卡套式管接头SolidWorks Simulation分析

　　1 引言

　　在船舶液压管路中，卡套式连接方式已替代了法兰式连接方式，其中不锈钢卡套式管接头具有耐腐蚀、耐高温、无需焊接、施工方便、防火、防爆、便于高空作业、可多次装配等优点，成为船舶液压系统中理想的连接件。

　　卡套是卡套式管接头的关键零件，为薄壁零件。卡套与不锈钢管、接头体、螺母均有作用力，在工作状态下卡套有较大的弹性变形。卡套的结构形状、尺寸、材料、载荷等因素对连接的密封性、防拔脱、防塑性变形等有密切而复杂的影响，为使不锈钢卡套式管接头（特别是在高压工况下）的可靠性能得到保证，本文利用 Simulation有限元分析软件对单刃口不锈钢卡套式管接头的预装进行应力，应变分析，为该型卡套式管接头的进一步设计和改进提供参考。同时为研究多刃口、双卡套等其它型式卡套式管接头的结构改进和优化提供一定的理论依据。

　　2 密封条件分析

　　 2.1 单刃口卡套式管接头

　　单刃口管接头由卡套、接头体、螺母和钢管4个零件组成，本文分析以M30×2(CB/T 3764-2008)卡套连接件为例，图1(a)为240接头体，图1(b)为240卡套，图1(c)为连接组装配，图中仅反映零件的主要结构和主要尺寸，其中α=24°±0.5°，β=60°±0.5°。

　　图1 卡套式管接头结构及主要尺寸图

　　接头体、钢管、螺母材料为ICr18Ni9，卡套材料为16Mn，主要机械性能参数参考表1。

　　表1 材料主要机械性能

　　 2.2 卡套式管接头密封原理

　　单刃口管接头装配时，卡套在螺母预紧作用下，紧贴接头体内锥面向前，并产生弹性变形，刃口部分内缩，紧贴并切入钢管外表面，与钢管形成密封，卡套外锥面与接头体内锥面、螺母内锥面紧贴，形成密封。装配后要求能承受40MPa以下的压力，并使卡套不发生塑性变形。

　　管路连接的泄漏流量估算计算公式：

　　式中，Q-间隙泄漏流量，mL/s；d-环形孔直径，mm；△-间隙量，mm；p-间隙两端压力差，9.8N/mm²；μ-动力粘度，kgs/mm²；L-间隙密封长度，mm；ε-偏心率。

　　根据公式可知：管接头泄漏量Q与△（间隙大小）的三次方，πd（密封截面周长）成正比，与L（密封长度）成反比。为达到良好的密封效果，接头体、钢管、螺母接触面表面粗糙度为Ra3.2，卡套外表面经抛光处理，粗糙度为Ra0.4。