專利名稱：具有加固結構的耐壓液壓軟管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓軟管，尤其是涉及一種采用至少一組耐壓絲線進行加固的具 有加固結構的耐壓液壓軟管。
背景技術：
眾所周知，在工業和非工業系統中，在各種操作條件，如彎曲、扭曲、擠壓(榨壓) 和牽拉條件下，柔性液壓軟管能夠經受內高壓或者外高壓的壓力，得到廣泛的應用。現有技術中的液壓軟管，其在柔性材料制成的核心內管外圍，設置有浸埋在彈性 材料(elastomeric)中的至少一組耐壓材料，并在其上覆蓋一層柔性材料。該核心內管或者其外圍的材料成分可以是下列成分中的任意組合彈性材料，聚 合材料，或者是兩種材料的交迭層。柔性軟管的主要特性是柔韌性，因此，與剛性的金屬管相比，柔性軟管可以在相互 移動的物體之間提供柔性連接，而且安裝簡便。為了滿足這些要求，柔性液壓軟管需要具備 以下的基本功能1、承受內部壓力和/或承受結合有附加負載的外部壓力；以及2、提供令人滿意的柔韌性和密實度(在本說明書中，密實度被定義為制造具有給 定的內徑和減小的外徑的軟管的能力)。減小液壓軟管的外徑尺寸可以減小軟管的慣性矩，提高柔韌性，減小軟管與配件 的聯結點的單位面積的應力，并且可以節省彈性材料和金屬材料。為了使用較少的材料消耗而獲得更為密實和柔韌的軟管，并使其具有不變的或改 進的耐破度(burst strength)和脈沖耐壓度(pul se pressure resi stance)，現有技術中 的設計生產方式是1)提高圓截面的加固鋼絲的抗拉力，同時減小鋼絲的直徑；2)加大非圓截面的加固鋼絲的橫截面面積，同時減小鋼絲的徑向尺寸。運用這兩種方式，發展出利用高強度、超高強度、極高強度的扁平截面鋼絲進 行加固的方案，該扁平截面鋼絲是利用滾壓工藝由傳統圓截面鋼絲制成(如專利申請 W02005/108846A1)。然而，第一種方式受限于圓截面鋼絲材料的物理特性。通常地，現有技術中所使用 的圓截面鋼絲材料，由于物理特性的限制，抗拉力極限為3050 3350MPa，當抗拉力值高于 其上時，材料會產生嚴重脆裂，從而無法獲得更好的抗拉性。這極大地限制了圓截面鋼絲材 料作為液壓軟管加固材料在提高抗壓性、密實度和柔韌性方面的發展，特別是在大、中尺寸 的液壓軟管方面的應用。不同地，專利申請W02005/108846A1公開了一種扁鋼絲，有兩個平行邊和兩個具 有自然曲率的圓邊，其優點是，在具有相同性能的同時結構更加密實；該專利申請還聲稱， 通過將圓截面鋼絲碾壓成扁橫截面鋼絲，可得到更大的展延性，其抗脆裂性能得以加強。在該專利申請中還聲稱具有另一個優點是，這種扁平橫截面鋼絲用于螺旋纏繞型(spiraled)或編織型(braided)結構時，由于鋼絲的接觸面增大，其有助于減少圓截面鋼 絲常有的“摩擦腐蝕(fretting)”磨損。但是，上述解決方案由于其截面幾何結構高度不對稱而存在著一些缺陷，這種扁 平橫截面鋼絲在用于螺旋纏繞型和編織型結構時，當其被纏繞到被加固物體時，不可以均 勻分布動態耐壓荷載，引起撓度(彎曲壓)、牽引度(張應力)和扭曲度(扭應力)的聯合 作用，與現有的幾何結構均勻的圓截面鋼絲相比，造成局部負荷超出達10%。此外，還有一個缺陷在于，由于鋼絲外輪廓的不連續性，在其扁平表面和圓表面之 間形成的過渡線(其成為加固鋼絲之間的接觸界面)上，特別是在編制型結構中，會產生比 圓橫截面鋼絲更為嚴重的缺口效應(notch effect) 0更進一步地，當扁平橫截面鋼絲沒有被放置到相對于內管的正確位置上時，即，當 扁平表面不是垂直于軟管直徑，而是幾乎平行于軟管時，高度較小的鋼絲和/或所出現的 過渡線成為磨損彈性內管的缺口，在短時間內造成軟管的破損，引起漏油。如果扁鋼絲被扭 轉，這種效應會由于覆蓋率減小而變得更加嚴重。所述覆蓋率是指，加固鋼絲的內表面面積和需要加固的液壓軟管的全部外表面面 積之間的比率。這種加固結構的幾何結構的另一個缺陷在于，它基本上具有兩個有利的設置方 式1、使扁平側面平躺在所纏繞的元件上(垂直于管徑)；2、使扁平側面垂直于所纏繞的元件(平行于管徑)。在存在扭轉的情況下，僅有四種可能的定向方案，相互之間為90度，扭力被集中 在一個很短的長度內，從而在加固結構中引起高于圓截面鋼絲的額外的應力。作為一種可替代的方案，美國專利US 6，390，141公開了一種液壓軟管，其聲稱的 液壓軟管通過一螺旋加固層進行加固，該螺旋加固層被纏繞在第一層彈性材料上，并插入 在第一層和第二層彈性層之間。根據該發明，有可能獲得能夠承受更大外部壓力的液壓軟 管，高達^Mpa;比前述軟管，該發明的液壓軟管的抗壓力大幅度提高。這種液壓軟管采用 一層或者有限幾層嵌入在彈性材料之間的金屬絲加固，但其并不能適用于要求液壓管路承 受高壓或者中壓的環境。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種具有加固結構的耐壓液壓軟 管，其能夠較好地承受內壓和/或結合有附加負載的外壓，并且具有更好的柔韌度和密實度。本發明的目的還在于，提供一種高強度鋼絲制成的加強結構，其幾何結構可以更 有效地利用空間，增加接觸面而不影響其連續性，并且使得在各種使用條件下所造成的負 荷組合得到更有效地分配。本發明的目的還在于，提供一種具有加固結構的耐壓液壓軟管，在不減少加固材 料的情況下，具有較小的加固鋼絲總厚度，其不需要增加加固鋼絲的總厚度來提高其抗壓 性。為了實現本發明的目的，本發明的技術方案如下
