带背压释放器液压快换接头的开发

摘  要:  液压快换接头在工业领域应用广泛，由于系统背压造成的连接和断开困难一直困扰着人们，本文开发出一种新型带背压释放器的快换接头，有效解决系统背压的困扰。本文详细介绍了该产品的结构、工作原理及对应开发的两种新产品，随后对这种新型快换接头的测试数据进行研究和分析。最后，介绍了该新型带背压释放器快换接头产品的实际应用和市场前景。
关键词：液压快换接头；平面型；背压释放器

Development of Hydraulic Quick Action Coupling with Pressure Releaser

WANG Xu-dong, CHEN Haihua,WANG Wei-dong

（ Beijing Vexroth M&E Equipment Co.,Ltd. Beijing ；Shijiazhuang North Zhong Cheng M&E Equipment Co.,Ltd.）

Key words: Hydraulic quick aciton coupling , Flat type, Back releaser

引言

液压快换接头是为流体管路提供一种快速、可靠地重复连接和断开的接头形式。自从1935年世界上第一个带阀芯的快换接头被研制出来，发展至今它已经被广泛应用到众多工业领域中。随着应用领域和总量的增多，快换接头的连接与断开困难的故障就越来越成为困扰人们的难题，国内对这类问题的研究少而局限。本文将通过对液压快换接头的工作原理、背压产生的原因和消除方法的详细研究和分析，结合国内内外文献资料，开发出一种带背压释放器的快换接头，国内专利号为ZL201821518916，产品在多个配套设备厂进行安装应用，实际检验的结果表明该产品使用在背压系统中效果良好，有效解决了连接和断开困难的问题。

一、液压快换接头概述

1、结构及使用

液压快换接头的结构主要由阴接头和阳接头两半部分组成。工业液压领域中应用的快换接头主要有两类：第一类是符合标准GB/T 5860-2003的产品，第二种是符合标准ISO 16028:1999的产品，与第一类产品不同的是它采用平齐端面的结构，连接时的夹气量和断开时的泄漏量非常小，因此又称为无泄漏式快换接头，该产品的防尘和防污染效果非常好。

2、液压系统的背压和残压

液压系统背压产生主要分为两类：一类是系统设计的功能需要，另一类是系统设计的不合理产生的背压，有时也称为系统残压。无论是设计的带背压回路系统，还是设计不合理造成的系统残压，都会造成快换接头的连接和断开困难。解决背压常用的方案是设计时，在相应的部位和管路安装压力释放阀，在系统有残压或背压时通过压力释放阀来放卸压。否则，在遇到没有压力释放阀的系统，快换接头连接和断开时遇到困难时，通常采用外力敲击的方式来“暴力”释放压力，这种操作方法危险且容易造成压力释放不可控、螺纹和密封件等连接部件的永久性损坏，非常不可取。

二、背压释放器

1、背压释放器

根据先导阀的原理，设计开发出一种带背压释放器的快换接头，新设计对传统快换接头的锥阀重新设计，在阀体内集成了先导卸压阀，阀的组件爆炸图如图1所示，新型锥阀主要包括顶针、套筒、钢球、密封、阀体、定位销、弹簧和定位轴套，主要增加了顶针、钢球和定位销等。在接头初接触时，两个接头的卸压阀顶针先接触，顶针的横截面是锥阀面积1/50~1/100，操作者仅需要较小的操作力，便可以克服弹簧阻力和背压打开卸压阀，卸压后进一步向前推时仅需克服阀的弹簧力便可完成操作。

图1  新型卸压阀组件爆炸图

液压系统对于选用单边带卸压快换接头产品，一般将带卸压阀的阳接头布置在压力源端，当阳接头进入阴接头后在弹性密封作用下，两边形成一个密封腔体，此时两个接头的锥阀端面开始接触，阴接头锥阀端面把带卸压阀的阳接头的锥阀顶针推起，顶针将钢球从密封的锥面推起，管道内的背压和残压瞬间便可释放卸压，释放的油液在密封腔体内保留。背压释放后，在手动作用力下继续向内推进，此时仅需克服锥阀的回位弹簧力打开锥阀，阴阳接头连接到位后，锁定钢球落入定位槽内，套筒回位锁定钢球，此时阴阳接头形成可靠连接。

