Соединение гидравлического шланга без его зачистки с улучшенным уплотнением и удержанием шланга
Группа изобретений относится к соединениям для гидравлических шлангов и способу сборки соединения с гидравлическим шлангом. Сборка из гидравлического шланга и соединения выполнена с возможностью прикрепления соединения к гидравлическому шлангу способом без очистки шланга. Сборка из гидравлического шланга и соединения содержит множество зон уплотнения и удержания шланга в пределах соединения, каждая из которых включает в себя различные комбинации шипов, направленных радиально внутрь, и особенности поверхности, направленные радиально внутрь и наружу на внутреннем хвостовике соединения. При особом рассмотрении зоны, сориентированной, главным образом, на уплотнение, последняя включает в себя шип, направленный радиально внутрь, который действует совместно с цилиндрической поверхностью, примыкающей к первому и второму углублениям, направленным радиально внутрь. Но при обеспечении такой структуры внутренняя прослойка гидравлического шланга сжимается в большей степени, чем любая другая зона, но в то же время механическое напряжение в прослойке ослабляется за счет использования таких углублений. Изобретение повышает надежность соединения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение, в общем, относится к гидравлическим шлангам и, более конкретно, относится к соединениям для гидравлических шлангов.
Уровень техники
Многочисленные землеройно-транспортные машины используют гидравлическую жидкость под давлением в качестве механизма для выполнения работы. Например, в случае автогрейдера, нож, перемещающий грунт и расположенный внизу в зависимости от главной рамы, можно поднимать, поворачивать и наклонять, используя гидравлические шланги; хотя в случае экскаватора, стрела, установленная на мачте, может быть шарнирно сочленена с первым и вторым сочленением и ковшом на ее конце, каждый из которых связан с гидроцилиндром для выполнения движения. Другим примером является фронтальный погрузчик, в котором стрела погрузчика шарнирно сочленена, имеет поворачивающийся ковш или другое навесное оборудование, шарнирно прикрепленное к концу стрелы погрузчика. Гидроцилиндр подъема может быть связан со стрелой погрузчика, и гидроцилиндр наклона может быть связан с ковшом или другим навесным оборудованием. Когда требуется поднимать стрелу, гидравлическая жидкость подается в гидроцилиндр подъема, и когда требуется поворачивать ковш или навесное оборудование, гидравлическая жидкость может подаваться в гидроцилиндр наклона.
Для того чтобы управлять гидроцилиндрами на каждой из вышеупомянутых машин и других машинах с гидравлическим приводом, между гидравлическими насосами и гидроцилиндрами присоединяют гидравлические шланги. Насосы приводятся в действие с помощью двигателя, обычно дизельного двигателя, землеройно-транспортной машины. Обычно шланги представляют собой армированные шланги в том смысле, что они имеют внутреннюю эластомерную прослойку, армирующий слой, окружающий внутренний эластомерный слой, и внешнее эластомерное покрытие, окружающее армирующий слой. Эластомерная прослойка является гибкой для того, чтобы можно было выполнять перемещения между гидроцилиндрами и насосом и различными подвижными частями, находящимися на землеройно-транспортной машине. Прослойка армируется обычно металлическими проводами или оплетками для того, чтобы можно было выдерживать значительные давления, создаваемые гидравлической жидкостью, проходящей через шланг. Кроме того, эластомерное покрытие выполняют вокруг армирующего слоя для защиты шланга от воздействия внешней окружающей среды, истирания и условий эксплуатации.
Такие гидравлические шланги заканчиваются соединениями, которые позволяют подсоединить шланг к гидравлическому насосу, гидроцилиндру или другим элементам, которым необходимо гидравлическое давление, предусмотренное на землеройно-транспортной машине. Обычно такие соединения включают в себя внутренний хвостовик, который вставляется во внутреннее отверстие гидравлического шланга, и обжимное кольцо или внешнюю оболочку, продолжающуюся от хвостовика и расположенную концентрически от хвостовика, для обеспечения промежутка, принимающего шланг между ними. Затем обжимное кольцо обжимается в направлении хвостовика для сжатия гидравлического шланга в направлении хвостовика и фрикционного удержания его на месте. Дальний конец хвостовика можно завершить любым количеством различных конфигураций, включающих в себя шестигранную гайку с резьбой, соединение с развальцовкой, угловое соединение, охватываемое соединение, охватывающее соединение или тому подобное.
Вышеупомянутые типы соединений называются соединениями no-skive (без зачистки шланга (рукава)) в том смысле, что внешний слой эластомерного материала не нужно удалять перед прикреплением соединения. Предпочтительно, чтобы обжимное кольцо находилось в непосредственном зацеплении с внешним эластомерным покрытием и за счет использования достаточного количества зубьев или зубцов механический зажим проникал в эластомерное покрытие и входил в зацепление с расположенным ниже армирующим металлическим слоем. Альтернативно, некоторые соединения гидравлического шланга на самом деле необходимо зачищать или, другими словами, срезать для того, чтобы удалить внешнее эластомерное покрытие и открыть находящееся под ней металлическое армирующее покрытие. Только после удаления эластомерного покрытия такие соединения можно затем механическим способом соединить с металлическим слоем. Так как такие соединения требуют значительного количества ручного труда, соединения без зачистки шланга стали играть решающую роль в области соединений гидравлических шлангов.
