摘要：對調(diào)節(jié)閥快速插頭的密封容易失效原因進行了分析，并提出改進方法，自行設計制造的新型密封件簡化了結構和制造工藝，降低了成本，提高了使用壽命，具有推廣價值。

關鍵詞：調(diào)節(jié)閥；快速接頭；密封；改進；設計

調(diào)節(jié)閥快速接頭的關鍵技術是在于密封性能，在與插頭對接時，要有很好的密封性，避免管內(nèi)流體泄漏，同時拔出插頭時，能迅速關閉接口。現(xiàn)在快速接頭的技術已經(jīng)非常成熟，市場上的種類也非常多，各有技術優(yōu)點，但也存在一些不足，如結構復雜、制造成本高、密封容易損壞等缺陷。筆者根據(jù)工作中接觸到的噴槍快速接頭，其密封很容易損壞。經(jīng)過長時間的摸索改進，自行設計了快速接頭的密封結構，簡化了密封結構和制作工藝，降低了制作成本，同時提高了密封的壽命。現(xiàn)作如下介紹，謹供同行參考。

1 調(diào)節(jié)閥快速接頭的結構及工作原理

圖 1 調(diào)節(jié)閥

圖 2 快速插頭

圖 1為調(diào)節(jié)閥，圖 2 為快速插頭。調(diào)節(jié)閥有 3 個接頭，帶螺紋的 2 個接頭與油漆管連接；另一個是卡口式快速接頭，在生產(chǎn)時與固定在噴槍上快速插頭連接，這樣噴槍經(jīng)調(diào)節(jié)閥與油漆管形成了連接。

圖 3 調(diào)節(jié)閥快速接頭內(nèi)部密封結構示意圖

（1）快速接頭密封結構。如圖 3 為調(diào)節(jié)閥快速接頭內(nèi)部密封結構示意圖，其密封由 4 部分組成：壓縮彈簧，鋼球和鋼球座，彈性密封，彈性密封座。

（2）快速接頭工作原理。如圖 3 所示，快速接頭在沒有與插頭連接時，壓縮彈簧將鋼球壓到鋼球座上，堵住連接孔，形成關閉狀態(tài)；而當插頭由下往上插人連接孔時，插頭依次與彈性密封座、彈性密封、鋼球座和鋼球接觸，最后插頭將鋼球頂離開鋼球座，打開連接孔，流體經(jīng)插頭中心孔流出，就完成了快速對接。在對接時，插頭與連接孔中的鋼球座、彈性密封座的配合都是間隙配合，只有彈性密封與插頭是緊密配合，即只有彈性密封對插頭起到密封作用。在與插頭連接和斷開的操作中，插人時，插頭在打開連接孔前，先與彈性密封接觸形成密封；而拔出時，插頭在脫離彈性密封前，鋼球已經(jīng)先堵住連接孔，這就是快速接頭與插頭連接和斷開時，沒有油漆泄漏的原因。

彈性密封的工作原理和常見的骨架油封是一樣的，是靠彈簧的收縮力形成密封。

2 原密封存在的缺陷及原因分析

從生產(chǎn)使用中故障情況統(tǒng)計，所有的接頭泄漏故障都是彈性密封磨損、變形等造成接頭泄漏，而且使用壽命很短，平均壽命均為 1 個月；備件成本高，該產(chǎn)品為美國某廠家生產(chǎn)，采購成本為每個密封 300 元人民幣。其故障原因分析如下：

圖 4 鋼球座和彈性密封之間有間隙和死角

（1）油漆含有金屬顆粒和油漆尾液凝結顆粒，其會加速彈性密封的磨損。現(xiàn)在噴涂的油漆，大都含有金屬顆粒，如圖 4。鋼球座和彈性密封之間有間隙和死角，插頭拔出時，就會有油漆尾液殘留在間隙里，在殘留的地方凝結變硬，當插人插頭時，凝結的油漆和金屬顆粒就會對密封擠壓，造成彈性密封的磨損和變形；還有殘留的油漆經(jīng)間隙流入彈性密封圈的彈簧槽內(nèi)，使沉淀凝結，使得彈簧失效，不再有收緊的作用。

（2）彈性密封的有效密封厚度約 1.5~2mm，密封面小，容易磨損失效；彈簧小收縮力有限，當密封圈的彈簧槽內(nèi)有油漆凝結后，就失去作用。

因此，要改進原來密封結構，就要解決原密封存在的這兩點缺陷。

3 新型密封結構及技術特點

3.1 新型密封結構

圖 5 新型密封的組成

圖 6 密封件實物

如圖 5 所示，新型密封由壓縮彈簧、鋼球、密封件 3 部分組成。其中新密封將原來的鋼球座、彈性密封和彈性密封座 3 個部分組合成一體，如圖 6 所示的密封件實物。

