專利名稱:管接頭的自平衡型拉拔防止裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管接頭的自平衡型拉拔防止裝置，該管接頭具有如下結(jié)構(gòu)在由圓筒形的管體外面和圓錐形的接頭內(nèi)面形成的楔形剖面形狀的空間內(nèi)沿圓周方向大約均勻間距地配置多個咬合入管體外面和接頭內(nèi)面的剛體部件。
背景技術(shù)：
例如具有下述方法，即通過橡膠封裝件將管體強有力地緊固安裝到建筑物排水系統(tǒng)所使用排水管的管接頭裝置上從而進行保持的第一方法；通過實開平7-19690號所示的夾持部件保持管體從而將其連接到接頭上的第二方法；或者如實用新型登記第3099370號所示，在接頭的法蘭和管體之間的橡膠封裝件上配置剛體球，在管體上施加拉拔力時，在管體表面推動剛體球從而發(fā)揮防止拔出力的第三方法。這些接頭裝置通過橡膠封裝件或夾持部件、金屬球等在管體外面上施加一定的保持力，經(jīng)由其最大靜摩擦力，產(chǎn)生對抗管體的拉拔力的效果。
通過圖13、圖14具體地說明，第一方法為通過接頭本體和法蘭在管體外面緊固安裝環(huán)狀的橡膠封裝件，，并產(chǎn)生保持力R1，第二方法是為了將第一方法的保持力進一步增加，環(huán)繞管體使用夾持部件進行緊固安裝，緊密地進行保持(保持力R2)。第三方法是，將剛體球在多個地點插入第一方法的橡膠封裝件和法蘭之間，并且在通過螺栓螺母緊固安裝接頭的本體和法蘭時，剛體球通過法蘭和橡膠封裝件的壓力咬合入管體表面，發(fā)揮保持力R3。
如果考察傳統(tǒng)的接頭裝置的管體拔出的力學(xué)狀況的話，與在管體外面作為垂直壓力而施加的保持力R1-R3之類的加壓力R成比例地產(chǎn)生摩擦力f，其比例常數(shù)μ定義為摩擦系數(shù)。在管體上施加拉撥力F，f＝μR＜F時，管體朝向拔出方向只移動Δl。在圖15中示出在由外力F扭矩拉伸管徑4英寸的管體時，管體從接頭裝置的拔出量Lmm的實測值。
1)如圖15所示，最初，即使外力F增加，拔出量L的移動也為微小的Δl。這表示μ為最大靜摩擦系數(shù)時。伴隨著管體開始運動，μ變?yōu)閯幽Σ料禂?shù)，拔出量的增加變大，最終脫落。
2)由于摩擦系數(shù)μ根據(jù)管體、橡膠封裝件的表面狀態(tài)為不同的數(shù)值，或者加壓力R也因接頭本體和法蘭的螺栓、螺母的緊固安裝力的不均勻而變動，因而摩擦力f＝μR也在變動，如圖15所示，耐拉拔力因制品而較大地不同。
3)在傳統(tǒng)的接頭裝置中，由于發(fā)揮耐拉拔力的機構(gòu)依賴于由橡膠封裝件施加給管體的保持力，橡膠的劣化和變質(zhì)直接影響接頭裝置的性能(管不脫落、不漏水)。從而經(jīng)過長期后難于維持可靠性。
(專利文獻1)實開平7-19690號(專利文獻2)實用新型登記第3099370號
發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明需要解決的課題)本發(fā)明著眼于前述幾點，其課題在于提供一種自平衡型拉拔防止裝置，其中對于管接頭來說，作用到管體上的拉拔力反饋成保持力。另外，本發(fā)明的另一課題在于提供一種直到破壞為止都保持管體的管接頭自平衡型拉拔防止裝置。
(解決課題的手段)為了解決前述課題，本發(fā)明給出如下構(gòu)成的手段在由圓筒形的管體外面和圓錐形的接頭內(nèi)面所形成的楔形剖面形狀的空間內(nèi)、沿圓周方向大約均勻間距地配置多個產(chǎn)生在管體外面和接頭內(nèi)面咬合的剛體部件，在拉拔管體和接頭的方向的外力作用時，該剛體部件形成在管體圓周方向的軸圓周上轉(zhuǎn)動并且可朝向拉拔方向移動的轉(zhuǎn)動體，作為通過上述拉拔方向的外力使剛體部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的條件，楔形剖面形狀的空間的管體外面和接頭內(nèi)面之間形成的夾角2α為17度±7度，并且，剛體部件的外徑為管體外面和接頭內(nèi)面之間的最小間隙Δg的2倍以上。