Несмотря на то что они являются эффективными, пользователи и производители такого оборудования постоянно ищут способы для их улучшения. Две области, которые в настоящее время не являются достаточно оптимальными, представляют собой усилие удержания соединений гидравлического шланга и уплотнение, обеспечиваемое между соединением и шлангом. Можно представить, что такие шланги и оконечные соединения часто подвергаются сильному воздействию окружающих сред, тяговым усилиям и крутящим моментам. Соединения должны быть в состоянии выдержать такие повторяющиеся перемещения и жесткие условия, таким образом, поддерживая гидравлическое давление гидравлической жидкости, но это условие должно выполняться без утечки гидравлической жидкости. Соответственно, уплотнение между соединением и расположенным под ним гидравлическим шлангом должно оставаться неповрежденным на протяжении всего срока эксплуатации. Любая утечка может, по меньшей мере, привести к снижению оптимальной производительности землеройно-транспортной машины или, что более проблематично, может привести к полному выходу из строя машины. Это может привести не только к потере работоспособности, но гидравлическая жидкость как таковая при чрезмерных давлениях может представлять собой также фактор опасности.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом раскрытия выполнена сборка из гидравлического шланга и соединения. Сборка может включать в себя гидравлический шланг и соединение, прикрепленное к гидравлическому шлангу. Гидравлический шланг может включать в себя внутреннюю эластомерную прослойку, армирующий слой, который состоит из множества металлических проволок, окружающих внутреннюю эластомерную прослойку, и внешнее эластомерное покрытие, окружающее металлический армирующий слой. Внутренний хвостовик вставляется в шланг и находится в зацеплении с внутренней эластомерной прослойкой и внешним обжимным кольцом, окружающим внешнее эластомерное покрытие. Внешнее обжимное кольцо может включать в себя множество шипов, продолжающихся радиально внутрь, причем внутренний хвостовик может включать в себя множество углублений, направленных радиально внутрь, и зубцов, направленных радиально наружу, причем, по меньшей мере, один из шипов выровнен с возможностью позиционирования в направлении внутреннего хвостовика и примыкает, по меньшей мере, к двум углублениям, и, по меньшей мере, один из шипов выровнен с возможностью позиционирования в направлении одного из зубцов.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, третий ряд шипов включает в себя ряд шипов, выровненных с возможностью примыкания, по меньшей мере, к двум углублениям, представляет собой третий ряд шипов, и ряд шипов, который выровнен с одним из зубцов, выступающих радиально наружу, внутреннего хвостовика представляет собой первый ряд шипов.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, третий ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине двух металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс одна из металлических проволок.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, каждое из углублений, примыкающих к третьему ряду шипов, имеет глубину, равную приблизительно половине толщины прослойки.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, расстояние между третьим и четвертым рядами шипов равно приблизительно ширине восьми металлических проволок, расстояние между вторым и третьим рядом шипов равно приблизительно ширине десяти металлических проволок, и расстояние между первым и вторым рядами шипов равно приблизительно ширине десяти металлических проволок.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, второй ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине одной из металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс полторы металлические проволоки.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, второй ряд шипов выровнен с одним из углублений, продолжающихся радиально внутрь во внутреннем хвостовике, и углубления, выровненные со вторым рядом шипов, имеют глубину, равную приблизительно двадцати процентам толщины прослойки, и ширину, которая приблизительно в три раза больше толщины второго ряда шипов.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, первый ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине одной из металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс две металлических проволоки.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, зубец, выровненный с первым рядом шипов, имеет ширину, равную приблизительно трем металлическим проволокам.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, четвертый ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине трех металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс половина металлической проволоки.
В соответствии с другим аспектом раскрытия, выполнено шланговое соединение, которое может включать в себя внутренний хвостовик, внешнее обжимное кольцо, продолжающееся от внутреннего хвостовика и, по существу, концентрическое с внутренним хвостовиком, множество шипов, продолжающихся радиально внутрь от внешнего обжимного кольца в направлении внутреннего хвостовика, множество углублений, продолжающихся радиально внутрь на внутреннем хвостовике, причем, по меньшей мере, два из углублений, продолжающихся радиально внутрь, примыкают, по меньшей мере, к одному из шипов, продолжающихся радиально внутрь, и множество зубцов, продолжающихся радиально наружу на внутреннем хвостовике, причем, по меньшей мере, один из зубцов, продолжающихся радиально наружу, выровнен, по меньшей мере, с одним из шипов, продолжающихся радиально внутрь.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, множество шипов, продолжающихся радиально наружу, включает в себя первый, второй, третий и четвертый ряд шипов, где первый ряд шипов выровнен с одним из зубцов, продолжающихся радиально наружу, на внутреннем хвостовике и где третий ряд шипов выровнен с возможностью примыкания к первому и второму углублениям, продолжающимся радиально наружу в пределах внутреннего хвостовика.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, множество шипов, продолжающихся радиально внутрь, включает в себя наклонные боковые поверхности, каждая из которых имеет угол относительно продольной оси шипов, не более чем пятнадцать градусов.
В соответствии с другим аспектом раскрытия выполнена сборка гидравлического шланга и шлангового соединения, которая может содержать гидравлический шланг, имеющий прослойку, армирующий слой на покрытии и соединение, прикрепленное к шлангу. Соединение может иметь внутренний хвостовик и внешнее обжимное кольцо, причем хвостовик может иметь, по существу, цилиндрическую внешнюю поверхность, прерываемую множеством зубцов и углублений, при этом внешнее обжимное кольцо имеет множество шипов, причем, по меньшей мере, один шип выровнен с одним из зубцов, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по меньшей мере, с одним из углублений, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по существу, с цилиндрической внешней поверхностью и, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по существу, с цилиндрической внешней поверхностью и примыкает к двум углублениям.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, последовательные ряды расположенных по окружности шипов выполнены в первом, втором, третьем и четвертом рядах, причем высота шипов уменьшается от первого ряда к четвертому ряду и шипы имеют ширину вершины, которая увеличивается от второго ряда к четвертому ряду.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, первая зона может продолжаться между первым рядом и вторым рядом, вторая зона может продолжаться между вторым рядом и третьим рядом, третья зона может продолжаться между третьим рядом и четвертым рядом, и четвертая зона может продолжаться после четвертого ряда, где ширина зон уменьшается от второй зоны к третьей зоне, отклонение проволоки уменьшается от первой зоны к четвертой зоне и величина сжатия прослойки увеличивается от первого ряда к третьему ряду и уменьшается от третьего ряда к четвертому ряду.