一種具有加固結構的耐壓液壓軟管，包括由第二柔性材料制成的內層軟管，卷繞 在所述內層軟管上的至少一組由第一耐壓材料制成的絲線，和覆蓋在所述絲線上的第三柔 性材料，其特征在于，所述至少一組由第一耐壓材料制成的絲線至少確定一個加固層，所述 加固層至少覆蓋所述內層軟管的70%的外表面。優選地，所述絲線的橫截面為具有圓角的大致正方形截面，所述大致正方形截面 的縱橫比等于或大于0. 95，所述圓角的半徑Rl足夠小以使得絲線橫截面相比于不具有圓 角的同樣尺寸的正方形，被減小的面積小于20%。可替換地，所述絲線橫截面的邊為半徑R2 > L*0. 6的圓弧邊，所述絲線橫截面的 圓角半徑Rl < L*0. 5，其中，所述絲線橫截面內接于邊長為L的正方形。優選地，所述絲線橫截面為大致八角形截面，所述大致八角形截面的相鄰邊以圓 角相接，該圓角的半徑為R3 < L*0. 25，所述絲線橫截面相比于不具有圓角的邊長為L的正 方形，被減小的面積小于20%。優選地，所述加固層的層數可以是在2至6層之間，每個所述加固層覆蓋所述內層 軟管的75%至95%的外表面(第一層覆蓋內層軟管，第二層覆蓋第一層，依此類推)。優選地，所述制成內層軟管的第二柔性材料，可以是彈性材料，或者是聚合物材料 或者是兩種材料的組合連續層。優選地，覆蓋在所述絲線上的第三柔性材料，可以是彈性材料，或者是聚合物材料 或者是兩種材料的組合連續層。優選地，所述第一耐壓材料為耐壓范圍在2200MPa至3350Mpa之間的鋼絲。其中，所述絲線可以以螺旋纏繞的方式設置，從而使所述耐壓液壓軟管成為螺旋 纏繞型液壓軟管；或者所述絲線以編織的方式設置，從而使所述耐壓液壓軟管成為編織型 液壓軟管。實施本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管，可以為液壓軟管提供最佳的耐壓性 能，而無論是外壓力還是內壓力，同時，由于加固結構的形狀和加固結構的總厚度減小，本 發明的液壓軟管具有高度的柔性和密實度。而且，本發明所采用的絲線，無論其橫截面形狀 如何，都具有連續的表面，因而，抗靜力和抗疲勞的性能得以提高。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具 體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。圖1為本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管的一個實施例的結構示意圖，示出 了螺旋纏繞型(spiraled)軟管；圖2為本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管的另一個實施例的結構示意圖，示 出了編織型(braided)軟管；圖3為用于本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管的加固絲線的第一實現方式 的橫截面示意圖；圖4為用于本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管的加固絲線的第二實現方式 的橫截面示意圖5為用于本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管的加固絲線的第三實現方式 的橫截面示意圖；圖6為三種不同形狀截面(圓形截面、具有圓角的大致正方形截面、扁平截面)的 加固絲線的在兩個軸線方向上的比較示意圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的一個實施例的螺旋纏繞型液壓軟管。該液壓軟管1包括 至少一組由第一材料制成的絲線2，較佳地，該組絲線2以耐壓鋼絲制成，卷繞到由第二材 料制成的軟管3上，以增強其耐壓性，所述第二材料可以是橡膠或塑料，或者是兩者相層疊 或者復合的材料。所述絲線2確定的至少一層加固層4螺旋狀地卷繞，覆蓋內層軟管3的外表面3a 的至少70%。