高压液压加强软管.pdf

本发明涉及一种液压软管，尤其是一种高压液压加强软管，包括待加固的柔性材料制成的内层软管结构，至少一组由高抗拉强度材料制成的数条钢丝，所述高抗拉强度材料制成的一组数条钢丝缠绕于内层软管结构，所述由高抗拉强度材料制成的数条钢丝至少形成一层加固层，所述加固层至少覆盖内层软管结构外表面面积的80％。本发明的优点是结构密实性高，扭转稳定性和柔韧度高，在承受内/外部高压差条件下，具有较高的柔韧度，另外，钢丝具有较大的填充系数，加固厚度降低，不影响爆破和脉冲阻力，原料少，耐磨损，使用寿命长。

1.  高压液压加强软管，包括待加固的柔性材料制成的内层软管结构，至少一组由高抗拉强度材料制成的数条钢丝，所述高抗拉强度材料制成的一组数条钢丝缠绕于内层软管，其特征在于：所述由高抗拉强度材料制成的数条钢丝至少形成一层加固层，所述加固层至少覆盖内层软管外表面面积的80％。

2.  根据权利要求1所述高压液压加强软管，其特征在于：所述加固层为两个以上多层时，各加固层均以同轴定位。

3.  根据权利要求1和2所述高压液压加强软管，其特征在于：所述相邻两层加固层的钢丝之间定位的最佳角度以实现容积利用最大化为基准。

4.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于：所述各加固层钢丝缠绕方向相对于内层软管中轴交替变化。

5.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于：所述高抗拉强度材料为高抗拉钢材。

6.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于：所述构成内层软管结构的柔性材料为橡胶。

7.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于所述构成内层管的柔性材料为聚合塑料。

8.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于：所述至少一组数条延伸横截面的钢丝，各单条钢丝横截面包括两个长边缘和两个短边缘并以长短相间围合而成，所述两个长边以第一半径R1向单条钢丝中心凹陷形成内凹弧面，所述两个短边以长边和短边之间的第二半径R2并远离单条钢丝中心外凸自然弯曲形成圆弧。

9.  根据权利要求8所述高压液压加强软管，其特征在于：所述第一半径R1与第二半径R2相等。

10.  根据权利要求9所述高压液压加强软管，其特征在于：所述至少一组数条连续弯曲的钢丝。

11.  根据权利要求10所述高压液压加强软管，其特征在于：所述至少一组数条由模具滚压工序制成的钢丝。

12.  根据权利要求10所述高压液压加强软管，其特征在于：所述至少一组数条由模具压延工序制成的钢丝。

13.  根据权利要求8所述的高压液压加强软管，其特征在于：：所述加固层为两个以上多层时，  相邻两层加固层的钢丝之间的定位是以一加固层第一半径R1构成的凹面和另一加固层第二半径R2构成的凸面相互叠加。

14.  根据上述一项或多项权利要求所述高压液压加强软管，其特征在于：所述至少一组数条钢丝的填充系数为90％～99％。

高压液压加强软管
技术领域
本发明涉及一种液压软管，尤其是一种至少采用一层钢丝进行加固的高压液压加强软管。
背景技术
众所周知，对于高压液压加强软管的需求持续增加。实际上，液压软管广泛被应用于工业和任何其他领域中的液压系统。无论在要求管体承受内高压或外高压的场合，还是管体内没有任何液压作用的场合，尤其是在要求管体承受内外高压差，而且同时保持足够的柔韧度的环境中，液压软管发挥着重要作用。由于这种特殊的功能要求，使液压软管的设计必须满足：尽量保证紧密的内部结构，并在软管直径减小或至少不加大的情况下增加加固钢丝数量。因此液压软管的设计思路始终是围绕着“在不影响液压软管的爆破和脉冲压力前提下，使用较少的原材料生产出密实、柔韧、加固厚度较薄的液压软管”，其具体方法是：第一种：通过增加圆截面钢丝的抗拉力，同时减小直径；或第二种：增加钢丝的轴向横截面，而减小钢丝的纵向垂直截面高度。运用这两种原理，从而引发了采用的“高强度”、“超高强度”和“极超高强度”的加固钢丝的解决方案和采用横截面扁钢丝的设计思路。“横截面扁钢丝”是指由两辊碾压形成的扁钢丝：此类钢丝在碾压作用方向上形成平面，而在无碾压作用方向上形成自然的流线型圆弧边缘。如果应用第一种解决方案，由于钢丝材料本身的物理和化学特性局限性，限制了钢丝的内在力学性能。事实上，通常采用的圆截面钢丝材料，在达到极限抗拉强度3350MPa时，极易造成材料截面裂缝以及材料脆断，这极大地限制了在大、中口径软管中使用小型圆截面钢丝来进一步加强液压软管的能力的可能性。所不同的是，横截面扁钢丝具有两个平行面和两个由于碾压自然形成的侧圆弧面，从而具有形成加固结构更加密实、而抗压性能不会改变的的优点。另外，由于对圆截面钢丝的碾压作用，横截面扁钢丝可产生更大的断裂拉伸率及屈服率，而钢丝的抗拉强度能保持与圆截面钢丝相同。用于编织或缠绕结构的横截面扁钢丝，得益于钢丝间接触面增大，因而可减少发生于圆钢丝中的摩擦，即“微震磨损”效应。以上了描述横截面扁钢丝的优点，但该几何结构也有其一些内在的缺点；在扁截面钢丝加工中，由于平面与圆弧面的过度处的不连续性会使其在动态荷载情况下易出现裂缝，而在液压软管的应用过程中的压力脉冲正是这种动态荷载。另外，已知横截面扁钢丝的另一个缺点是，由于扁截面钢丝的两圆弧侧面是在碾压过程中自然形成的圆弧凸面，这会导致该圆弧侧面的金属晶体饱和度降低，这可由“填充系数”表示。填充系数即为材料的横截面面积和具有与该横截面相等的宽度和高度而形成的矩形面积之间的比率。已知横截面扁钢丝的填充系数通常低于90％。最后，横截面扁钢丝还有一个缺点，即由于碾压工序所致，易形成内部或表面产生裂缝缺陷的危险，而这一缺陷所导致液压胶管在应用初期就发生无法预料的故障，尤其是在动态脉冲荷载作用下。可替代上述液压软管的产品在专利US 6.390.141中予以描述，其中论及一种由金属丝缠绕加固的液压软管，即金属丝通过螺旋缠绕在第一层弹性材料管上，并最终嵌入在第一层与第二层弹性材料之间所形成的液压软管。据该专利描述，基于其发明，可以生产出可抵御外部高压达28MPa的液压软管；这与在此之前设计的液压软管相比，该液压软管的抗外挤强度得到了显著提高。这种液压软管采用了一层或有限几层的嵌入弹性材料之间的金属丝加固，但并不能适合要求液压管路承受高压和中压的应用环境。
发明内容
本发明的目的之一就是为了解决采用现有技术的上述缺点而提出一种适合于要求液压管路承受内部和外部压力的新型液压软管，比已知液压软管表现出更大的扭转稳定性，同时增加柔韧度的高压液压加强软管。
本发明的另一个目标是，提供一种高压液压加强软管，使其加强结构具有允许范围内的最大填充系数。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
高压液压加强软管，包括待加固的柔性材料制成的内层软管结构，至少一组由高抗拉强度材料制成的数条钢丝，所述高抗拉强度材料制成的一组数条钢丝缠绕于内层软管，其特征在于：所述由高抗拉强度材料制成的数条钢丝至少形成一层加固层，所述加固层至少覆盖内层软管外表面面积的80％。
高压液压加强软管为在首层由柔性材料制成的内层软管上缠绕至少一层由高抗拉强度钢丝组成的加固层，从而使软管的柔性材料得到补强。
另外，该高压液压加强软管的特征及优点还至少体现如下：
该高压液压加强软管，其中所述当其加固层为两个以上多层时，各加固层钢丝均可以彼此进行同轴定位。
该高压液压加强软管，其中所述相邻两层加固层的钢丝之间同轴定位而达到的最佳缠绕角度，可以实现容积利用最大化。
该高压液压加强软管，其中所述各加固层钢丝缠绕方向相对于内层软管结构的中轴交替变化。
该高压液压加强软管，其中所述至少有一层数条横截面扁钢丝，各单条钢丝横截面包括两个长边缘和两个短边缘并以长短相间围合而成，所述两个长边以第一半径R1向单条钢丝中心凹陷形成内凹弧面，所述两个短边以长边和短边之间的第二半径R2并远离单条钢丝中心外凸自然弯曲形成圆弧。
本发明的其他特征和优点，将于对高压液压加强软管或类似软管的首选实施例中加以描述(但不具排他性)，根据本发明的附图纸予以说明。所附图纸用于说明之目的，不受形状或尺寸所限。
附图说明
图1为本发明横截面扁钢丝的透视结构示意图，结合图1表示。
图2为本发明两根横截面扁钢丝透视结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图所示，参考编号1，为高压液压加强软管，至少一层高抗拉强度钢丝组成的钢丝层2，高抗拉强度材料其高抗拉强度为2750~3050Mpa，在首选实施例中，优选为高抗拉钢材，为至少一层数条连续弯曲的钢丝缠绕于由柔性材料构成的内层软管3，该内层软管的柔性材料可为橡胶或聚合塑料(如工业尼龙配方塑料)。该层钢丝2至少确定一层加固层4，最少覆盖内层软管3外表面3a的80％。
根据本发明，所欲形成的首选形式是图1的形状，其特征为带有两个较长边缘的横截面，第一半径R1的凹面朝向单条钢丝中心，两个较短边缘按照长边和短边之间的第二半径R2垂直于碾压方向自然形成的圆弧形，其方式为沿整个横截面周边形成圆形轮廓。更精确的说，第一半径R1和第二半径R2实质上是相等的。首选钢丝形状可采用塑形工具通过模具滚压和模具压延工序形成。而且，如欲获得更高的总阻力，可采用由横截面扁钢丝2a制成的更多加固层4，同时可达到各加固层同轴定位的效果，其实质定位了缠绕的最佳角度，即沿着加固层的轴向方向精确地达到54度44分8秒，同时使容积利用达到最大化。本发明中，再多层加固层设计中，由于考虑到各层的共同作用效应最大化，各层的最佳缠绕角度稍有不同，按经验由里向外依次增大约2～3度。本发明中，通常加固层缠绕方向相对于软管中性轴交替变化。
现已证实，本发明高压液压加强软管完全符合预定任务和目标，可在内部和外部承受最佳压力，与此同时，比之现有最先进的软管，具有更高的扭转稳定性和柔韧性。本发明液压软管的另一个优点是，横截面扁钢丝具有均匀的连续剖面。本发明液压软管的再一个优点是，填充系数最大化，使得未用于加固的容积最小化。更精确的说，本发明钢丝的填充系数可达到90％至99％，而圆形横截面钢丝最大则为78.5％。本发明液压软管还有一个优点，即外剖面没有非连续面，这就大大提高了抗疲劳性。本发明液压软管的一个额外优点是，如图2所示，所述加固层4为两个以上多层时，相邻两层加固层4的钢丝之间的定位是以一加固层第一半径R1构成的凹面和另一加固层第二半径R2构成的凸面相互叠加，或者说几个加固层4的叠加方式是钢丝的凹面和末端相接，这可提高侧向稳定性和最大抗微震磨损性，使接触力沿表面分布，而非线性或边缘分布。
本发明高压液压加强软管可针对加固材料类型和形状的具体情况有所变化。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围之内。