В соответствии с еще одним аспектом раскрытия, выполнен способ сборки соединения с гидравлическим шлангом, который может содержать этапы, на которых вставляют соединение в гидравлический шланг, где гидравлический шланг имеет внутреннюю эластомерную прослойку, армирующий слой, окружающий эластомерную прослойку, и эластомерное покрытие, окружающее армирующий слой. Соединение может иметь внутренний хвостовик и окружающее обжимное кольцо с возможностью удержания шланга и уплотнения промежутка между ними. Способ включает в себя этап, на котором обжимают обжимное кольцо в направлении хвостовика, где множество шипов, которые продолжаются от хвостовика и проникают в покрытие для зацепления армирующего слоя, множество углублений и зубцов продолжается от внутреннего хвостовика для приема и проникновения в прослойку, соответственно, и множество шипов, углублений и зубцов из множества зон уплотнения и удержания шланга. Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором ослабляют напряжение в прослойке в пределах зоны уплотнения и удержания шланга, имеющей самый высокий уровень линейного сжатия при выравнивании шипов в пределах зоны, имеющей самый высокий уровень линейного сжатия с цилиндрической поверхностью внутреннего шипа и примыкающей к цилиндрической поверхности с первым и вторым углублениями.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, способ может дополнительно включать в себя этап, на котором обеспечивают множество шипов в первом, втором, третьем и четвертом рядах, расположенных по окружности шипов, причем первый ряд шипов содержит армирующий слой напротив первого зубца так, чтобы армирующий слой имел толщину менее, чем толщина армирующего слоя перед сборкой, и способ может дополнительно включать в себя этап, на котором выполняют армирующий слой с множеством металлических проволок, и обжим позволяет вызвать отклонение проволок больше всего в пределах первой зоны уплотнения и удержания шланга между первым и вторым рядами шипов, вторую большую часть в пределах второй зоны между вторым рядом и третьим рядом шипов, третью часть в пределах третьей зоны между третьим рядом и четвертым рядом шипов и наименьшую часть в пределах четвертой зоны после четвертого ряда шипов.
В другом аспекте раскрытия, который можно объединить с любым из этих аспектов, способ может дополнительно включать в себя этап, на котором позиционируют шипы, углубления и зубцы таким образом, чтобы прослойка содержала большую часть в третьей зоне, вторую часть в четвертой зоне, третью часть во второй зоне и наименьшую часть в первой зоне.
В соответствии с другим аспектом раскрытия выполнена сборка из гидравлического шланга и соединения, которая может включать с себя гидравлический шланг, имеющий прослойку, армирующие слои, окружающие прослойку, и покрытие, окружающее армирующий слой, и соединение, прикрепленное к гидравлическому шлангу и имеющее ближний конец, расположенный рядом с отверстием в гидравлическом шланге, и дальний конец, более удаленный от отверстия гидравлического шланга, чем ближний конец. Соединение может включать в себя внутренний хвостовик и окружающее обжимное кольцо, ограничивающее пространство уплотнения и удержания шланга, в котором удерживается и уплотняется гидравлический шланг. Внутренний хвостовик и окружающее обжимное кольцо может иметь особенности поверхности, определяющие множество зон уплотнения и удержания шланга, причем каждая из множества зон уплотнения и удержания шланга имеет фактор Менора (Menor). Коэффициент Менора в каждой зоне уменьшается от ближнего конца к дальнему концу.
Эти и другие аспекты особенности раскрытия будут без труда понятны после прочтения следующего подробного описания, приведенного совместно с сопроводительными чертежами.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе сборки из гидравлического шланга и соединения, сконструированного в соответствии с принципами настоящего раскрытия;
фиг.2 - вид в разрезе шланга (фиг.1);
фиг.3 - вид в поперечном сечении сборки из шланга и соединения (фиг.1), выполненного вдоль линии 3-3 (фиг.1);
фиг.4 - вид в поперечном сечении шлангового соединения без прикрепленного шланга;
фиг.5 - вид в поперечном сечении альтернативного варианта выполнения шлангового соединения и шланга перед обжимом; и
фиг.6 - вид в поперечном сечении альтернативного варианта выполнения шлангового соединения и шланга (фиг.5), но после обжима.
Осуществление изобретения
Как показано на чертежах, в частности на фиг.1, сборка из гидравлического шланга и соединения, сконструированная в соответствии с принципами этого раскрытия, обозначена, в общем, ссылочной позицией 20. Следует понимать, что изображенная сборка 20 из шланга и соединения является только одним примером и что принципы настоящего раскрытия в равной степени применимы также к шлангам и соединениям, которые имеют различные формы и конфигурации.
Сборка 20 из шланга и соединения включает в себя длину гидравлического шланга 22, имеющую дальний и ближний концы 24 и 26. На дальнем конце крепится первое соединение, и на ближнем конце крепится второе соединение. Как показано на чертеже, каждое соединение 28 и 30 может включать в себя внутренний хвостовик 32, из которого продолжается внешняя оболочка, или обжимное кольцо 34. В месте соединения между обжимным кольцом и хвостовиком можно выполнить шестиугольную или другую поверхность 36, подходящую для заворачивания гаечным ключом с целью облегчения присоединения шланга 22 к насосу 38, гидроцилиндру 40 или другому элементу землеройно-транспортной машины (не показана), которой необходима гидравлическая энергия. Соединение может дополнительно включать в себя гайку 42, способную поворачиваться, для резьбового соединения с насосом, гидроцилиндром или т.п. Более того, как показано выше, необходимое соединение не включает в себя гайку 42, которая показана, а скорее, может быть выполнено в виде соединения с развальцовкой, охватывающего соединения, или углового соединения среди прочего.
