于预装中直接接受螺母(3)的驱动，把箍头刃口直径调整到被连管外径大小以统一不同外径公差管的安装拧紧圈数，二是如图17所示，用于让螺母(3)有空间把抱持箍(2b)充分挤向被连管以适应被连管外径的大变化。

如图17和图18所示，受螺母(3)驱动的密封箍(2a)和抱持箍(2b)，在密封箍未受到足够阻碍前，抱持箍只能沿被连管表面滑动，只有当推不动密封箍时，螺母才会把抱持箍往管内挤；当抱持箍往管内或多或少地一陷，管表面的凹陷槽，无论它有多浅，将同密封箍一道共同阻止抱持箍再向前滑动；此时，如果抱持箍要想往前再挤动一点，则密封箍尾的受驱锥面，作为抱持箍的引导面，将更多地引导抱持箍挤入管表面；如果抱持箍再往管内一挤，则完全有可能瞬间脱离密封箍受驱面。这就是说，抱持箍往管内一陷的时刻，就是密封箍脱离受全力驱动的时刻。实际上，可想而知，挤在被连管“槽”中的抱持箍，在螺母的驱动下，不可能从槽中“跳”出来挤密封箍，反射出来的必定是挤不动的感觉。

科学地说，如图19所示，一旦抱持箍(2b)挤入被连管而在其下面的管表面上形成一个相当于左右两个小斜楔的凹陷弧坑，任何来自驱动螺母(3)对抱持箍的驱动增力ΔF都会引起被连管对抱持箍的一个反作用力ΔF；这个反作用力ΔF被两级斜楔放大后而变成比驱动增力ΔF大十多倍的阻力：F＝ΔF/tgβtgγ，交付操作者明确“止感”，阻止过拧操作，其中β和γ是相关楔角。同样，任何来自密封箍对抱持箍的后退脉冲也注定被数十倍地放大后反馈回去抵消脉冲的冲击，维持原有密封状态不变。这就是本发明的双楔止驱与防震结构。

结合图17和图18不难理解，受到驱动的密封箍，相对其轴向动力是一个以α为楔角的多倍轴向动力放大楔，相对其径向动力是一个以B为支点的多倍径向动力放大杠杆。为了防止径向动力撑开密封箍尾而影响挤压连接的刚性，不得不适当加大密封箍尾的外台阶圆柱直径，使密封箍的杠杆功能进一步受到约束，以至于密封箍，作为杠杆，主要是把箍内圆柱表面适当撑离管表面而起到提高箍头对管的挤压强的作用。由于密封箍经刃D和E的挤管力是动力楔杠放大器的输出，保持箍经圆弧K的挤管力仅仅是两个原始动力中较小的径向动力的反作用力，远比楔杠放大器的输出力小，因此，受到驱动的密封箍和抱持箍，首先挤管的密封箍头刃D，然后是密封箍内刃E，最后是抱持箍圆弧K；在箍内刃E没有充分挤入被连管表面前，抱持箍圆弧K是不会挤入被连管的；当抱持箍经圆弧K开始挤入管内时，密封箍头刃D肯定已经充分完成对管的挤平连接。

图17是手指拧紧状态，图18是用扳手拧紧最终状态。如果以扳手最终拧紧总圈数为参照，那么，箍头刃应在扳手拧到1/2总圈数左右时完成对管的密封连接。是否如此，可以通过压力实验来观察和确认。如果扳手拧到1/2总圈数时，箍头刃还不能完成对管的密封，则应该通过增加箍头刃D处厚度或缩短密封悬臂来加强；相反，如果扳手拧到最终状态后拆下观察，箍头刃有肉眼可见的挤凹被连管的痕迹，则可通过调薄箍头刃或调长密封悬臂来减弱。

综上所述不难看出，本发明的双箍式密封箍和抱持箍，在受到螺母驱动时，首先是密封箍头刃D挤管而对其实施密封连接，然后是密封箍头内刃E挤管而对其实施过渡密封连接和紧固连接，最后是抱持箍挤入被连管实施最终紧固连接，并同时发出安装拧紧操作“止感”。

双箍式同单箍式一样，由于箍头刃D是通过强度适度的悬臂挤管的，因此，无论后部箍怎样推或箍后续如何推，它只能把管挤光、挤平，无力把管挤凹，只能提供挤平运动或挤平结合。由于双箍式的密封箍头刃D和箍内刃E的挤管力远大于抱持箍圆弧K的挤管力，因此，随着螺母的驱动，只能密封箍的刃D和E先挤管实施密封，抱持箍的弧K后挤管实施紧固。当抱持箍挤凹管达到一定程度时，抱持箍再也不可能从凹槽中“跳”出来挤密封箍。所以说，本发明的单箍式挤压连接是由两个协调的相隔又相继的互不干涉的完全不同的挤平运动和挤凹运动完成的。

