[发明专利]具有加固结构的耐压液压软管

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压软管，尤其是涉及一种采用至少一组耐压丝线进行加固的具有加固结构的耐压液压软管。

背景技术

众所周知，在工业和非工业系统中，在各种操作条件，如弯曲、扭曲、挤压(榨压)和牵拉条件下，柔性液压软管能够经受内高压或者外高压的压力，得到广泛的应用。

现有技术中的液压软管，其在柔性材料制成的核心内管外围，设置有浸埋在弹性材料(elastomeric)中的至少一组耐压材料，并在其上覆盖一层柔性材料。

该核心内管或者其外围的材料成分可以是下列成分中的任意组合：弹性材料，聚合材料，或者是两种材料的交迭层。

柔性软管的主要特性是柔韧性，因此，与刚性的金属管相比，柔性软管可以在相互移动的物体之间提供柔性连接，而且安装简便。为了满足这些要求，柔性液压软管需要具备以下的基本功能：

1、承受内部压力和/或承受结合有附加负载的外部压力；以及

2、提供令人满意的柔韧性和密实度(在本说明书中，密实度被定义为制造具有给定的内径和减小的外径的软管的能力)。

减小液压软管的外径尺寸可以减小软管的惯性矩，提高柔韧性，减小软管与配件的联结点的单位面积的应力，并且可以节省弹性材料和金属材料。

为了使用较少的材料消耗而获得更为密实和柔韧的软管，并使其具有不变的或改进的耐破度(burst strength)和脉冲耐压度(pulse pressure resistance)，现有技术中的设计生产方式是：

1)提高圆截面的加固钢丝的抗拉力，同时减小钢丝的直径；

2)加大非圆截面的加固钢丝的横截面面积，同时减小钢丝的径向尺寸。

运用这两种方式，发展出利用高强度、超高强度、极高强度的扁平截面钢丝进行加固的方案，该扁平截面钢丝是利用滚压工艺由传统圆截面钢丝制成(如专利申请：WO2005/108846A1)。

然而，第一种方式受限于圆截面钢丝材料的物理特性。通常地，现有技术中所使用的圆截面钢丝材料，由于物理特性的限制，抗拉力极限为3050～3350MPa，当抗拉力值高于其上时，材料会产生严重脆裂，从而无法获得更好的抗拉性。这极大地限制了圆截面钢丝材料作为液压软管加固材料在提高抗压性、密实度和柔韧性方面的发展，特别是在大、中尺寸的液压软管方面的应用。

不同地，专利申请WO2005/108846A1公开了一种扁钢丝，有两个平行边和两个具有自然曲率的圆边，其优点是，在具有相同性能的同时结构更加密实；该专利申请还声称，通过将圆截面钢丝碾压成扁横截面钢丝，可得到更大的展延性，其抗脆裂性能得以加强。

在该专利申请中还声称具有另一个优点是，这种扁平横截面钢丝用于螺旋缠绕型(spiraled)或编织型(braided)结构时，由于钢丝的接触面增大，其有助于减少圆截面钢丝常有的“摩擦腐蚀(fretting)”磨损。

但是，上述解决方案由于其截面几何结构高度不对称而存在着一些缺陷，这种扁平横截面钢丝在用于螺旋缠绕型和编织型结构时，当其被缠绕到被加固物体时，不可以均匀分布动态耐压荷载，引起挠度(弯曲压)、牵引度(张应力)和扭曲度(扭应力)的联合作用，与现有的几何结构均匀的圆截面钢丝相比，造成局部负荷超出达10％。

此外，还有一个缺陷在于，由于钢丝外轮廓的不连续性，在其扁平表面和圆表面之间形成的过渡线(其成为加固钢丝之间的接触界面)上，特别是在编制型结构中，会产生比圆横截面钢丝更为严重的缺口效应(notch effect)。

更进一步地，当扁平横截面钢丝没有被放置到相对于内管的正确位置上时，即，当扁平表面不是垂直于软管直径，而是几乎平行于软管时，高度较小的钢丝和/或所出现的过渡线成为磨损弹性内管的缺口，在短时间内造成软管的破损，引起漏油。如果扁钢丝被扭转，这种效应会由于覆盖率减小而变得更加严重。

所述覆盖率是指，加固钢丝的内表面面积和需要加固的液压软管的全部外表面面积之间的比率。

这种加固结构的几何结构的另一个缺陷在于，它基本上具有两个有利的设置方式：

1、使扁平侧面平躺在所缠绕的元件上(垂直于管径)；

2、使扁平侧面垂直于所缠绕的元件(平行于管径)。

在存在扭转的情况下，仅有四种可能的定向方案，相互之间为90度，扭力被集中在一个很短的长度内，从而在加固结构中引起高于圆截面钢丝的额外的应力。