На фиг.2 детальный вид в разрезе примерного шланга 22 показан более подробно. Как показано на чертеже, шланг 22 может включать в себя внутреннюю прослойку 44, окруженную армирующим слоем 46, который, в свою очередь, окружен эластомерным внешним покрытием 48. Эластомерная внутренняя прослойка 44 обеспечивает непроницаемый для жидкости трубопровод для гидравлической жидкости, сообщающейся через отверстие, ограниченное внутренним диаметром 50. Прослойку 44 можно изготовить из гибких эластомерных материалов, которые обеспечивают гидравлическую связь для гидравлической жидкости, когда приводится в действие землеройно-транспортная машина, приводится в действие гидроцилиндр и/или позиционируются различным образом другие подвижные части машины. Армирующий слой 46 можно выполнить в виде множества металлических проволок или оплеток, окружающих внутреннюю эластомерную прослойку 44. Армирующий слой 46 используется для обеспечения достаточного радиального усилия в шланге для того, чтобы содержать в себе гидравлическую жидкость, которая обеспечивает гидравлическую связь через него. Например, такие гидравлические жидкости обычно поддерживают гидравлическую связь при давлении выше тысяч PSI (70 кг/см2), которое эластомерная прослойка сама по себе не может выдержать. Более того, постановление правительства предписывает, чтобы такой шланг конструировался с возможностью выдерживать значительно больше давления, чем фактическое рабочее давление гидравлической жидкости, и, таким образом, армирующий слой позволял бы удовлетворить это требование. Например, обычно требуется такой шланг, который выдерживал бы давление разрыва (то есть минимальное давление, при котором труба будет механически разрываться), которое, по меньшей мере, в четыре раза больше, чем среднее рабочее давление гидравлической жидкости. И наконец, внешнее эластомерное покрытие 48 также изготавливается из гибкого материала, такого как резина или полимерный материал, подобный тому, из которого изготовлена внутренняя прослойка 44. Покрытие 48 позволяет шлангу 22 сохранять свою гибкость, при этом также защищая армирующий слой 46 и внутреннюю прослойку 44 от воздействий внешней окружающей среды, истирания и других условий эксплуатации.
На фиг.3 и 4 более подробно показано взаимодействие между шлангом 22 и соединением 28. Как упомянуто выше, настоящее раскрытие направлено на соединение без зачистки шланга в том смысле, что внешнее покрытие 48 остается целым при прикреплении соединения 28 к шлангу 22. В соответствии с настоящим раскрытием, это можно выполнить на основании структуры, представленной на фиг.3 и 4.
На фиг.4 подробно показаны внутренний хвостовик 32 и внешнее обжимное кольцо 34 в поперечном сечении. Внутренний хвостовик 32 включает в себя цилиндрический внутренний диаметр 52 и внешний диаметр 54 с множеством поверхностных особенностей 56, сконструированных для облегчения удержания и уплотнения шланга 22 относительно соединения 28. Эти поверхностные особенности 56 могут включать в себя множество зубцов 58, продолжающихся радиально наружу, множество углублений 60, продолжающихся радиально внутрь и множество правильных цилиндрических поверхностей 62.
Что касается внешнего обжимного кольца 34, то оно включает в себя внешнюю цилиндрическую стенку 64, по существу, концентрическую с внутренним хвостовиком 32. Внешняя поверхность 66 стенки 64 может быть, по существу, цилиндрической, но предусмотрено множество шипов 68, которые продолжаются радиально внутрь от внешней стенки 64. В изображенном варианте осуществления, первый, второй, третий и четвертый ряды шипов 70-76 выполнены со специфическими размерами и интервалом как относительно друг друга, так и относительно поверхностных особенностей 56 для улучшения характеристик уплотнения и удержания шланга, идентифицированных выше.
Начиная с первого шипа 70, хотя нелегко различить из видов в разрезе на фиг.3 и 4, следует понимать, что шип 70 располагается фактически по окружности в том смысле, что он продолжается вокруг всего внутреннего диаметра внешней стенки 64. В поперечном сечении его можно увидеть по высоте 78 шипа, продолжающегося от внутренней поверхности 80 цилиндрической стенки 64 до внешней вершины 82 шипа 70. Первая и вторая наклонные боковые стенки 84 и 86 продолжаются от внутренней поверхности 80 до внешней вершины 82 под углом 88, выбранным таким образом, чтобы шип 70 мог легко проникать во внешнее покрытие 48 при прикреплении соединения 28 к шлангу 22. Угол 88 может иметь значение пятнадцать градусов относительно продольной оси шипа 70, или можно предусмотреть другие варианты осуществления в пределах плюс-минус пяти градусов относительно такого угла. По отношению к внешней вершине 82, он имеет также специфический размер относительно размера проволоки 92, образующей армирующий слой 46. Внешнюю вершину 82 первого шипа 70 можно выполнить с шириной, равной приблизительно одной из армирующих проволок 92. За счет обеспечения такого тонкого профиля, вершина 82 может легко проникать не только во внешнее покрытие 48, но и в армирующие слои 46, как будет более подробно описано ниже.