本發(fā)明的原理傳統(tǒng)的管接頭裝置如圖14所示那樣，保持力R1-R3之類的作用于管體的加壓力R一定，從而與拉拔力F對抗的摩擦力f也一定，與之相對，本發(fā)明特征在于，通過運行原理實現(xiàn)一旦拉拔力F施加給管體并且該力增大，則摩擦力f與該F成比例地也增大的自平衡保持力系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，管體由外力伸張時的拔出量與傳統(tǒng)的管接頭裝置相比為幾分之一到1/10以下，能夠提供直到接頭本體的破壞極限為止都不產(chǎn)生管體脫落的劃時代的新接頭裝置。另外，相對管體的拉拔力不只從管體外部作用，也可由在排水管路系統(tǒng)中管內(nèi)的水壓或者水壓的脈動產(chǎn)生。
在圖1至圖12中示出本發(fā)明。接頭本體和傳統(tǒng)裝置同樣地良好。由管體外面的圓筒形和法蘭內(nèi)面的圓錐形形成楔形剖面ABC并且構(gòu)成楔形空間，在該楔形空間中，在管體外面和法蘭內(nèi)面之間被夾持、在管外周上大約均勻間距布置地配置多個由統(tǒng)一為半徑r的球狀轉(zhuǎn)動體或者圓筒狀轉(zhuǎn)動體制成的剛體部件。此時，剖面夾角∠ABC＝2α，管體和法蘭之間的間隙沿著管體保持Δg。
在圖4中，一旦在圖4中在管體長度方向上施加拉撥力ΔF，由管體和法蘭中夾持的轉(zhuǎn)動體構(gòu)成的剛體部件產(chǎn)生由與每個的摩擦系數(shù)μ1、μ2決定的轉(zhuǎn)動扭矩P，并且在與拉拔力ΔF相同方向上只移動Δl(與滾筒的原理類似)。通過剛體部件的中心O移動到O’，剛體部件的半徑中Δr＝Δlsinα部分咬合入圓筒形的管體外面和圓錐形法蘭內(nèi)面，相對每個面產(chǎn)生壓力ΔR。這就像在楔形剖面形狀的空間ABC中由力ΔK打入楔時，與加壓力ΔR之間成立ΔK＝2ΔR(sinα+μcosα)一樣。本發(fā)明的場合下，雖然力ΔK不直接施加給剛體部件，但由于通過由施加給管體的拉拔力ΔF產(chǎn)生的由轉(zhuǎn)動體構(gòu)成的剛體部件的轉(zhuǎn)動扭矩，使得由轉(zhuǎn)動體構(gòu)成的剛體部件在楔形剖面形狀的空間內(nèi)部移動，所以能夠等價地看到就像打入一樣。
即，如果a、b為常數(shù)，則Δl＝aΔF (1)ΔR＝bΔr＝bΔlsinα (2)從而，ΔR/ΔF＝absinα＝定值 (3)即，一旦在管體產(chǎn)生拉拔力F，則由該力產(chǎn)生作為保持力的加壓力R，與拉拔力的增加部分ΔF成比例地(與ΔF平衡)產(chǎn)生保持力的增加部分ΔR。由橡膠封裝件施加的期望的保持力R1作為已經(jīng)被施加的力。
(發(fā)明效果)本發(fā)明的裝置，通過如上詳細描述的機構(gòu)起作用，拉拔力F經(jīng)過轉(zhuǎn)動扭矩被反饋給由轉(zhuǎn)動體構(gòu)成的剛體部件而作為保持力R，為了拉拔需要更大的力F，由于具有所謂自平衡型(自身·平衡型)機構(gòu)，所以具有防止管體的拔出、直到破壞為止都保持管體連續(xù)的效果。
圖1是示出本發(fā)明管接頭的自平衡型拉拔防止裝置的整體的縱剖面圖。
圖2是示出在圖1的裝置中使用的實施例1的封裝件的一個實例的透視圖。
圖3是圖1的裝置的主要部分的放大剖面圖。
圖4是用于解析本發(fā)明的裝置的力學(xué)機制的說明圖。