由于密封箍头刃D把密封部位挤得很平、很光、很浅，因此，重复安装中，指望不到恢复原安装方位但却可指望恢复到原来的致密性；由于密封悬臂是露宿在传输介质中的，因此，连接的密封性可随介质压力升高而增强；由于密封结合部位悬空本身就能抵御外来震动或振动，而外来震动或振动又很难通过抱持箍的弧面K和密封箍内刃E提供的双重紧固隔离，因此，连接密封特别抗震或抗振；由于密封悬臂的支点是箍同连接体的接触面上的两条线，因此，连接体的密封靠线接触、受力靠面接触，十分完美。所以说，本发明的密封悬臂除提供出色的挤平密封结合或挤平密封运动外，还附带提供和优化其它挤压连接性能。

由于密封箍头的密封和抱持箍的紧固有箍内刃E的密封和紧固的从容过渡和充分隔离，因此，整个连接的密封和紧固变得更安全可靠。

虽然本发明的单箍式结构和双箍式结构，都既能提供明确的安装拧紧操作“止感”又能忍受过驱动，但由于对过驱动的隔离而言，本发明的单箍式结构靠的是挤压箍中部的径向外翘，隔离的是箍尾的过驱“运动”而不是过驱“动力”，而本发明的双箍式结构靠的是抱持箍挤入被连管的凹槽，隔离的是过驱动力，因此，本发明的双箍式结构比单箍式结构更能忍受过驱动，提供的安装拧紧操作“止感”也更明确，受过驱动后的密封箍和抱持箍无任何不良变形，可从被连管上拆下再安装，而本发明的单箍式结构的挤压箍，在受到过驱动后，只能随管反复拆装，不能无损地从被连管上拆下再安装。

可以说，本发明的双箍式比单箍式挤压连接管接件更好地实现了前述发明目的。

附图说明

图1是本发明的一种单箍式挤压连接管接件，用于完成螺纹口到管的连接，其中件1是连接体，件2是挤压箍，件3是驱动螺母，件4是被连管，件5是O型密封圈。

图2是图1中的挤压箍的半剖视结构图，图3和图4是此前技术的挤压箍的半剖视结构图。

图5是去掉O型密封圈的图1的分解透视图。

图6是手指拧紧状态的此前技术的单箍式挤压连接结构的装配局部视图，图6a是局部半剖视装配结构图，图6b是图6a的局部放大图，其中件2和件3是此前技术结构。

图7是扳手最终拧紧状态的此前技术的单箍式挤压连接结构的装配局部视图，图7a是局部半剖视装配结构图，图7b是图7a的局部放大图，其中件2和件3是此前技术结构。

图8是手指拧紧状态的本发明的单箍式挤压连接结构的装配局部视图，图8a是局部半剖视装配结构图，图8b是图8a的局部放大图，其中件2和件3是本发明结构。

图9是扳手最终拧紧状态的本发明的单箍式挤压连接结构的装配局部视图，图9a是局部半剖视装配结构图，图9b是图9a的局部放大图，其中件2和件3是本发明结构。

图10是图8b的进一步放大视图，以展示本发明的单箍式挤压箍头楔(α)和箍尾楔(β)。

图11a是本发明的单箍式挤压箍在手指拧紧状态时的受力分析图，图11b是本发明的单箍式挤压箍在手指拧紧状态时对驱动螺母的反作用力分析图。

图12a是本发明的单箍式挤压箍在扳手最终拧紧状态时的受力分析图，图12b是本发明的单箍式挤压箍在扳手最终拧紧状态时对驱动螺母的反作用力分析图。

图13是本发明的一种双箍式挤压连接管接件，用于完成螺纹口到管的连接，其中件1是连接体，件2a是密封箍，件2b是抱持箍，件3是驱动螺母，件4是被连管，件5是O型密封圈。

图14是图13中的密封箍的半剖视结构图，图15是去掉O型密封圈的图13的分解透视图。

图16是无抱持箍地把本发明的密封箍与管外径复“0”的预安装局部剖视图。

图17是手指拧紧状态的本发明的双箍式挤压连接结构的装配局部视图。

图18是扳手最终拧紧状态的本发明的双箍式挤压连接结构的装配局部视图。

图19是本发明的双箍式挤压连接结构在扳手拧紧时形成的双楔止驱与防震御振结构。

具体实施方式

本发明的单箍式和双箍式挤压连接管接件都是一种把平滑管连接在其它管路口的管接件。为了把平滑管连接在其它管路口，当然在管接件中，除了管挤压连接端外，还有其它连接端，如螺纹、焊接等连接端。如果连接的都是平滑管，则管接件中全是管挤压连接端。图1和图5所示的本发明的单箍式挤压连接管接件以及图13和图15所示的本发明的双箍式挤压连接管接件，都是一个把平滑管连接在其它内螺纹口的管接件。