Первый шип 70, расположенный напротив, представляет собой зубец 94, который, как показано выше, представляет собой поверхность, радиально продолжающуюся на некотором расстоянии от внешнего диаметра 54 хвостовика 32. Зубец 94 выполнен не только прямо поперек и на одной линии с первым шипом 70, а также выполнен со специфическим размером и формой. Более конкретно, шип 94 может быть выполнен с шириной, приблизительно равной трем армирующим проволокам 92.
Перемещаясь на второй шип 72, он имеет профиль, подобный первому шипу 70 в том смысле, что он расположен по окружности и выполнен с первой и второй наклонными стенками 96 и 98. Более того, он включает в себя внешнюю вершину 100, снова имеющую ширину, приблизительно равную ширине одной из армирующих проволок 92. Напротив второго шипа 72 имеется углубление 102, которое продолжается радиально внутрь от внешнего диаметра 54 внутреннего хвостовика 32. Углубление 102 может быть приблизительно в три раза больше ширины внешней вершины 100 и включает в себя глубину 106, равную приблизительно двадцати процентам от толщины прослойки 44. Второй шип 72 имеет высоту 107, которая меньше, чем высота первого шипа 70.
Что касается третьего шипа 74, то он снова включает в себя наклонные стенки 108 и 110 и внешнюю вершину 112, но внешняя вершина 112 приблизительно в два раза шире вершин первого и второго шипов 70 и 72. Более конкретно, внешняя вершина 102 может быть приблизительно равна ширине двух армирующих проволок 92. Третий шип 74 может включать в себя высоту 114 шипа, которая меньше, чем высота второго шипа 72 и приблизительно равна толщине покрытия 48 плюс одна из армирующих проволок 92. Правильная цилиндрическая поверхность 116 выровнена с и расположена напротив внешней вершины 112 и, в свою очередь, примыкает к первому и второму углублениям 118 и 120. Правильная цилиндрическая поверхность 116 имеет ширину 122, приблизительно равную четырем армирующим проволокам 92, тогда как углубления 118 и 120 включают в себя глубину, равную приблизительно половине толщины прослойки 44.
И наконец, что касается четвертого шипа 76, то он также включает в себя первую и вторую наклонные стенки 126 и 128, которые заканчиваются на внешней вершине 130. Внешняя вершина 130 может включать в себя ширину, равную приблизительно двум армирующим проволокам 92. Вторая правильная цилиндрическая поверхность 132 расположена напротив и выровнена с внешней вершиной 130 и продолжается от второго примыкающего углубления 120 до дальнего конца 134 соединения 28.
При обеспечении шипов 68 и поверхностных особенностей 56 в виде выровненных пар, следует отметить, что сборка 20 из шланга и соединения обеспечивает множество зон 136 уплотнения и удержания шланга, каждая из которых сконструирована для оптимизации возможностей сборки, касающихся уплотнения и удержания шланга, которые будут более подробно описаны ниже. Начиная с первой зоны 38, она определяется здесь как продолжающаяся от расположенных вдоль одной линии первого шипа 70 и зубца 94 до начала второго зубца 72. Действительно, первый шип 70 и второй шип 72 расположены специальным образом друг от друга для определения длины первой зоны 138. Это расстояние 139 равно приблизительно ширине десяти армирующих проволок 92.
Вторая зона 140 продолжается от второго шипа 72 до начала третьего шипа 74. Длина второй зоны ограничена расстоянием 142 между первым и вторым шипами, которые могут быть выполнены снова с шириной, равной приблизительно десяти армирующим проволокам 92.
Третья зона 144 продолжается от третьего шипа 74 до четвертого шипа 76 на расстоянии 146, ограничивающем зону 144, и с шириной, приблизительно равной восьми армирующим проволокам 92.
И наконец, четвертая зона 148 продолжается от четвертого шипа 76 до дальнего конца 134.
Значение зон 136 для уплотнения и удержания шланга состоит в том, что каждая зона оптимизирована таким образом, что она, главным образом, сориентирована на удержание шланга, уплотнение шланга и переходы между ними. Для того чтобы выполнить это, шипы и поверхностные особенности взаимодействуют таким образом, чтобы проникать в покрытие с различной степенью, отклонять армирующие провода с различной степенью, а также сжимать прослойку с различной степенью. Более конкретно, первая зона 138 главным образом сориентирована на удержание шланга 22 в пределах соединения 28. Соответственно, шип 70, как показано выше, выполнен с вершиной 82, имеющей точно заданные размеры, и сконструирован не только для облегчения проникновения во внешнее покрытие 48, а также для более легкого проникновения в армирующие проволоки 92. При этом на фиг.3 можно увидеть, что проволоки 92 отклоняются больше в первой зоне 38, чем в любой из других трех зон. За счет такого проникновения металлического шипа 70 в металлические армирующие проволоки 92, значительно повышается способность удержания соединения 28 на шланге 22. Более того, поверхностная особенность 56, выполненная в пределах первой зоны 138, представляет собой фактически зубец 94, который продолжается от правильной цилиндрической поверхности хвостовика 32 для того, чтобы ограничить пространство между внешней вершиной 82 и поверхностной особенностью 56 при обжатии. Это, в свою очередь, облегчает деформации проволок 92, как это показано на чертеже. Это также не причиняет вреда способности уплотнения сборки 20 в том смысле, что последние зоны выполняют, главным образом, функцию уплотнения соединения 28 со шлангом 22.