圖5是圖示示出如下狀態(tài)的透視圖在管體外面和接頭內(nèi)面之間的圓錐形的空間配置剛體部件即球體。
圖6是示出本發(fā)明實施例1的鋼球數(shù)和位移的圖表。
圖7是示出本發(fā)明的實施例2的裝置的主要部分的縱剖面圖。
圖8示出圖7的裝置使用的實施例2的封裝件的一個實例，圖8A是透視圖，圖8B是示出封裝件配置的剛體部件的一個實例的正面圖。
圖9示出圖7的裝置使用的剛體部件，圖9A是未由支撐軸支撐的類型的透視圖，圖9B是由支撐軸支撐的類型的透視圖。
圖10示出在封裝件上安裝了圖9B的剛體部件的狀態(tài)，圖10A是正面方向的剖面圖，圖10B是側(cè)面方向的剖面圖。
圖11是示出實施例2的裝置的防止拔出刻痕的透視圖。
圖12是示出本發(fā)明的實施例2的效果的圖表。
圖13是示出傳統(tǒng)拔出防止裝置的作用的正面圖。
圖14是示出與圖13相同裝置的作用的縱剖面圖。
圖15是示出圖13、圖14的裝置的效果的圖表。
附圖標(biāo)記說明10-本發(fā)明的管接頭的自平衡型拉拔防止裝置 11、24-管體 12-管體外面 13-接頭 14-本體 15-法蘭 16-本體的法蘭 17、26-封裝件 18-螺栓19-螺母 20-楔狀空間 21-接頭內(nèi)面 23-為剛體部件的球體例如鋼球 25-為剛體部件的齒輪狀圓筒部件 26-連通部件 27-凹部 28-法蘭邊緣 29-鋼球插入孔具體實施方式
參照以下附圖更詳細地說明本發(fā)明。圖1-6示出本發(fā)明的管接頭的自平衡型拉拔防止裝置10的一個實例，符號11為管體，12為其外面，13為接頭，并且具有本體14和法蘭15，通過在兩法蘭15、16上安裝的螺栓18、螺母19的緊固而能夠強有力地緊固安裝在本體14的法蘭16和法蘭15之間插入的橡膠制的封裝件17。14a表示接頭本體側(cè)的傾斜內(nèi)面，17a表示橡膠封裝件的結(jié)合終端。
由管體11的外面12的圓筒形和在接頭13的法蘭15的內(nèi)面12形成的圓錐形構(gòu)成具有楔形剖面形狀A(yù)BC的空間20。橡膠制的封裝件17具有進入在管體外面12和接頭內(nèi)面21之間的上述空間20內(nèi)的錐形狀的保持部22，在該保持部22上在圓周方向上大致均勻間隔地配置多個由轉(zhuǎn)動體制成的剛體部件23。另外，保持部22具有薄壁部22a，并且其進行設(shè)置以便從封裝件17的本體部分起可某種程度自由地運動。
另外，在圖3、圖4、圖5中，點A為接頭內(nèi)面21的點，點B為接頭內(nèi)面21的延長線和管體外面12的交點，點C為管體外面12的點，全部的點A、B、C位于通過管體11中心的半徑方向的同一平面上。另外，r表示由轉(zhuǎn)動體制成的剛體部件23的半徑，Δg表示管體外面12和接頭內(nèi)面21之間的最小間隙。圖5圖示地表示由管體外面12和接頭內(nèi)面21形成的楔狀空間20與在該楔狀空間20中配置的球狀剛體部件23之間的關(guān)系。
實施例1(參照圖1至圖6)本實施例適用公稱4英寸的管系，并且為管接頭的自平衡型拉拔防止裝置。接頭13的本體14和法蘭15由鑄鐵制成，所使用的管體11為管系用碳素鋼鋼管(SGP)。根據(jù)所使用的管體11的形態(tài)選擇由轉(zhuǎn)動體制成的鋼鐵部件23。在由SGP制成管體11的場合下，其表面具有防銹亞鉛鍍層，由于滾動摩擦系數(shù)μ2相對較大，因此由轉(zhuǎn)動體制成的剛體部件23為鋼制球體。
管體外面12和法蘭部內(nèi)面21構(gòu)成的楔形空間20的夾角為2α＝17度，由鋼球制成的剛體部件23的半徑r＝2.4mm。圖6示出在改變鋼球數(shù)目的場合下，相對管體拉拔力F(牛頓)的管體拔出長度(mm)的實測值。同時也一并記錄傳統(tǒng)品在相同條件下的實測值。