本发明的单箍式挤压连接管接件，如图1和图5所示，由连接体(1)、挤压箍(2)和驱动螺母(3)组成；本发明的双箍式挤压连接管接件，如图13和图15所示，由连接体(1)、密封箍(2a)、抱持箍(2b)和驱动螺母(3)组成。在这两个实施例中，除了其中的挤压箍外，其它结构完全一样，选择安装单箍式的挤压箍(2)就是单箍式，选择安装双箍式的挤压箍(密封箍(2a)加抱持箍(2b))就是双箍式，或者说，其中的单挤压箍和双挤压箍是可互换地共在一个体系中，或者更确切地说，是可互换地共在ISO 8434-1体系中，除了它们的挤压箍的结构和驱动螺母的驱动锥角外，其它结构与ISO 8434-1结构一模一样。

如图6和图7所示，现有技术的ISO 8434-1标准驱动螺母(3)的驱动锥面半角是45°，相应的箍尾楔角或箍反挤螺母的楔角β＝90°-45°＝45°；如图8和图9所示，本发明的驱动螺母(3)的驱动锥面半角是60°，相应的箍尾楔角或箍反挤螺母的楔角β＝90°-60°＝30°。实际上，无论是单箍式还是双箍式，箍反挤螺母的楔角β小于现有技术的45°时，就可取得降低安装拧紧操作力矩、增加安装拧紧操作“止感”等效果。

本发明的单箍式的挤压箍和双箍式的密封箍都可由现有技术的DIN 3861-2002标准A型挤压箍(如图3所示)改编而成。如图2和图14所示，首先是单箍式的挤压箍和双箍式的密封箍的箍头外部结构可完全一样，B和C圆间锥面半角即箍头楔角α，与现有技术一样，为12°，B圆外径大致与连接体内锥口直径一样，B和D圆间轴向距离大致是连接体内锥口深度的1/2，C和D圆间轴向距离大致是B和D圆间轴向距离的1/3，箍头刃D处的厚度大致是连接管公称外径的0.015倍；其次是单箍式的挤压箍和双箍式的密封箍的箍头内圆台锥面锥度可与外圆台B-C锥面一致，而且其箍内刃E圆与外B圆共面，只是单箍式的箍内刃尖角E为90°，双箍式的箍内刃尖角E为120°；再其次是单箍式的挤压箍外两个圆柱台阶面的直径和台阶位置可与与现有技术一样，双箍式的密封箍外中部圆台锥面半角为5°，圆台位置和高度与单箍式的挤压箍外中部圆柱高度和位置一致，双箍式的密封箍外台阶圆柱面直径比单箍式的大，但不得大到同螺母的螺纹底孔有干涉；再其次是单箍式的箍尾受驱圆弧面的圆弧所对的弦与驱动面平行，圆弧弓形高度和箍尾端部驱动解除圆环H的宽度均为连接管公称外径的0.01倍；最后是双箍式的密封箍尾部辅助外锥面的位置和锥角(120°)与驱动螺母的驱动面协调一致，箍尾锥口锥角为90°-150°(120°)，箍尾锥口大小应正好适应抱持箍的全程驱挤。抱持箍的内径为被连管最大外径，抱持箍的全程驱挤直径缩小量就是钢丝直径，也就是双箍式挤压连接管接件可适应的被连管外径变化的大小，因此，抱持箍的钢丝截面直径可参照市场普通钢管公差选定。

通过在箍内刃E的挤压表面上适当开槽，可单独解除箍内刃E的密封功能而可测试箍头刃D的密封功能；根据测试结果和需要，可通过调整箍头刃D处的厚度或密封悬臂CD的长度来调整箍头刃D的密封或挤管力度。适当调取箍头B圆直径和箍尾外台阶圆柱面的直径可以调整挤压连接的刚性和最大安装拧紧操作力矩等。适当调取双箍式密封箍尾的受驱锥口角度可改变安装拧紧操作力矩的大小及调整密封和紧固动作的转换时刻——或提前或推迟紧固动作。

上述赋值仅仅是实施本发明的一个实例。由于影响管挤压连接性能的参数多，因此，适当改变局部或全部赋值都有可能实现本发明。也就是说，实施本发明的赋值方案很多，或者说，本发明的单挤压箍和双挤压箍还可共在一个非ISO 8434-1体系中。