Переходя ко второй зоне 140, следует отметить, что она служит в качестве переходной зоны между особенностями удержания проволоки первой зоны 138 и особенностями уплотнения третьей зоны 144. При этом она служит как зона удержания, так и зона уплотнения. Что касается удержания, то внешняя вершина 100 выполнена с точно такой же шириной, как и первая зона 138, для того, чтобы она могла легко проникать во внешнее покрытие 48 и сдвигать металлические проволоки 92. Однако следует отметить, что вторая зона 140 включает в себя углубление 102 в качестве своей поверхностной особенности 56, и, таким образом, хотя ширина вершины 100 будет также легко проникать в проволоки 92, как и первая зона 38, увеличенный размер между вершиной 100 и углублением 102 приведет к тому, что вершина 100 не будет проникать в проволоки 92 с той же самой степенью, как и первая зона 138, таким образом, обеспечивая более высокую деформацию прослойки 144 для облегчения уплотнения. Однако принимая во внимание меньший размер внешней вершины 100, отклонение проволоки в определенной степени незаметно во второй зоне 140, хотя и не в той самой степени, как первая зона 138.
Что касается третьей зоны 144, то она служит в качестве главной зоны уплотнения сборки 20. Проникновение в провода 92 не имеет такого большого значения, как в первой и второй зонах, и, таким образом, следует отметить, что ее внешняя вершина 112, по существу, шире, чем вершины первого и второго шипов 70 и 72. Однако третья зона 144 имеет в значительной степени различные поверхностные особенности 56, предусмотренные в соседнем и выровненном участке внутреннего хвостовика 32. Более конкретно, углубление не выполнено непосредственно смежным и выровненным с внешней вершиной 112, а скорее, является правильной цилиндрической поверхностью 116, таким образом, обеспечивая относительно маленький размер между двумя элементами при обжиме соединения 28 в шланге 22. Однако так как это может привести к значительному напряжению внутри прослойки 44, правильная цилиндрическая поверхность 116 ограничена первым и вторым углублениями 118 и 120. Другими словами, когда третий шип 74 оказывает давление в направлении правильной цилиндрической поверхности 116, он сжимает внутреннюю прослойку 44 до самого высокого уровня любой из трех зон, таким образом, обеспечивая максимально возможное уплотнение. Однако для того чтобы ослабить механическое напряжение, возникающее в прослойке 44, и, таким образом, продлить срок службы эластомерной прослойки (то есть избежать образования трещин или другой физической деформации прослойки), расположенные по бокам углубления 118 и 120 обеспечивают дополнительный промежуток, в котором материал прослойки 44 может перемещаться с возможностью, таким образом, поглощения некоторой части его при сжатии, таким образом уменьшая в некоторой степени механическое напряжение в пределах прослойки 44 непосредственно между внешней вершиной 112 и правильной цилиндрической поверхностью 116.
И наконец, что касается четвертой зоны 148, то она также служит в качестве переходной зоны, но только между третьей зоной, имеющей функцию уплотнения, и дальним концом 134 соединения 28. Эта зона избавляет шланг от небольшого отклонения проволоки в начале четвертой зоны 148 и небольшого сжатия прослойки в начале четвертой зоны 148 в необжатом состоянии на конце четвертой зоны 148, расположенной ближе всего к дальнему концу 134. При этом небольшое изменение усилия, которому подвергается шланг внутри и снаружи соединения, является минимальным. Последний шип 150 оболочки выполнен на дальнем конце 134.
На фиг.5 и 6 изображен альтернативный вариант осуществления настоящего раскрытия. Альтернативный вариант осуществления идентичен первому варианту осуществления, за исключением замены зубца 58 на углубление 152 и полного удаления последнего шипа 150 оболочки. Углубление 152 включает в себя глубину, которая приблизительно в три раза больше ширины внешней вершины 82 первого шипа 70, смежного с ней. Последний шип 150 оболочки удален для лучшего сжатия связующей прослойки через четвертую зону 148 и обеспечения немного меньшего диаметра тугого обжатия.
На основании вышеизложенного можно заметить, что сборка 20 из шланга и соединения обеспечивает значительно улучшенную структуру и способ прикрепления соединения к гидравлическому шлангу. Шипы и особенности поверхности сконструированы и сориентированы для того, чтобы получить максимальные характеристики уплотнения и удержания шланга для сборки при сохранении, тем не менее, требуемых внутренних диаметров и внешних диаметров, которые требуются для пользователей таких соединений. Более того, хотя вышеизложенное было выполнено со ссылкой на специфические размеры, углы и относительные пропорции частей исходя из соотношений, изобретатели создали специфический коэффициент, который можно использовать для изготовления, сборки из соединения, шланга и соединения, которая предусматривает повышенную способность уплотнения и удержания шланга. Этот коэффициент, известный здесь как коэффициент Менора (Menor) (обозначенный FM), включает в себя и учитывает многие из предыдущих особенностей, идентифицированных выше, включая степень отклонения проволок в армирующих проволоках 92 (обозначенных здесь как WD); степень сжатия внутренней прослойки 44 (обозначенная LC), высоту каждого из шипов (обозначенную BH); ширину вершин шипов (обозначенную TW) и ширину каждой из зон (обозначенную здесь ZW).
С учетом каждого параметра, коэффициент Менора можно математически представить в виде следующего уравнения:
FM=WD/LC+(BH)(TW)+1/2 ZL,
где FM - коэффициент Менора;
MD - отклонение проволоки:
LC - сжатие прослойки;
BH - высота шипа;
TW - ширина вершины; и
ZL - длина зоны.
Из вышеизложенного можно заметить, что принципы настоящего раскрытия можно использовать для изготовления сборки из соединения шланга, гидравлического шланга и соединения шланга со значительно улучшенной способностью уплотнения и удержания шланга по сравнению с конструкцией предшествующего уровня техники.