鋼球數(shù)為3個、4個和6個的場合下，在圖表中示出雖然在拔出量大約15mm附近數(shù)據(jù)停止，由于與管體11的拉拔聯(lián)動從而作為剛體部件23的鋼球轉(zhuǎn)動移動，最后從法蘭脫落。另外，在實施例的鋼球12個的場合下，示出如下雖然未到達拔出量15mm附近，并且在12.5mm處終止，但由60000N破壞接頭裝置本體。從該圖表表明下面的內(nèi)容。
1)相對傳統(tǒng)品，本發(fā)明的裝置裝備12個鋼球，相對管體拉拔力具有5倍以上的耐力，得到極大改善。不是在60000N處管體脫落，而是接頭裝置自身的鑄造物產(chǎn)生破壞，這表示接頭的保持機構(gòu)仍在工作。
2)實施例1中各測定值示出相對管體拉拔力F的管體拔出量L大致為直線，即ΔF/Δl＝定值，(1)式成立。而且，ΔP作為相對1個鋼球的微小位移的耐力F，ΔP＝ΔF/Δl·n (4)這里n為鋼球個數(shù)(表1)
該結(jié)果示出如表1所示，ΔP為大約220牛頓/mm的定值，(3)式成立，即通過楔形空間內(nèi)鋼球的轉(zhuǎn)動，對應(yīng)于管體拔出量F的增加的抗力(P∶R比率)自平衡地增加。
3)雖然因鋼球數(shù)的增加而抗力增加，但這些鋼球用于在管體和法蘭上分散該負荷。在鋼球數(shù)過少的場合，在鋼球轉(zhuǎn)動的同時，因負荷R而在管體上產(chǎn)生凹部，最終破壞法蘭邊緣的同時脫管。通過增加鋼球數(shù)，負荷R在管體上分散，以便也能夠耐受接頭鑄造物的破壞極限以上的負荷。這些通過經(jīng)驗容易理解。
實施例2連接對象的管體24為硬質(zhì)氯乙烯(VP)的場合下，由于管體表面非常平滑，并且容易變形，因而齒輪狀圓筒部件適于作為剛體部件(圖9A、B)。管體24的尺寸為與前述各例相同的4英寸的場合下，如圖8A、B所示，由12個圓筒部件制成的剛體部件25插入凹部27內(nèi)，該凹部27均勻間距地設(shè)置在橡膠封裝件26的法蘭側(cè)外緣部。剛體部件25的個數(shù)以4英寸管作為代表，對于其它尺寸的管體也妥當(dāng)。
原理上與鋼球制成的剛體部件25的場合相同，通過VP制管體24的拉拔，剛體部件25的齒咬入VP制管體24表面，確保轉(zhuǎn)動扭矩，并且朝向法蘭邊緣28移動經(jīng)過楔形空間20的內(nèi)部。這樣保持力增大。另外，由于這里新示出的符號以外的結(jié)構(gòu)與此前的結(jié)構(gòu)同樣，從而不重復(fù)援用符號進行詳細的說明。圖12示出相對實施例2的拉拔力F的VP制管體24的拔出量的實測值。根據(jù)圖12，理解到雖然傳統(tǒng)的接頭中沒有抗力，但其顯著地提高。另外，通過在實驗后的VP制管體24的表面上，由齒輪狀圓筒部件制成的剛體部件25的齒距確實殘留痕跡，理解到正如理論那樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明成立要求的各個條件1)作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件的轉(zhuǎn)動半徑r和夾角α在圖4中，在管體和法蘭之間設(shè)置均勻的Δg的間隙。作為一實例，4英寸碳素鋼鋼管的外形尺寸p、法蘭內(nèi)徑尺寸f分別為p＝114.3±0.8mmf＝117.4±0.5mm從而，最大Δg＝1/2×{最大f-最小p}＝1/2×4.4mm。