Claims

1.一种单箍式挤压连接管接件，由连接体、挤压箍和驱动螺母组成，连接体外有驱动螺母啮合螺纹，连接体内依次是通孔、台阶孔和锥口，连接体内通孔直径大致等于被连管内径，连接体内台阶孔比被连管外径稍大，连接体内锥口用于接纳挤压箍，套装在驱动螺母和挤压箍中的被连管就插装在这组孔内，或抵着台阶或不抵着台阶，驱动螺母通过同连接体的螺纹啮合，把挤压箍驱挤在连接体和被连管间，完成对被连管和连接体的密封和紧固连接，其特征是所述挤压箍是靠着连接体内锥口面通过密封悬臂头实施挤管密封的。

2.一种按权利要求1的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述挤压箍的箍尾楔角β小于45°，即所述驱动螺母的驱动锥面角大于90°。

3.一种按权利要求1的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述挤压箍的尾口局部端面不触及所述驱动螺母的驱动面，所述驱动螺母通过纵剖面内的点接触开始驱动箍尾。

4.一种按权利要求1的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述挤压箍的箍头楔角α＝12°，所述挤压箍的箍尾楔角β小于45°，即所述驱动螺母的驱动锥面角大于90°。

5.一种按权利要求2的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述挤压箍的箍尾楔角β等于30°，即所述驱动螺母的驱动锥面角等于120°。

6.一种按权利要求3的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述的点接触是由驱动螺母的驱动锥面和挤压箍尾的弧形面配合提供的。

7.一种按权利要求4的单箍式挤压连接管接件，其特征是所述挤压箍的箍尾楔角β等于30°，即所述驱动螺母的驱动锥面角等于120°。

8.一种双箍式挤压连接管接件，由连接体、密封箍、抱持箍和驱动螺母组成，连接体外有驱动螺母啮合螺纹，连接体内依次是通孔、台阶孔和锥口，连接体内通孔直径大致等于被连管内径，连接体内台阶孔比被连管外径稍大，连接体内锥口用于接纳密封箍，套装在驱动螺母、抱持箍和密封箍中的被连管就插装在这组孔内，或抵着台阶或不抵着台阶，驱动螺母通过同连接体的螺纹啮合，把密封箍和抱持箍驱挤在连接体和被连管间，完成对被连管和连接体的密封和紧固连接，其特征是所述密封箍是靠着连接体内锥口面通过密封悬臂头实施挤管密封的。

9.一种按权利要求8的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述抱持箍是一圈开口圆截面钢丝，通过所述驱动螺母的内锥面驱入所述密封箍尾的受驱内锥面。

10.一种按权利要求8的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述抱持箍是一圈开口的非圆截面钢圈，所述非圆截面的挤管段是圆弧，其驱动段和受驱段是直线或非圆弧曲线。

11.一种按权利要求8的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述密封箍的箍头楔角α＝12°，所述驱动螺母的驱动锥面角大于90°，即所述抱持箍反挤所述驱动螺母的楔角β小于45°。

12.一种按权利要求8的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述密封箍的箍尾受驱锥角不小于90°又不大于150°。

13.一种按权利要求11的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述抱持箍反挤所述驱动螺母的楔角β不小于15°又不大于30°，即15°≤β≤30°。

14.一种按权利要求11的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述驱动螺母的驱动锥面角等于120°，即所述抱持箍反挤所述驱动螺母的楔角β等于30°。

15.一种按权利要求12的双箍式挤压连接管接件，其特征是所述密封箍的箍尾受驱锥角等于120°。

16.一种单双箍共体式挤压连接管接件，由连接体、挤压箍和驱动螺母组成，连接体外有驱动螺母啮合螺纹，连接体内依次是通孔、台阶孔和锥口，连接体内通孔直径大致等于被连管内径，连接体内台阶孔比被连管外径稍大，连接体内锥口用于接纳挤压箍，套装在驱动螺母和挤压箍中的被连管就插装在这组孔内，或抵着台阶或不抵着台阶，驱动螺母通过同连接体的螺纹啮合，把挤压箍驱挤在连接体和被连管间，完成对被连管和连接体的密封和紧固连接，其中挤压箍是单箍或双箍，双箍由密封箍和抱持箍组成，其特征是所述连接体和所述驱动螺母是单、双箍结构通用的，且所述驱动螺母的机械强度高于所述连接体的机械强度，所述单箍和双箍是可互换的，即选择安装单箍式的挤压箍就是单箍式挤压连接管接件，选择安装双箍式的挤压箍就是双箍式挤压连接管接件，所述单箍式的挤压箍和所述双箍式的密封箍都是靠着连接体内锥口面通过密封悬臂头实施挤管密封的。