通常，加固層4的層數為2-6層，每個加固層之上覆蓋有第三柔性材料(中間 層)，這些加固層覆蓋內層軟管3的外表面3a的至少75-95%。每個加固層4相對于內層 軟管3以同軸定位。螺旋纏繞型液壓軟管的制作工藝如下內層軟管3被連續饋送入卷繞機 (spiraling machine)中，所述卷繞機包括有多個載體(或稱平臺)，每個載體載有錠子(16 到100個)，并繞待加固的軟管轉動。每個錠子(spindle)上裝載著繞有一根或多根加固絲 的筒管(bobbin)。圖2示出了根據本發明的另一個實施例的編織型液壓軟管。編織型液壓軟管的制作工藝與螺旋纏繞型液壓軟管的工藝相似，其區別在于，絲 線在纏繞時，可以相互交疊(通常是來自第一載體的絲線和來自第二載體的絲線相交錯)。每個載體相對于前一個載體以相反方向轉動；載體的旋轉速度、內層軟管的饋送 速度和內層軟管的直徑決定了加固層的絲線排列角度。對于包括多個加固層的螺旋纏繞型或編織型液壓軟管，通常各加固層相對于內層 軟管的纏繞方向是交替變化的。每個加固層含有一組絲線，相鄰加固層的絲線之間形成一 個不等于零的夾角(即，各加固層的最佳纏繞角度略微變化)，以增強所述液壓軟管的耐壓 性能。根據第一種可實現方式，如圖3所示，絲線橫截面加為一個具有圓角的大致正方 形，所述圓角的半徑Rl足夠小以使得絲線橫截面相比于不具有圓角的相同尺寸的絲線的 正方形橫截面，被減小的面積小于20%。更佳地，所述絲線的橫截面的被減小的面積小于 10%。其中，所述“大致正方形截面”是指縱橫比(T/W)大于或者等于0. 95的正方形截 面；絲線截面加可內接于邊長為L的正方形，所述絲線橫截面加有四條邊，且具有四個圓 角，四個圓角的倒角半徑Rl < L*0. 5。可用于本發明實施例的該耐壓鋼絲線通常是五種類型的鋼絲(低、正常、高、超 高、極高耐壓)，耐壓范圍在2200ΜΙ^至3350Mpa之間，這些類型的鋼絲可以通過對材料的化 學處理結合適當的生產工藝(如熱處理、機械加工)而得到。本發明實施例的這種結構，可以通過模具滾壓工藝滾壓正方形截面的絲線的四個 尖角，從而形成平滑過渡的圓形倒角而獲得，或者通過模具壓延工藝獲得。
另外，通過采用不同的工藝方法，可以獲得如圖4所示的絲線橫截面2b，其為圖2 所示的絲線橫截面加的一般情形。絲線橫截面2b的邊為半徑R2 > L*0. 6的圓弧邊，其圓 角半徑Rl < L*0. 5。另外一種情況是，如圖5所示，絲線橫截面2c為大致八角形橫截面，各邊以圓角相 接，該圓角的半徑為Rl <L*0.5。各個絲線橫截面形狀2a，2b, 2c,都可以利用成型工具，通過模具滾壓工藝或模具 壓延工藝而獲得。無論采用何種形狀，各絲線的截面都沿著周邊具有連續的和可變的曲率，而沒有 尖角。更佳地，為達到更高的耐壓性，可以以同軸的定向，使用具有橫截面加，2b或2c的 耐壓絲線，在內層軟管上以最佳纏繞角度卷繞更多的加固層，以最大程度利用空間，在使用 狀況下增強材料的耐壓性。本發明的具有加固結構的耐壓液壓軟管，具有如下有益效果為液壓軟管提供一 個最佳的耐壓性能，而無論是外壓力還是內壓力，同時，由于加固結構的形狀和加固結構的 總厚度減小，本發明的液壓軟管具有高度的柔性；相對于達到相同性能的現有技術的耐壓 的液壓軟管，本發明的液壓軟管的慣性動量減少了 60%。本發明的耐壓的液壓軟管的另一個有益效果是，其由于具有螺旋狀的卷繞加固結 構，可以同時經受拉力、彎曲力、扭力的作用；由于這些合力以最佳的方式分布在加固材料 的整個截面上，用范米斯綜合應力(VON Mises)表示，相比同樣面積的圓截面絲線，本發明 的絲線所受壓力減少達5 %，或相比同樣面積的扁平截面絲線，本發明中的絲線所受壓力減 少達15%。這是因為，本發明中，沿絲線的橫截面的兩個軸線方向上，絲線表面和絲線中心的 材料分布較為對稱。圖6示出了三種不同形狀截面(普通的圓形截面、本發明的具有圓角的 大致正方形截面、現有技術的扁平截面)的加固絲線的在兩個軸線方向上的比較示意圖。此外，對于同樣的尺寸，采用本發明的絲線的截面形狀在沿著兩個主要的軸向上 可以容納更多數量的加固材料。更具體地，采用沒有圓角的正方形截面的絲線的體積占有 值(value of occupied volume)為1，采用內切于該正方形的圓形截面的絲線的體積占有 值為78. 5 %，而采用本發明的大致正方形橫截面絲線的體積占有值可達80 %以上。本發明的另一個有益效果是，所述絲線，無論其橫截面形狀如何，都具有連續的表 面。更確切地說，由于絲線的外表面沒有不連續的情況，其抗靜力和抗疲勞的性能得以提 高，同時避免缺口因素(notching factors)的出現。最后應當說明的是，很顯然，本領域的技術人員可以對本發明的具有加固結構的 耐壓液壓軟管進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。凡采用等同替換或等效 變換形成的技術方案，均落在本發明所要求的保護范圍之內。