順便提及，拉拔力作用在管體上時不一樣，其為管體在上下左右等可擺動的形態(tài)。從而應(yīng)當(dāng)考慮最大間隙一側(cè)為0mm，另一側(cè)最大為Δg×2＝4.4mm的場合。即使在該場合下，作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件23、25不拔脫落。即需要2r＞最大Δg×2(＝4.4mm) (5)剛體部件在前述實施例1的鋼球的場合為2r＝4.8mm，在實施例2的齒輪圓筒部件的場合，如圖9A所示齒輪芯徑2r’為4.5mm，同時滿足(5)式的條件。
圖4示出楔形空間ABC，其內(nèi)部包含作為滿足(5)式的轉(zhuǎn)動體的剛體部件23、25，法蘭內(nèi)面的長度AB’為AB’r+(2r-Δg)/sin2α即，sin2α＝(2r-Δg)/(AB’-r) (6)減小夾角α則AB’變長，由于法蘭變大型化，為了接頭裝置的輕量化、小型化，需要AB’落入規(guī)定值。剛體部件23、25的半徑變小則由轉(zhuǎn)動引起的移動量變大，容易產(chǎn)生咬合。
4英寸管的場合，標(biāo)準(zhǔn)Δg＝(117.4-114.3)/2＝3.1mm，AB’為15和20mm的場合，對于實施例1、2分別求出(6)式和夾角2α，則得出下表。在轉(zhuǎn)動體由齒輪狀圓筒部件制成剛體部件的場合的半徑r使用齒輪外接圓的半徑(該場合下為5.5mm，參照圖9A)。
(表2)
夾角2α的最小值由(6)式給出。另一方面，在AB’進一步變短則夾角張開，2α≥28度的場合下，轉(zhuǎn)動體空轉(zhuǎn)并且不產(chǎn)生ΔR。
通過實驗結(jié)果，實際上希望2α＝17度±度 (7)雖然這些為4英寸管的場合，但是即使管徑大小不同，也確保(7)式的值不較大變化。
2)作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件的保持機構(gòu)作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件，首先根據(jù)圖3考察鋼球場合的保持機構(gòu)，在橡膠封裝件17上沿周方向均勻間距地通過預(yù)先同時成形形成12個比鋼球直徑2r小的鋼球插入孔29，插入鋼球時通過橡膠彈性保持鋼球自身。該部分的橡膠封裝件的厚度與由鋼球制成的剛體部件23的直徑相比制作得較薄，鋼球確實與管體11和法蘭15接觸地轉(zhuǎn)動。
同樣，當(dāng)根據(jù)圖7考察齒輪狀圓筒部件的場合的保持機構(gòu)時，作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件在齒輪狀圓筒部件上設(shè)置中心孔25a，并且由支撐軸30支撐地轉(zhuǎn)動，如圖8B所示，由12個齒輪狀圓筒部件制成的剛體部件25由1個圓形支撐軸30進行連接。然后，如圖10B所示，在外緣圓周上均勻間距地設(shè)置12個凹部27，該凹部27用于將由齒輪狀圓筒部件制成的剛體部件25插入進入管體24和橡膠封裝件26的楔形空間20的外緣部分內(nèi)，實際上，由于伴隨著由齒輪狀圓筒部件制成的剛體部件25進行轉(zhuǎn)動，相互的間隔縮短，因而如圖8B所示，環(huán)連接的場合打開支撐軸30的一部分。
3)作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件23、25的形狀本發(fā)明的作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件23、25為球狀、圓筒狀，應(yīng)該包含滿足下面兩個要件的所有情況。即，a、朝向管體11的拉拔方向轉(zhuǎn)動，
b、具有使得作為轉(zhuǎn)動體的剛體部件23、25和管體11之間的摩擦系數(shù)μ1、和法蘭之間的摩擦系數(shù)μ2同時增大的構(gòu)造和表面處理。