Промышленная применимость
В общем, технология, раскрытая здесь, имеет промышленную применимость в множестве установок, таких как, но не ограниченных, землеройно-транспортные машины, использующие гидравлическую энергию, и гидроцилиндры. В таких приложениях гидравлическая жидкость под давлением должна передаваться от насоса или насосов к гидроцилиндру или гидроцилиндрам для выполнения полезной работы. Такая гидравлическая жидкость переносится с помощью гидравлических шлангов, заканчивающихся соединениями для прикрепления к насосу, гидроцилиндру или т.п. В таких приложениях крайне важно, чтобы соединение оставалось прикрепленным к шлангу и уплотненным с ним. Настоящее раскрытие позволяет выполнить это посредством уникального объединения множества новых признаков, некоторые из которых повторно упомянуты ниже.
Для того чтобы удерживать соединение в большей степени успешно на шланге, соединение выполнено с рядом шипов, направленных радиально внутрь с переменной высотой и шириной. За счет изменения высоты, начиная с самого длинного шипа, который выполнен ближе всего к ближнему концу соединения, и до самого короткого шипа, который выполнен ближе всего к дальнему концу соединения, гарантируется, что первый ряд шипов проникает во внешнее покрытие шланга с самой высокой степенью и что наиболее важно в целях удержания, проникает в армирующие проволоки с самой высокой степенью, таким образом, заставляя проволоки отклоняться с самой высокой степенью.
Более того, для облегчения деформации проволок, вершины первого и второго ряда шипов выполнены с самым маленьким размером по ширине вершин, который затем увеличивается при приближении шипов к дальнему концу соединения. Это снова облегчает проникновение в проволоки и способствует их отклонению.
Наряду с шириной и высотой шипов, внутренний хвостовик выполнен с множеством поверхностных особенностей для повышения эффективности шипов. Более конкретно, так как задача первой и второй зон заключается, главным образом, в удержании соединения на шланге и для третьего и четвертого рядов шипов и зон - в уплотнении шланга относительно соединения, поверхностные особенности, выполненные на внутреннем хвостовике, являются также разнообразными.
Для того чтобы обеспечить наибольшую степень отклонения проволок в первой зоне, шип не только сформирован так, как показано выше, но и с этим первым шипом выровнен зубец, который продолжается радиально наружу от первого хвостовика. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить общий размер между зубцом и вершиной, таким образом, ограничивая пространство, в которое может вытесняться проволока и эластомерный материал, при этом проволоки принудительно отклоняются радиально наружу в первой зоне, таким образом, повышая возможность удержания первой зоны. То же самое отчасти справедливо по отношению ко второму шипу в том смысле, что он с вершиной имеет одну и ту же ширину, но, как будет отмечено и было обсуждено выше, напротив второго шипа выполнено углубление, а не зубец. Таким образом, это позволяет сформировать преимущественную переходную зону между первой зоной и третьей зоной, где вторая зона обеспечивает в некоторой степени меньшие возможности удержания, но в некоторой степени увеличивает возможности уплотнения. При этом можно заметить из приведенных выше фигур, что проволока отклоняется в значительной степени во второй зоне, но ненамного в первой зоне, и наоборот, прослойка сжимается в большей степени во второй зоне по сравнению с первой зоной.
Для того чтобы обеспечить повышенные возможности уплотнения настоящего раскрытия, третья зона обеспечивает уникальную комбинацию геометрической формы шипа и поверхностных особенностей внутреннего хвостовика. Более конкретно, шип выполнен с размером немного шире вершины и с более коротким размером по высоте для того, чтобы не проникать во внешнее покрытие с той же самой степенью и не проникать в армирующие проволоки. Соответственно, следует отметить, что отклонение проволоки в третьей зоне, таким образом, значительно уменьшено. Однако третий шип действует совместно с поверхностными особенностями, выровненными с ним, то есть центральный участок с правильной цилиндрической формой примыкает к первому и второму углублениям. Плоский цилиндрический участок предусматривает поверхность, напротив которой может сжимать уширенный третий шип, таким образом, сжимая прослойку и обеспечивая более высокую степень возможности уплотнения в третьей зоне. Однако при сжатии прослойки до такой степени для того, чтобы достигнуть требуемых возможностей уплотнения, значительное механическое напряжение вырабатывается внутри материала самой прослойки, которое, если бы не новые предложения настоящих изобретателей, могло бы привести к образованию трещин эластомерного материала со временем. Однако изобретатели разумно предусмотрели расположенные по бокам углубления около этой правильной цилиндрической поверхности для того, чтобы ослабить механическое напряжение внутри прослойки, в то же самое время обеспечивая сжатие прослойки, которое будет поддерживаться на достаточно высоком уровне для достижения требуемой возможности уплотнения.
И наконец, четвертая зона обеспечивает переход между особенностями уплотнения третьей зоны и дальним концом соединения. Так как дальний конец соединения будет представлять собой зону сборки из шланга и соединения, которая будет подвергаться самым большим механическим усилиям при перемещении шланга, изгибании под углом, возвратно-поступательных движениях и иных перемещениях, выдерживать перемещения, которые требуются для землеройно-транспортной машины, изобретатели выполнили относительно длинной четвертую переходную зону, с одной стороны, для защиты возможности уплотнения третьей зоны, с другой стороны, с учетом повышенного диапазона перемещений, которые происходят в четвертой зоне.
Из вышесказанного видно, что принципы настоящего раскрытия можно использовать в любой гидравлической системе, использующей гидравлические шланги и соединения, включая землеройные транспортные машины, такие как, но не ограниченные, погрузчики, экскаваторы, гусеничные тракторы, подрывочные машины, трубоукладчики, грузовые автомобили, скреперы, катки, погрузочные машины с задней разгрузкой, лесозаготовительные машины, грейдеры, автопогрузчики и тому подобное.
