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        航空卡箍選用裝配研究

        2015-12-22 08:31:12敏王宗武張艷張廣來(lái)何俊偉
        關(guān)鍵詞:全包環(huán)型膠墊

        鄭 敏王宗武張 艷張廣來(lái)何俊偉

        (1.沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110035;2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所,北京 100028)

        航空卡箍選用裝配研究

        鄭 敏1王宗武2張 艷1張廣來(lái)1何俊偉1

        (1.沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110035;2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所,北京 100028)

        介紹了常見航空卡箍的分類及使用情況,著重分析了固定類卡箍的選用原則,闡述了常見固定類卡箍的裝配問題,明確了改進(jìn)措施。

        卡箍;分類;選用;材料;裝配

        卡箍是飛機(jī)上應(yīng)用廣泛的一種元件,通常用于飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)上各種管路的連接、固定與支撐;電線、電纜的捆扎、固定與安裝;儀表、儀器、成品、附件等的安裝與固定。在選用卡箍時(shí)應(yīng)著重考慮下列因素:根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上功能要求的不同,選用不同類別、不同結(jié)構(gòu)型式的卡箍,所選用的卡箍應(yīng)能完全滿足設(shè)計(jì)上的功能要求。應(yīng)根據(jù)使用部位的受力情況、環(huán)境溫度、工作介質(zhì)、工作壓力等特性選用卡箍的材料和結(jié)構(gòu)形式。所選用的卡箍的外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式要與卡箍的使用空間相適應(yīng),使用部位要有足夠的空間以保證卡箍能順利裝卸。在保證功能要求的前提下,盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、材料價(jià)格低廉及現(xiàn)行生產(chǎn)中已經(jīng)使用過的品種規(guī)格。

        由于卡箍的襯墊材料、結(jié)構(gòu)形式選用不合理及裝配方式不當(dāng)?shù)龋瑢?dǎo)致外場(chǎng)軍機(jī)用卡箍橡膠墊片老化嚴(yán)重、龜裂,減震性能差,拆卸、使用和維護(hù)不方便的問題時(shí)有發(fā)生。因此,將現(xiàn)有卡箍進(jìn)行恰當(dāng)?shù)胤诸悾诖嘶A(chǔ)上,根據(jù)使用部位的具體工況,結(jié)合卡箍的結(jié)構(gòu)形式、材料、使用性能等,正確、合理地選用和裝配卡箍可在一定程度上提高其安裝性、維護(hù)性和可靠性,同時(shí)也提高了密封性、減振性和耐老化性,這樣不僅能滿足飛機(jī)外場(chǎng)使用及新型號(hào)研制的急需,還將使我國(guó)飛機(jī)導(dǎo)管及電纜的固定與安裝向前邁進(jìn)一大步。

        1 卡箍分類

        目前,國(guó)內(nèi)卡箍主要包括安裝卡箍,連接卡箍,電線、電纜捆扎與固定卡箍,其它用途卡箍4大類。

        安裝卡箍主要用于導(dǎo)管、電線、電纜、儀器、儀表的安裝與固定。

        連接卡箍主要用于導(dǎo)管與導(dǎo)管、導(dǎo)管與其它零件的連接。連接卡箍又可分為柔性連接卡箍和剛性連接卡箍2大類。

        柔性連接卡箍主要用于中、低溫導(dǎo)管與導(dǎo)管或?qū)Ч芘c其它密封件的密封連接[1]。2個(gè)被連接件允許有一定的同軸度和軸向位置誤差。

        剛性連接卡箍主要用于高、中低溫導(dǎo)管與導(dǎo)管、導(dǎo)管與其它附件的密封或不密封連接。這種連接對(duì)2個(gè)被連接件的位置公差要求較嚴(yán)。

        電線、電纜捆扎與固定卡箍可分為電線、電纜固定卡箍和捆扎卡箍2大類。

        電線、電纜固定卡箍主要用于電線、電纜在飛機(jī)上的固定安裝。

        捆扎卡箍主要用于電線、電纜的捆扎。

        其它用途卡箍主要用于油箱、氣瓶等成品、附件的安裝與固定。

        卡箍箍帶材料主要包含鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、不銹鋼、塑料5種。其中鋁合金箍帶如LY11、LY12、LY16用于受力不大、溫度不高的安裝卡箍。結(jié)構(gòu)鋼箍帶如10號(hào)鋼、20號(hào)鋼、38CrA等用于受力較大的支撐卡箍。彈簧鋼箍帶如T8A用于彈性卡箍。不銹鋼箍帶如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr13Ni4Mn9等用于受力較大、工作溫度較高的安裝卡箍或連接卡箍。塑料箍帶如尼龍1010、阻燃尼龍1010、軟聚氯乙稀塑料等用于電線、電纜的捆扎與固定卡箍。

        2 卡箍選用

        2.1 卡箍結(jié)構(gòu)形式的選擇

        卡箍的選擇首先應(yīng)考慮環(huán)境、材料和流體兼容性以及應(yīng)用的部位[2]。各類卡箍均有特定的使用條件和膠墊材料種類,從而同航空設(shè)備中不同的流體性能相兼容。種類的選擇多從安裝物體的外形尺寸,以及該位置的受力情況等角度考慮。另外,安裝區(qū)域也會(huì)影響到卡箍種類的選擇。例如,對(duì)于低振區(qū)小規(guī)格電纜或線束的固定,可選用環(huán)型(P)膠墊和楔子(楔子不和導(dǎo)管外徑貼合)環(huán)形卡箍[3]。相反,如果同樣的安裝條件但是位于強(qiáng)氣流區(qū),如起落架或高振區(qū),應(yīng)選用環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍[4]。在管道振動(dòng)或管內(nèi)液體脈沖大時(shí),管道容易產(chǎn)生位移時(shí),選擇馬鞍形卡箍[5]。常見固定類卡箍的名稱、結(jié)構(gòu)形式、使用性能的分類見表1。

        表1如果安裝涉及到液壓管路,應(yīng)選用環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍、馬鞍形卡箍或支撐塊。馬鞍形卡箍可防止有波動(dòng)條件下導(dǎo)管發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),而單點(diǎn)固定的環(huán)形卡箍不能。如果此時(shí)還要考慮高振環(huán)境,支撐塊(塊狀卡箍)是最好的選擇,例如在直升機(jī)設(shè)備上。

        通過卡箍規(guī)范使用范圍以及不同連接介質(zhì)和環(huán)境適用性要求的對(duì)比,可以基本確定卡箍合理的選用??墒?,有些涉及復(fù)雜環(huán)境的情況需要追加試驗(yàn)以幫助選擇。

        應(yīng)用位置、安裝區(qū)域、流體污染、溫度、振動(dòng)以及其他條件都會(huì)影響對(duì)卡箍及膠墊的選擇。環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍和馬鞍型卡箍尤為適用于導(dǎo)管的安裝固定。導(dǎo)管支撐塊也用于導(dǎo)管的安裝固定,特別是強(qiáng)振動(dòng)區(qū)域,其墊塊部分和環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍材料性能一致。

        環(huán)形卡箍適用范圍是適用于線束和非液壓環(huán)境的環(huán)形卡箍。用于固定液壓系統(tǒng)的高性能環(huán)形卡箍見環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍和馬鞍型卡箍。環(huán)型(P)膠墊和楔子(楔子不和導(dǎo)管外徑貼合)環(huán)形卡箍用于電氣應(yīng)用,但是,如果需用重型卡箍,應(yīng)選用環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍。

        環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍用于液壓系統(tǒng)的安裝,該類卡箍采用17-7箍帶和帶有全包楔角的3種膠墊,從而達(dá)到最大的保持力,該類卡箍適用于液壓系統(tǒng)的安裝。包括3個(gè)橡膠膠墊和一個(gè)織物增強(qiáng)墊。同時(shí),其結(jié)構(gòu)有一個(gè)全包楔子,可保證保持力最大。

        馬鞍形卡箍,通常用于較大規(guī)格的軟管及硬管固定,特別用于需2孔固定的位置,用以防止導(dǎo)管載荷及波動(dòng)下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。使用特氟龍膠墊,滑動(dòng)配合使得導(dǎo)管可以移動(dòng),該類卡箍也適用于液壓系統(tǒng)的安裝,但為2點(diǎn)安裝。

        表1 常見固定類卡箍名稱、結(jié)構(gòu)形式及使用性能的分類

        導(dǎo)管支撐塊是必不可少的安裝固定介質(zhì),主要用于高振動(dòng)環(huán)境,例如直升機(jī)環(huán)境。由于該類產(chǎn)品較復(fù)雜,受安裝環(huán)境和導(dǎo)管限制較大,除膠墊選用外,均不適宜形成標(biāo)準(zhǔn)。其墊塊材料與環(huán)型(P)膠墊和全包楔子卡箍選用同種膠墊。支撐件為鋁合金或不銹鋼,其他材料由環(huán)境條件決定。

        W形襯墊卡箍屬于單點(diǎn)固定卡箍[6],可減輕振動(dòng),便于固定,專門用于管道或電纜的減振,同時(shí)又允許由于結(jié)構(gòu)彎折所必需的可控制的移動(dòng);W形狀和密封唇邊防止外來(lái)物進(jìn)入,從而避免損傷管線路;適于公差范圍較大的管道和電纜。

        雙峰形襯墊卡箍屬于單點(diǎn)固定的卡箍,使用方便,具有良好的減振性能,適用于導(dǎo)線束、同軸電纜和波導(dǎo)管的緊固。當(dāng)用于導(dǎo)線束緊固時(shí),此襯墊允許增加或減少線束,而無(wú)需替換其他尺寸的卡箍。對(duì)于同軸電纜,它產(chǎn)生很小的壓力,并允許電纜直徑有變化,這對(duì)防止系統(tǒng)故障是重要的。對(duì)波導(dǎo)管而言,采用夾緊帶形卡箍是不可能的,而雙峰形襯墊卡箍可適于波導(dǎo)管的方角。

        凸尖形襯墊卡箍也是單點(diǎn)固定卡箍,它具有減輕振動(dòng),緊固性好的特點(diǎn)。它有專門用于緊固線束的襯墊,交錯(cuò)的凸尖塊把導(dǎo)線隔開,起著固定和阻尼振動(dòng)的作用,同時(shí)又可以避免損傷導(dǎo)線。它允許在不改變卡箍尺寸的情況下,適應(yīng)由于增加或減少導(dǎo)線數(shù)量而引起的線束直徑的改變。

        盒形襯墊卡箍采用盒形全包式結(jié)構(gòu),可密封、減振,避免脫落。這是一種將金屬支架全包起來(lái)的襯墊,適于高振動(dòng)的場(chǎng)合,也可帶有楔形塊。墊片材料為丁腈橡膠或硅橡膠高強(qiáng)度硅合成橡膠/纖維組合,具有特別寬的溫度范圍和不可復(fù)原的特性。

        2.2 卡箍材料的選擇

        對(duì)于箍帶和膠墊材料,或是支撐塊材料的選擇,應(yīng)重點(diǎn)從溫度等級(jí)、阻燃性、耐油性,以及是否可用于鈦合金等幾個(gè)方面來(lái)考慮。對(duì)于帶墊卡箍和支撐塊,膠墊材料的選擇是關(guān)鍵因素。

        針對(duì)不同的耐流體環(huán)境,確定各位置是否使用了正確的膠墊材料。常見膠墊材料性能如下:

        ●氯丁橡膠適用于較低的環(huán)境等級(jí)且不揮發(fā)的油質(zhì)和苯胺油,用于石油基各種油污染的部位,耐臭氧性好,不耐磷酸酯類合成油,不能用于鈦合金和某些乙烯基導(dǎo)線的絕緣材料。

        ●丁腈橡膠適用于較低的環(huán)境等級(jí)的最大劑量烴流體。主要用于芳基類燃料油污染的燃油系統(tǒng)、石油基的各種液壓油類污染的液壓系統(tǒng)。耐臭氧性和阻燃,不耐磷酸酯為基的油,不能用于鈦材料的管線。廣泛用于軍用、民用航空器中。

        ●乙丙橡膠,用于有磷酸酯液壓油及其它合成油污染的場(chǎng)合;有良好的阻燃性和抗撕裂性,但不耐石油基的各種油類。其耐臭氧性能十分優(yōu)異,無(wú)需進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí),其可用于對(duì)耐油性能無(wú)要求,但耐臭氧性能苛刻的場(chǎng)合(如電氣設(shè)備)。

        ●氟硅橡膠用于較高的使用溫度耐烴類的地方。其僅用于輕型卡箍,由于機(jī)械性能較低,不適于較苛刻的液壓系統(tǒng)。適用于更高的使用溫度,耐臭氧及被石油基污染的地方;不耐磷酸酯類合成油。

        ●硅橡膠,用于較高溫度或有磷酸酯類油和其它合成油污染的地方,耐臭氧,不耐石油基的各種油類。

        ●織物增強(qiáng)硅橡膠,使用溫度可達(dá)260℃,添加芳綸織物,增大了徑向和軸向的強(qiáng)度,高強(qiáng)度硅纖維/橡膠組合,具有好的抗流體性和耐高溫特性;用于高溫度等級(jí),防烴類飛濺和發(fā)動(dòng)機(jī)油污染。添加的織物提供必要的強(qiáng)度以承受嚴(yán)酷液壓條件的高壓線路和發(fā)電機(jī)位置。

        ●聚四氟乙烯是一種具有優(yōu)異耐流體性能的塑料,使用溫度可達(dá)260℃,聚四氟乙烯帶材,主要用在高溫和化學(xué)環(huán)境下,具有良好的熱穩(wěn)定性,又具有抗老化、風(fēng)化和電絕緣特性。其表面狀態(tài)和硬度使其比橡膠類材料有較好的移動(dòng)條件。另一方面,堅(jiān)硬的表面使得其襯墊厚度較薄,不同于膠墊材料能起到減振效果,該材料能放大振動(dòng)輸入。其廣泛應(yīng)用于液氧系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)撓曲或熱增長(zhǎng)等需要線性移動(dòng)的地方。

        3 卡箍裝配

        根據(jù)管線所在環(huán)境溫度及是否有油及油飛濺等情況,選擇合適的帶墊卡箍。

        帶墊卡箍裝到管線上,松緊度應(yīng)適中。如果帶墊卡箍過松或過緊都會(huì)影響其使用壽命,還可能使被夾物損壞。

        卡箍尺寸規(guī)格根據(jù)所需要緊箍的管道公稱外徑來(lái)選擇,一般情況下,卡箍的內(nèi)徑尺寸與管道公稱外徑尺寸一致,尺寸正確的卡箍安裝后,與管道外徑吻合性好,如圖1所示。

        圖1 正確卡箍尺寸

        卡箍安裝后,卡箍對(duì)管道的緊箍不能太松,否則在管道和卡箍之間容易進(jìn)入異物;也不能太緊,否則卡箍容易變形,選擇尺寸不正確的卡箍安裝在管道上的示意圖如圖2所示。

        圖2 不正確尺寸的卡箍安裝

        帶墊卡箍應(yīng)與管道成90°直角進(jìn)行安裝,避免帶墊卡箍與管道間存在的內(nèi)應(yīng)力引起帶墊卡箍變形,還應(yīng)避免卡箍與管道中心線不對(duì)中,造成金屬與金屬相接觸,引起嚴(yán)重的磨損。

        管道拐彎處是振動(dòng)和壓力集中區(qū)域,特別是液壓系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)中的管道彎曲后,不再是標(biāo)準(zhǔn)圓形,帶墊卡箍不能裝在此處。確定卡箍安裝位置前,檢查管道是否為標(biāo)準(zhǔn)圓形,不能將卡箍安裝在彎曲和非標(biāo)準(zhǔn)圓形的部位??ü康陌惭b應(yīng)離彎曲處盡可能近,安裝腳的位置盡可能在彎曲內(nèi)側(cè)。

        帶墊卡箍的安裝腳和螺栓應(yīng)與管道的重力方向相反;如果管道有振動(dòng)或彎曲,可交替安裝腳的方向,以得到最大的支承。如果管道的振動(dòng)或彎腳在一個(gè)方向,則安裝腳與力的方向相反。

        當(dāng)管道需要安裝在垂直面上時(shí),卡箍安裝腳和螺栓應(yīng)與管道的重力方向相反,即卡箍的安裝腳安裝在管道的上方,如圖3所示,而不能將卡箍的安裝腳安裝在管道的下方,否則管道重力容易導(dǎo)致卡箍變形,圖4為不正確的安裝方式。

        圖3 正確的安裝方式

        圖4 不正確的安裝方式

        在多管道安裝時(shí),要求有一定的結(jié)構(gòu)分離,可使用支座或托架,再在上面安裝帶墊卡箍。如圖5。為了降低成本,可用一個(gè)螺栓固定2個(gè)或多個(gè)帶墊卡箍。

        圖5 使用托架的多管道卡箍安裝

        電纜和電線的彎曲半徑應(yīng)為其直徑的10倍,在彎曲的起始和末端用卡箍固定,控制被夾物變形,如圖6。

        圖6 用卡箍固定電纜和電線的彎曲半徑

        一般情況,對(duì)于電纜和電線,帶墊卡箍的間距不超過610mm。此外,根據(jù)重力,固定區(qū)域環(huán)境等因素,對(duì)間距可以作適當(dāng)調(diào)整。

        一般建議,對(duì)不需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的管道,選擇保持力達(dá)到29.5N以上的卡箍;對(duì)需要移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的管道,選擇保持力5N以下的卡箍。在管道直通接頭和三通等接頭處,間距應(yīng)減少約20%。在直徑不等的相互連接處,可采取平均的間距。

        如果管道內(nèi)有液體脈沖或管道彎曲,管道會(huì)產(chǎn)生垂直于管道中心線的單方向位移時(shí),將卡箍的安裝腳安裝在與受力或位移方向相對(duì)的一面。

        如果管道內(nèi)有液體脈沖或管道彎曲,管道會(huì)產(chǎn)生垂直于管道中心線的雙方向位移時(shí),則需要交替安裝卡箍的方向,即將卡箍安裝腳以交替的方式安裝在管道的上方和下方,以得到最大的支承,如圖7。當(dāng)位移或變形比較嚴(yán)重時(shí),建議采用馬鞍形卡箍,如圖8。

        V229+.5

        C

        1003–6660(2015)02–0023–05

        10.13237/j.cnki.asq.2015.02.006

        [收修訂稿日期] 2014-12-09

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