2、GB/T 5860快换接头设计

GB/T 5860型式的快换接头，是国内快换接头应用的主流产品，大部分的制造商的产品也多是此类产品，下面针对GB/T 5860标准的快换接头，我们介绍带背压释放器的产品，带背压释放器的阴阳接头背压释放器工作状态的剖面如图2所示，此图也可以清晰看到阴阳接头的内部结构。

图2 背压释放器打开状态示意图

3、ISO 16028的接头设计

ISO 16028在国内没有对应的标准，国内也有制造商制造并出口相关的类似产品，该标准的规定产品压力是在21.5Mpa至35Mpa的高压液压快换接头产品，在标准中仅对接头的外观及端部尺寸进行了定义，具体的内部结构均由厂家自行确定。为了保证产品的通用性、互换性和一致性，我们保证新型的带背压释放器的产品和不带被压释放器的产品主要部件通用。符合ISO 16028标准带背压释放器的快换接头产品的结构如3所示，图示状态是背压释放器工作时的剖面图（注意：图中省略相关的部件的弹簧组件）。

图3  符合ISO 16028标准的产品

三、产品测试与应用

1、产品测试

液压快换接头的测试，依据GB/T 5861-2003，标准规定了液压快换接头测试的试验装置、试验条件、试验方法和系统等。根据试验方法对本文所研究的两种带背压释放器的快换接头进行测试，与通用不带背压释放器的产品对比分析压降、泄漏量、系统内保持内压下的连接和断开力或扭矩。符合ISO 16028标准平面型快换接头，脉冲压力循环测试需要经过断开连接100,000次和接通连接1000,000次的脉冲压力的循环测试，比GB/T 5861标准规定的断开和连接循环脉冲试验次数10,000次更为严格和可靠。另外还增加溢流量和夹气量的指标。

通过试验可以看出背压释放器对系统的流量和压降具有一定的影响，随着产品尺寸和流量的增大，带背压释放器产品比不带背压释放器的产品压降更快。测试快换接头在压力下连接力或扭矩的大小，随机选择接头的测试结果可以分析得出，带背压释放器类的接头在背压下连接和无背压下连接力基本相同，背压释放器的作用效果明显。

2、产品应用

（1）GB/T 5860系列快换接头的应用

GB/T 5860 系列产品在工业液压市场应用主要有加工机床，重卡，海工，化工和石油石化行业。产品的尺寸范围从 1/4″至1″，材料可提供黄铜、碳钢、不锈钢等多种材质，带背压工况下连接，最高可达工作压力。图4是该产品在石化行业的应用。

图4  GB/T5860快换接头的实际应用

（2）ISO 16028平面型快换接头应用

ISO 16028平面型快换接头产品主要应用在海工、农机、建筑机械和工程机械等领域，图5、图6是产品实际应用到建筑机械、机床和工程机械上的现场图片。

图5 液压快换接头产品的应用

图6  ISO 16028产品的应用

结  论

正如本文开始所分析的，系统背压一直是困扰快换接头连接和断开的主要原因，给使用者带来非常大的不方便性和安全隐患。本文新设计的快换接头背压释放器，原理和结构简单，产品在实际应用中故障解决能力显著。基于GB/T 5860和ISO 16028标准开发的带背压释放器的产品，经过试验测试和实际应用后，背压造成的快换接头的连接和断开问题得到解决，产品填补国内带背压释放器快换接头的市场空白。产品应用于石油石化、工程机械、建筑机械，机床设备等领域市场反馈良好，有效推动国内快换接头的更广泛普及和使用。

参考文献

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