1. Сборка из гидравлического шланга и соединения, содержащая:
гидравлический шланг, имеющий внутреннюю эластомерную прослойку, армирующий слой, состоящий из множества металлических проволок, окружающих внутреннюю эластомерную прослойку, и внешнее эластомерное покрытие, окружающее металлический армирующий слой; и
соединение, прикрепленное к гидравлическому шлангу, причем соединение включает в себя внутренний хвостовик, который вставляется в шланг и входит в зацепление с внутренней эластомерной прослойкой, и внешнее обжимное кольцо, окружающее внешнее эластомерное покрытие, причем внешнее обжимное кольцо включает в себя множество шипов, продолжающихся радиально внутрь, внутренний хвостовик включает в себя множество углублений, направленных радиально внутрь, и зубцов, направленных радиально наружу, по меньшей мере, один из шипов выровнен с возможностью позиционирования в направлении внутреннего хвостовика и примыкает, по меньшей мере, к двум углублениям и, по меньшей мере, один из шипов выровнен с возможностью позиционирования в направлении одного из зубцов.
2. Сборка по п.1, в которой множество шипов выполнено в первом, втором, третьем и четвертом рядах, расположенных по окружности и продолжающихся радиально внутрь из обжимного кольца, и в которой ряд шипов, выровненных с возможностью примыкания, по меньшей мере, к двум углублениям, представляет собой первый ряд шипов, и ряд шипов, которые выровнены с одним из зубцов, выступающих радиально наружу, внутреннего хвостовика, представляет собой первый ряд шипов.
3. Сборка по п.2, в которой третий ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине двух металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс одна из металлических проволок.
4. Сборка по п.2, в которой каждое из углублений, примыкающих к третьему ряду шипов, имеет глубину, равную приблизительно половине толщины прослойки.
5. Сборка по п.2, в которой расстояние между третьим и четвертым рядами шипов равно приблизительно ширине восьми металлических проволок, расстояние между вторым и третьим рядами шипов равно приблизительно ширине десяти металлических проволок и расстояние между первым и вторым рядами шипов равно приблизительно ширине десяти металлических проволок.
6. Сборка по п.2, в которой второй ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине одной из металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс полторы металлические проволоки.
7. Сборка по п.2, в которой второй ряд шипов выровнен с одним из углублений, продолжающихся радиально внутрь на внутреннем хвостовике, и в которой углубление, выровненное со вторым рядом шипов, имеет глубину, равную приблизительно двадцати процентам от толщины прослойки, и ширину, которая приблизительно в три раза больше толщины второго ряда шипов.
8. Сборка по п.2, в которой первый ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине одной из металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс две металлические проволоки.
9. Сборка по п.2, в которой зубец, выровненный с первым рядом шипов, имеет ширину, равную приблизительно трем металлическим проволокам.
10. Сборка по п.2, в которой четвертый ряд шипов включает в себя вершины, имеющие ширину, равную приблизительно ширине трех металлических проволок, и высоту, равную приблизительно толщине покрытия шланга плюс половина металлической проволоки.
11. Шланговое соединение, содержащее:
внутренний хвостовик;
внешнее обжимное кольцо, продолжающееся от внутреннего хвостовика и, по существу, концентрическое с внутренним хвостовиком;
множество шипов, продолжающихся радиально внутрь от внешнего обжимного кольца в направлении внутреннего хвостовика;
множество углублений, продолжающихся радиально внутрь, на внутреннем хвостовике, причем, по меньшей мере, два из углублений, продолжающихся радиально внутрь, примыкают, по меньшей мере, к одному из шипов, продолжающихся радиально внутрь; и
множество зубцов, продолжающихся радиально наружу, на внутреннем хвостовике, причем, по меньшей мере, один из зубцов, продолжающихся радиально наружу, выровнен, по меньшей мере, с одним из шипов, продолжающихся радиально внутрь.
12. Шланговое соединение по п.11, в котором множество шипов, продолжающихся радиально внутрь, включает в себя первый, второй, третий и четвертый ряд шипов, в котором первый ряд шипов выровнен с одним из зубцов, продолжающихся радиально наружу, на внутреннем хвостовике и в котором третий ряд шипов выровнен с возможностью примыкания к первому и второму углублениям, продолжающимся радиально наружу, в пределах внутреннего хвостовика.
13. Шланговое соединение по п.11, в котором множество шипов, продолжающихся радиально внутрь, включает в себя наклонные боковые поверхности, причем каждая из наклонных боковых поверхностей имеет угол относительно продольной оси шипов не более чем пятнадцать градусов.
14. Сборка из гидравлического шланга и шлангового соединения, содержащая:
гидравлический шланг, имеющий прослойку, армирующий слой и покрытие; и
соединение, прикрепленное к шлангу, причем соединение имеет внутренний хвостовик и внешнее обжимное кольцо, хвостовик имеет, по существу, цилиндрическую внешнюю поверхность, которая прерывается множеством зубцов и углублений, внешнее обжимное кольцо имеет множество шипов, причем, по меньшей мере, один шип выровнен с одним из зубцов, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по меньшей мере, с одним из углублений, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по существу, с цилиндрической внешней поверхностью и, по меньшей мере, один из шипов выровнен, по существу, с внешней цилиндрической поверхностью и примыкает к двум углублениям.
15. Сборка из гидравлического шланга и шлангового соединения по п.14, в которой последовательные ряды шипов, расположенных по окружности, выполнены в первом, втором, третьем и четвертом рядах, причем высота шипов уменьшается от первого ряда к четвертому ряду, и в которой каждый из шипов имеет ширину вершины, и в которой ширина вершины шипа увеличивается от второго ряда к четвертому ряду.