3.2 新密封的技術特點

（1）利用密封自身的彈性變形形成密封，不再另外加裝彈簧。如圖 5 所示，新密封件整體上呈管狀，在上半端管壁內(nèi)加工有 U 型凹槽，形成內(nèi)外兩層管壁；內(nèi)孔尺寸為上小下大。新密封件上端內(nèi)層是密封件的關鍵，其管壁設計得相對較薄，是為了讓它容易產(chǎn)生彈性變形；其內(nèi)孔和快速插頭的配合尺寸為過盈配合，當插頭插人時，薄壁管發(fā)生彈性變形漲大，薄壁管靠自身彈性變形的收縮力，使得管壁和插頭外表面緊密接觸形成密封。新型密封的工作過程與原裝密封一樣，即在與插頭連接和斷開的操作中，插人時，插頭在打開連接孔前先與新密封件上端內(nèi)層管壁形成密封；而拔出時，插頭在脫離新密封件上端內(nèi)層管壁前，鋼球已經(jīng)先堵住連接孔，整個過程的密封都是靠密封件上端內(nèi)層薄壁管自身的彈性變形來完成，達到快速斷接而沒有油漆泄漏。

在快速接頭未與插頭連接時，彈簧將鋼球壓在密封件上端內(nèi)層管壁的出口上，對連接孔形成關閉，這時，內(nèi)層管壁受到彈簧壓在鋼球上的壓力和管內(nèi)油漆的壓力，這樣內(nèi)層管壁需要一定的剛性。

（2）利用流體自身壓力形成密封。密封件上端設計有 U 型凹槽，它不但為內(nèi)層管壁產(chǎn)生彈性變留下了空間，同時在工作時 U 型凹槽內(nèi)填充滿油漆，由于油漆本身就有 600000~800000Pa 的壓力，給薄壁管在徑向上一個很大的壓力，這樣使得薄壁管和插頭接觸捏合得更好，提高密封的可靠性，解決了原來彈性密封彈簧收縮力偏小，導致密封容易失效的問題；而當拔出快速插頭后，油漆的壓力有助于薄壁管漲大彈性變形的收縮，降低薄壁管彈性變形的疲勞度，提高密封件的壽命。

（3）新密封內(nèi)孔平滑過度，，不易結漆，密封接觸面大，提高密封件壽命。新密封內(nèi)孔上小下大，設計成平滑過渡，沒有死角，解決了原密封內(nèi)孔有死角的缺陷，這樣殘留的油漆不易結堆凝結在密封件內(nèi)孔，減少油漆顆粒對密封件的擠壓摩擦。新密封的密封面大小，取決于密封件上端 U 型槽的深度，即上端內(nèi)層薄壁管的高度。薄壁管越高，密封面越大，越有利于提高密封可靠性；而薄壁管的高度，取決于制作材料的剛性和彈性綜合性能。現(xiàn)在我們使用聚四氟乙烯棒料制作，薄壁管的高度達到 8mm，而原來的彈性密封高度為 2mm。這樣，新密封件和原來彈性密封的密封面大小比，即為它們的高度比，新密封件為原來的 4 倍，大大增加了密封接觸面，解決了原來彈性密封密封面小的缺陷；同時密封面增大后，也有利提高密封的耐磨性，從而提高密封壽命。

（4）制造工藝簡單，大大降低了制造成本。從密封件的形狀可看出，其制作工藝非常簡單，既可以機加工制作，也可以注模成形制造，只靠單一的制作工藝就可以完成；而原來的彈性密封，既需要注模制造，又要制作彈簧及焊接，工藝相對復雜；新密封制造工藝簡單，制作成本自然降低。

4 結束語

車間現(xiàn)場從當年的 5 月份開始使用新密封件代替原來的彈性密封，在替換前，彈性密封平均每 2 天損壞一個，經(jīng)過 5 月份的逐步替換后，到 8 月份密封損壞只有 4 個，故障率大大降低。經(jīng)試用證明，新型密封件不僅可以起到原來密封的功能，而且大大提高密封壽命，達到改進的預期效果。

新密封件的特點制作工藝簡單、密封性好、壽命長，適用于類似于油漆等含有微小固體顆粒環(huán)境。在工業(yè)生產(chǎn)及生活中，需要使用快速接頭的場合很多，如水管快速接頭、壓縮空氣快速接頭等，本文介紹的密封件有著良好的推廣價值。