權利要求
1.一種具有加固結構的耐壓液壓軟管，包括由第二柔性材料制成的內層軟管，卷繞在 所述內層軟管上的至少一組由第一耐壓材料制成的絲線，和覆蓋在所述絲線上的第三柔性 材料，其特征在于，所述至少一組由第一耐壓材料制成的絲線至少確定一個加固層，所述加 固層至少覆蓋所述內層軟管的70%的外表面。
2.根據權利要求1所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線的橫截面為具有圓角 的大致正方形截面，所述大致正方形截面的縱橫比等于或大于0. 95，所述圓角的半徑Rl足 夠小以使得所述絲線的橫截面相比于不具有圓角的同樣尺寸的正方形，被減小的面積小于 20%。
3.根據權利要求2所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線的橫截面的邊為半徑 R2 > L*0. 6的圓弧邊，所述絲線的橫截面的圓角半徑Rl < L*0. 5，其中，所述絲線的橫截面 內接于邊長為L的正方形。
4.根據權利要求1所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線的橫截面為大致八角 形截面，所述大致八角形截面的相鄰邊以圓角相接，該圓角的半徑為R3 < L*0. 25，所述絲 線的橫截面相比于不具有圓角的邊長為L的正方形，被減小的面積小于20%。
5.根據權利要求2或3或4所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線的橫截面的被 減小的面積小于10%。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述加固層的層數 在2至6層之間，在各個所述加固層之上均覆蓋有所述第三柔性材料，每個所述加固層覆蓋 所述內層軟管的75%至95%的外表面。
7.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述加固層相對于 所述內層軟管以同軸定位。
8.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述液壓軟管包括 多個加固層，相鄰加固層的絲線之間形成一個不等于零的夾角，以增強所述液壓軟管的耐 壓性能。
9.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述至少一組絲線 通過模具滾壓工藝制成。
10.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述至少一組絲線 通過模具壓延工藝制成。
11.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述制成內層軟管 的第二柔性材料，是彈性材料，或者是聚合物材料，或者是兩種材料的組合連續層。
12.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，覆蓋在所述絲線上 的第三柔性材料，是彈性材料，或者是聚合物材料，或者是兩種材料的組合連續層。
13.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述第一耐壓材料 為耐壓范圍在2200MPa至3350Mpa之間的鋼絲。
14.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，每個所述絲線的截 面沿著周邊具有連續的和可變的曲率，而沒有尖角。
15.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線以螺旋纏 繞的方式設置，使所述耐壓液壓軟管成為螺旋纏繞型液壓軟管。
16.根據權利要求1-4中任一項所述的耐壓液壓軟管，其特征在于，所述絲線以編織的方式設置，使所述耐壓液壓軟管成為編織型液壓軟管。
全文摘要
本發明公開一種具有加固結構的耐壓液壓軟管，包括由第二柔性材料制成的內層軟管，卷繞在所述內層軟管上的至少一組由第一耐壓材料制成的絲線，和覆蓋在所述絲線上的第三柔性材料，其中，所述至少一組由第一耐壓材料制成的絲線至少確定一個加固層，所述加固層至少覆蓋所述內層軟管的70％的外表面。本發明的具有加固結構的液壓軟管具有改良的密實度、柔韌性和抗壓性。
文檔編號F16L11/00GK102062267SQ20091022333
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者保羅·瑟吉奧, 法布里齊奧·苯蒂尼 申請人:瑪努利液壓器材(蘇州)有限公司