关于电动液压管道压接钳的设计分析[摘要]：在研发电动液压压接工具中，对于压接管件钳口的关
键设计，从压接密封可靠性设计，超高压工具钳口的安全及寿命设计，和力臂凸轮曲线设计等三大方面进行了设计分析和优化研究。

[关键词]：薄壁不锈钢管有限元分析失效模式主动性安
全预防
中图分类号：f120.3 文献标识码：f 文章编号：1009-914x（2012）26- 0581 -01
1 引言
作为管道连接技术的一种，压接连接技术已经在全球成为中小
口径各种管道（塑料、铜、钢、不锈钢等）的主要连接手段。

通过
对管道，管件和密封材料三者施加径向压力从而使内置密封材料及
管件产生适度挤压形变，从而具备一定的耐压（水压/气密）和抗
震动及抗拉拔功能。

其配套高精度专业压接工具和是保障压接连接
施工质量的关键之一。

本文介绍在研发设计质量稳定、高效安全的
压接电动液压压接钳中，如何去解决几个关键性技术问题。

2 电动液压压接钳
电动液压压接工具由电池或交流电输入电能，驱动马达，由液
压齿轮泵，柱塞泵，或摆线泵，推动活塞机构输出做功。

根据管径
的大小变化（从dn15到dn100），需相应需设计系列压接钳。

压接
钳装在压接工具前端，通过活塞机构推动剪式钳臂，利用杠杆原理，以销轴为中心，闭合钳口，来压接管件。

如图1。

3 压接钳关键技术分析和优化
1）压接连接密封的钳口可靠性设计研究
高质量的压接密封主要是由管件压接密封圈变形后的尺寸决定的，高精度且可靠稳定的成形尺寸，可确保管道连接处的密封度（水压/气密）及抗拉拔/振动等物理特性要求。

压接后成形尺寸公差必须严格控制在20丝以内（0.2mm）。

高质量的压接钳口设计与加工制造是确保管件压接成形的关键。

但设计难度很高：
a.各种管件差异性大。

仅国内管件厂家就达四十多家。

主要卡压式管件，也有自行设计的环压式管件。

众多系统和厂家的管件尺寸都有或大或小的差异，原材料及热处理后的硬度的差异。

b.压接质量合格率要求极高。

一般产品质量合格率99%已是不错，但对于管道压接系统，以一个建筑工程约用1万只水管管件为例，就会出现100处漏水，这是完全无法接受的。

若是用于煤气管路，更会产生严重安全问题。

我们特殊设计了的压接钳，其钳口轮廓为弧形，使压接后的连接管件具有相应的弧形轮廓，消除了由于尖边而产生应力集中及易磨损的缺点，提高了连接管路的可靠性。

在钳口设有定位面，定位面在钳口与管件相压之初就夹住管件，将管件牢牢固，使其不易滑脱，从而确保压接质量。

压接钳口的尺寸公差严格控制在0.1mm以内。

如图3。

2）超高压力工具的安全性研究和验证
由于要在5秒内输出32kn的超高压力，若压接钳设计和制造不当，可能会产生零部件断裂，飞射出造成伤害事故。

我们采用主动性安全设计方案，以杜绝任何零部件的断裂飞溅伤害事故。

我们设计方案是压接钳在使用至接近使用寿命（约1万次压接）时，应有明显的迹象或指示（如压接钳侧板产生裂纹或非脱落性断裂），主动提示报废。

压接钳在超过使用寿命（约1万次压接）时，如继续使用，压接钳将在指定部位产生“软性”断裂（包括压接钳侧板的非脱落断裂），使压接钳无法工作，从而防止出现危险断裂。

首先分析产品不同零件的各种失效模式。

把指定零件（侧板）的特定部位的特定失效模式（软性断裂）设计成整个压接钳的设计寿命10000次，其余零件的实效模式的设计寿命会大于12000次设计寿命。

其次我们建立应力模型，如图5。

采用有限元分析计算分析压接钳各个部件在不同的受力模式下的强度及变形，找出受力情况最为严酷的部位。

根据计算结果所示位置，来修改设计来验证满足压接钳结构的强度要求。

如图6。

经过多次的计算和分析及通过结构尺寸，材料以及热处理调整修改，使得满足静态强度和疲劳冲击强度的要求。

最后我们进行大量产品寿命实验，模拟数万次实际工况来验证设计，保证在安全的前提下满足功能和寿命要求。

3）压接凸轮曲线优化设计研究
4 结束语
电动液压管道压接工具弥补了中国电动管道压接工具这一空白，为中国主流市场的压接管道系统配套提供全系列电动压接工具和钳口。

通过本文也论证了在超高压工具中如何从性能，质量，寿命和安全性几个方面进行设计分析和优化。

尤其是如何应用有限元分析，doe等工具解决实际工程问题，并通过实验测试进行验证。

参考文献：
[ 1 ] 成大先. 机械设计手册， 2002.1
[ 2 ] roark， raymond j. formulas of stress and strain. 1989
[ 3 ] 姜文源，薄壁不锈钢管道压接， 2008。