钢丝增强橡胶软管使用的重要性
橡胶软管是以橡胶配料为原料制造的软管 ,广泛应用于工业 、农业 、军工 、医疗和民生 。橡胶软管有纯胶软管 (非增强软管 )和增强软管之分 。增强橡胶软管系指在内胶层与外胶层之间或只在内胶层外面 (无外胶层 ) 有一层或多层增强材料层的软管 。增强层结构多种多样 ,而增强材料则基本有两大类：纤维和金属 (金属增强材料一般为钢丝 ) 。
软管压力等级
增强橡胶软管的工作压力 ,根据SAEJ 517 标准 ,大致分为5个等级:低压 ,中压 ,高压 ,甚高压 ,超高压 。在同一等级内 ,压力因软管内径而定 。在相同结构情况下 ,内径愈小 ,所能承受的压力就愈高 ; 内径愈大 ,所能承受的压力就愈低 。低压软管用纤维材料增强;中压软管可用纤维材料增强,也可用钢丝增强 ;而高压、甚高压和超高压软管一般均用钢丝增强 ,只有特殊用途的软管采用体积质量比钢丝小而抗拉强度比钢丝高的芳酰胺纤维材料增强 。钢丝增强橡胶软管的增强层有编织结构和缠绕结构 ,有时也采用二者混合结构 。在相同条件下 ,缠绕结构软管比编织结构软管具有更高的耐脉冲压力性能 。这是因为缠绕钢丝之间没有如编织结构那样的交织点 ,钢丝之间不会发生局部磨擦 。
钢丝编织结构
编织结构由正反两个方向走向的两股钢丝以 “两上两下”的形式相互交织而成 ,呈席纹结构 ,如图 1 所示 。根据软管压力要求 ,可为单层或双层 ,钢丝规格也有粗细之别。
钢丝缠绕结构
缠绕结构由两组相邻层钢丝呈反向螺旋缠绕而成 ,钢丝不相互交织 ,如图 2 所示 。钢丝缠绕层为偶数层 。根据软管压力要求 ,一般有 2 层、4 层和 6 层 之分 ,钢丝也有粗细之别。
特种大口径橡胶软管
钢丝编织和缠绕橡胶软管 ,内径一般在 51 mm 以下 。内径大于 51mm的软管 ,被称为大口径软管 , 如石油钻探橡胶软管 、海上输油橡胶软管 、码头排吸橡胶软管 、疏浚橡胶软管 、矿砂等固体物料输送橡胶软管 。农用排灌橡胶软管和其它排吸软管也属大口径橡胶软管 ,但其增强层主要是浸胶纺织物 (称为夹布层) ,而以铠装钢丝螺旋线辅之 ,以保持软管的圆环状和承受正Π负压力 。海上输油橡胶软管是内径为 150～600 mm的近海单点系泊原油输送软管 ,分水下和浮式两种 。由于这种软管使用条件苛刻 ,其结构比较复杂 ,除含有织物缓冲层外 ,增强层主要由多层钢丝帘线缠绕层和钢丝螺旋线构成 ,如图 3 所示 。帘线缠绕钢丝可为单根钢丝 ,也可为细的合股钢丝绳。石油钻探橡胶软管 ,内径为 64～102 mm,工作压力为 27～52MPa,是一种大口径超高压橡胶软管 。这种软管用单根粗钢丝或合股细钢丝绳缠绕增强 , 一般为 4 层 。 码头排吸橡胶软管 ,内径为 102～304 mm,工作 压力为 1. 55MPa ,用于码头与油轮之间排吸石油和石油制品 。它其实是码头与油轮输油管线之间的软连接 ,以适应油轮在水中的上下和水平浮动 。这种软管一般用钢丝帘线缠绕增强 ,并辅以粗钢丝螺旋线 。帘线层一般为 4 层 。这种排吸橡胶软管也可用于排吸其它化学品 。
钢丝在橡胶软管中的作用
增强橡胶软管是一种可屈挠的导管 ,用于输送液体 、气体和颗粒或粉末状固体物料 ,传递液压 、气压动力 。无论是输送物料 ,还是传递动力 ,软管都要 承受大小不等的内压或外压 (正压或负压 ) 。因此 , 钢丝增强层的主要作用就是加强橡胶软管 ,使其具 有耐正、负压力的能力 。橡胶软管在使用期间 ,尤其是液压软管 ,所承受的压力并不是恒定的 。它要承受从 0 压力到 125 %工作压力之间的周期脉冲压力 , 有时还要承受更高的瞬间冲击压力 。在橡胶软管设计中 ,需要对所要求的工作压力加上一个安全系数 ,即较为小爆破压力与较为大工作压力之比 。安全系数从 2 到 5 不等 ,一般为 4。橡胶软管 ,尤其是液压软管 ,在工作期间 ,不但要承受因压力而出现的内径增大 、缩小和长度伸长 、缩短的周期变化 ,而且还要承受因弯曲变形安装而造成的周期屈挠变化 。此外 ,还存在着所输送的物料和传递动力的介质 、气候和环境 、高温和低温等对内胶层和外胶层的劣化作用 。所有这些因素不但直接影响橡胶软管的使用性能 ,也影响软管的使用寿命。在橡胶软管设计中 ,对钢丝的考虑主要是抗拉 强度 、韧性 (屈挠性) 和规格 ,根据软管的压力等级选 择适当的钢丝 。一般说来 ,钢丝的抗拉强度愈低 ,屈挠性愈好 ,而抗拉强度愈高 ,尤其是在其上限 ,屈挠性就愈差 ,脆性就愈大 。但是 ,更为重要的是开发强度高而同时屈挠性也好的钢丝 ,这将对橡胶软管的使用性能和使用寿命的提高起重要作用 。钢丝与橡胶的粘合对橡胶软管 ,尤其是液压软 管的耐屈挠性能和脉冲性能是很重要的 。橡胶软管成型硫化之后 ,管体各组份之间粘合良好 ,使管体成为一不可分割的整体 ,这是软管设计必须考虑的问题之一 。
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