球形的場合，剛體部件的表面為帶有微米等級的細微凹凸的表面(所謂表面粗糙的表面)也有效。而且，像金平糖一樣在鋼球表面均勻地表面設(shè)置多個突起(圓錐形)(但是期望突起高度在球體直接的1/4以下)也有效。在圓筒形的場合，剛體部件的表面為粗糙表面、鋸齒形齒輪結(jié)構(gòu)也有效。
通過以上說明，作為本發(fā)明的管接頭的自平衡型拉拔防止裝置必要的要件，如權(quán)利要求
1所記載，在由圓筒形的管體外面和圓錐形的接頭內(nèi)面構(gòu)成的楔形端面形狀的空間中配置的剛體部件通過在管體上作用的拉拔力而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，管體外面和接頭內(nèi)面之間形成的夾角2α為17度±7度，然后，剛體部件的外徑大于等于管體外面和接頭內(nèi)面之間最小間隙Δg的2倍。通過滿足這些要件的本發(fā)明得以實現(xiàn)如下的目的、效果剛體部件經(jīng)由拉拔力產(chǎn)生滑動，從而從動摩擦系數(shù)支配的傳統(tǒng)裝置中脫落，而本發(fā)明的裝置直到破壞為止都不發(fā)生脫管。
在本發(fā)明的說明中，雖然管體的尺寸為4英寸管，但4英寸管作為這種管體的代表?，F(xiàn)有技術(shù)人員可以了解到，4英寸管作為代表了從1英寸半的管到10英寸管的管來處理并沒有妨礙。從而，可以明白本發(fā)明的裝置至少適用于從1英寸半的管到10英寸管。
權(quán)利要求
1.一種管接頭的自平衡型拉拔防止裝置，其特征在于，在由圓筒形的管體外面和圓錐形的接頭內(nèi)面形成的楔形剖面形狀的空間內(nèi)、沿圓周方向大約均勻間距地配置多個在管體外面和接頭內(nèi)面產(chǎn)生咬合的剛體部件，在拉拔管體和接頭的方向的外力作用時，該剛體部件形成在管體圓周方向的軸圓周上轉(zhuǎn)動并且可朝向拉拔方向移動的轉(zhuǎn)動體，作為通過上述拉拔方向的外力使剛體部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的條件，楔形剖面形狀的空間的管體外面和接頭內(nèi)面之間形成的夾角2α為17度±7度，并且，剛體部件的外徑為管體外面和接頭內(nèi)面之間的最小間隙Δg的2倍以上。
2.如權(quán)利要求
1所述的管接頭的自平衡型拉拔防止裝置，其特征在于，朝向管體的圓周方向均勻間距地配置12個剛體部件。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的管接頭的自平衡型拉拔防止裝置，其特征在于，剛體部件為球體、圓筒體或者齒輪狀圓筒部件中之一。
專利摘要
一種管接頭的自平衡型拉拔防止裝置，其中，在由圓筒形的管體外面和圓錐形的接頭內(nèi)面形成的楔形剖面形狀的空間內(nèi)、沿圓周方向大約均勻間距地配置多個在管體外面和接頭內(nèi)面產(chǎn)生咬合的剛體部件，在拉拔管體和接頭的方向的外力作用時，該剛體部件形成在管體圓周方向的軸圓周上轉(zhuǎn)動并且可朝向拉拔方向移動的轉(zhuǎn)動體，作為通過上述拉拔方向的外力使剛體部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的條件，楔形剖面形狀的空間的管體外面和接頭內(nèi)面之間形成的夾角2α為17度±7度，并且，剛體部件的外徑為管體外面和接頭內(nèi)面之間的最小間隙Δg的2倍以上。
文檔編號F16L21/08GK1991228SQ200610064037
公開日2007年7月4日 申請日期2006年10月17日
發(fā)明者伊藤光男, 增田義雄, 野島真二 申請人:伊藤鐵工株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan