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        地下滴灌專用連接管件優(yōu)化設計

        2022-01-07 04:44:48王浩宇戰(zhàn)國隆王強學賈子莉
        中國水利 2021年23期
        關鍵詞:壓環(huán)管件專用

        文/王浩宇 戰(zhàn)國隆 王強學 賈子莉

        地下滴灌是最高效的節(jié)水灌溉技術之一,但目前國內外對地下滴灌系統(tǒng)中專用管件研究較少。常規(guī)管件在使用過程中存在滴灌管壁厚、適用范圍窄、管件易老化、可靠性差等問題,且滴灌管內壓力升降及熱脹冷縮容易導致連接處漏水、滲水嚴重或連接脫落等,嚴重影響了地下滴灌管網的可靠性。因此,研發(fā)具有良好密封性和優(yōu)異可靠性的地下滴灌專用連接管件,有利于地下滴灌技術的推廣和應用。

        一、地下滴灌專用連接管件優(yōu)化設計

        對市場已有滴灌管連接管件的結構、性能對比分析的基礎上,將地下滴灌專用連接管件設計為有倒刺連接桿和卡扣壓環(huán)兩部件組成,設計了管件螺桿及螺紋連接結構,利用Solid Works對連接管件的倒刺連桿和卡扣壓環(huán)進行網格劃分和受力分析,優(yōu)化確定了管件連接桿的長度、倒刺數量以及卡扣壓環(huán)斜齒的弧形嚙合數量、壓緊板厚度、裝配槽長度等結構參數。專用管件結構設計如圖1所示。

        利用三維建模軟件SolidWorks的Simulation模塊建立卡扣壓環(huán)結構模型,通過有限元方法進行結構優(yōu)化設計、理論分析和數值模擬。以管件的密封性和可靠性為目標,對卡扣壓環(huán)的半徑、齒高等特性參數進行可視化分析(如圖2~圖5),確定了產品結構。通過網格劃分及有限元應力分析,對卡扣壓環(huán)在安裝過程中出現的壓緊環(huán)變形問題做以預判,對卡扣壓環(huán)上應力集中處結構進行優(yōu)化,確定了嚙合牙型、角度、齒間距、齒高、壓環(huán)整體厚度等參數。

        通過結構設計及有限元分析,確定了地下滴灌專用管件的三維模型結構,采用3D快速成型技術實現產品模型向實體的快速轉換。以實驗樣件性能測試數據為依據,最終確定卡扣壓環(huán)的產品模型結構,如圖6所示。

        >圖1 地埋連接管件(上)、倒刺桿(中)、卡扣壓環(huán)(下)示意圖

        >圖2 卡扣壓環(huán)網格劃分

        > 圖3 卡扣壓環(huán)靜應力分析-靜態(tài)位移圖

        > 圖4 卡扣壓環(huán)靜應力分析-應力

        > 圖5 卡扣壓環(huán)靜應力分析-靜態(tài)應變

        > 圖6 卡扣壓環(huán)開發(fā)模型

        > 圖7 卡扣壓環(huán)生產工藝流程

        經過理論分析和實驗測試,確定了三角形斜齒嚙合齒型的最優(yōu)設計參數,即斜齒角度36.5°,齒高1.25mm,牙間距1.04mm,嚙合齒數11對。

        二、地下滴灌專用連接管件生產

        1.生產工藝

        根據常見熱塑性塑料性能對比(原料注塑時流動性要好),結合地下滴灌專用連接管件在使用過程中對材料的柔韌性、硬度、承壓內沖擊能力及尺寸穩(wěn)定性的要求,選取ABS(Acryliontrile-Butadiene-Styrene)樹脂為原料,采用微孔注塑工藝進行管件生產,可在保證滴灌管件密封性和可靠性的基礎上降低管件的生產成本。地下滴灌專用連接管件生產工藝流程如圖7所示。

        2.性能測試

        按照GB/T 19812.3-2008規(guī)定的實驗方法對管件連接滴灌(管)帶的內壓密封靜液壓進行測試,在0.20MPa下,在常溫環(huán)境中保持60min,滴灌(管)帶與管件密封連接處無破裂。對管件與滴灌(管)帶連接的耐拉拔性能進行試驗,0.2~0.8mm壁厚滴灌(管)帶在載荷130N、180N拉力下保持15min,滴灌(管)帶與管件連接處無松動、無脫開。因此,符合滴灌(管)帶連接使用的相關要求。

        三、結 論

        地下滴灌專用管件的嚙合齒型、角度、齒間距、齒高、壓環(huán)整體厚度等關鍵參數進行優(yōu)化設計,確定了三角形斜齒嚙合齒型的最優(yōu)設計參數。采用微孔注塑成型技術進行生產,研制出由兩三段倒刺的連接桿和壓環(huán)卡扣組成的地下滴灌專用連接管件。經驗證測試,滿足地下滴灌使用要求。

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