运动场合用金属波纹软管的设计

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1 金属软管发展现状及存在的问题目前，在工业发达国家，金属软管从设计到生产制造已实现标准化、系列化。我国真正大批量生产、使用金属软管是在20世纪80年代后期。就目前金属软管失效案例统计分析看，尤其是运动诚用波纹金属软管，在设计、制造、使用方面存在不少问题。现从设计方面分析，主要原因是技术人员对运动诚用金属软管研究不够深入全面，设计时没有统-的国内标准可参照。我国实施GB/T14525-201O《波纹金属软管通用技术条件》属验收标准，对设计运动诚用波纹金属软管指导性不强。主体波纹管的设计-般参照GB/T12777-2008(金属波纹管膨胀节通用技术条件》，这与运动诚用金属软管用波纹管的受力情况存在-定的差距。因而，如何准确分析和掌握运动诚用金属软管的力学性能，从而设计出符合工程使用要求的金属软管，成为急需解决的问题。

2 运动诚用波纹金属软管的设计根据运动诚用波纹金属软管的特陛，下面就其最小弯曲半径、波纹管、网套的设计与校核等几部分来进行探i寸-与研究。见图(1)图1金属软管l、软管接头 2、护套 3、起吊耳板4、网套 5、导流衬 6、波纹管体2.1 运动诚用金属软管的最小弯曲半径2.1.1 波纹管几何参数。波纹管的几何参数包括内径Db、外径 D、波高 h、波距 q、单层壁厚 8、波纹管成形后单层壁厚 8 层数及波数等。(见图2)2.1.2 运动诚用金属软管的最小弯曲半径○属软管在设计压力、规定循环疲劳寿命下、软管无渗漏、无异常变形，此时的弯曲半径，称为运动诚用金属软管的最小弯曲半径。(见图3)在弯曲管体上取n个波的管段，(见图2)这n个波的总弯曲角为 0，单位为rad。

图2波纹的几何形状 波纹管的有效直径、最小弯曲半径、单波变形量分别用D 、R、e表示，其中增大、减小的波距分别用 q1、q2表示，单位为 mm。

毋 ，l唾 f2积 ，x2t，nqlR (rad)ql ， q2--q-#，ql口2 二 ～!i i疗D僦，嚣e 等詈× 等拧口.D ，佗e L1运动诚用金属软管的最小弯曲半径与疲劳寿命关系，将在2.3.5波纹管的疲劳寿命测算中阐述。

2.2 运动诚用金属软管的设计依据.在进行产品设计时必须考虑以下因素，产品用途；几何尺寸；工作介质、压力、温度、系统的振动特陛；位移的类型、量值及频度，产品安装方式和弯曲半径、环境状态；由于金属软管在运动场合使用时，波纹管、网套最易失效，下面研究波纹管、网套的设计。

管体用材料应满足制造 (成 图3波纹管弯曲分析形、焊接)、使用工况条件的要求，常用材料06Cr19Ni10(304)；06Crl8Nil 1 Ti(321)；O22cr17Ni12M02(3 16L)2.3.2 波纹管几何参数选龋1)内径Db，-般DN4-DN800。2)D/DbC称波深参数，-般为 l12～1.42。3)金属软管波纹管q/h，-般取0.6-1.2。4)波纹管的壁厚 8根据管径、压力、柔崃 确定。5)层数，- 般选单层。特殊要求可选多层。(本文只讨论和研究单层波纹管)。

1)内压引起的波纹管周向薄膜应力 1。当波纹管受内压 P作用时，在-个 U形波的轴向截面上的内力与作用在半个环壳的外力平衡 (见图 4)。

8 I Db I h(1 ，得关系式：2(0.571q2h)8 盯lq(Dbh)P得到内压引起的波纹管周向薄膜应力 盯1盯lq(Dbh)P/2(0.571q2h)8 参照 GB12777/T-2008附录图4波纹管轴向剖面A，考虑周向应力系数Kr后修正后 图5波纹环壳上的几何尺寸叮lq(Dbh)PK/2(0.571q2h)8 (2)2)内压引起的波纹管子午向薄膜应力 8：。当波纹管受内压 P作用时，在以D与D 为直径的两个环形截面上(见图4)，它们的内力与轴向外力平衡，得关系式：(DDb)8 in盯2(霄/4)(D：-Dz)P DDb2h 8 2Ph/(28 ITI) (3)3)内压引起的波纹管子午向弯曲应力 在子午线为半个U形环壳上切出单位宽度的窄条(见图5)，设两端固定，并受均布压力P作用，可得最大弯矩为：MP耵DhV12断面系数为：w竹D 8 2/6波纹管子午向弯曲应力为：盯 M/WPh(2 8 2)考虑u波纹管形状尺寸的影响。按美国EJMA标准和我国GB/T12777-2008标准引进修正系数CP，则：盯，M/WPh。cp，(2 8 m2) (4)2-3.4 波纹管的应力评定。

作者简介：国庆波(1976-)，男，河北秦皇岛人，机械设计专业，学士，从事波纹金属软管设计研究工作。

(5) (下转 23页)科技论坛 民营科技2013年第8期浅谈有线电视网络中光设备的维护孙艳军(黑龙江省嫩江网络广播电视台，黑龙江 嫩江 161499)摘 要：光缆在我们有线网络建设中得到了越来越广泛的应用，光设备用量也随之增多，平时做好光设备的维护对网络维护工作就非常重要关键词：有线电视；网络；光设备；维护由于光纤传输具有频带宽、损耗低、不受电磁干扰、图像质量稳定等优点，加之近年来，光没备、光缆的成本已较大幅度下降，因此，光缆在我们有线网络建设中得到了越来越广泛的应用，利用光纤作为超干线、主干线传送有线电视信号，相应光设备的用量也越来越多。为保证网络的安全运行因此光设备维护工作就显得尤为重要。

光发射机通常安装在前端机房，环境较良好，工作性能稳定，但在长期运行中，也会发生故障。为了减少故障发生，在系统运行初期，做好安装、调试工作。由于光设备对环境温度的要求比较严格，需选择通风散热良好的地 茭装，使之工作稳定。同时，正确调试发射机、接收机，并记录调试的各项数据，如发射机的射频输入电平及光功率、功率直流电压监浈4值及输出电平，作为以后维护时的参考。

RF部分，射频信号的幅度决定着光的调制度。通常，为了减少限幅失真，将总调制度在20%3O%左右。根据总调制度与单频道调制度、频道数的关系Mm、/ 计算出射频电平。如果输入的射频电平幅度超出适合的值，就可能产生失真，接收的信号图像会出现干扰。

同时，接收机的输出电平会升高。相反，如果调制度降低，接收机的输出电平下降，信号的载噪比下降，在发射机的RF输入端口旁有检测口，发射机面板上还有机内RF驱动放大器后的电平检测口，可通过检测这两个口的电平了解RF信号的变化隋况。

电光输出特性若受温度或其他因素的影响，光强度或偏置电流发生变化时，接收机的输出信号有干扰。若机房温度较高，激光器的温度不正常时，面板上的发光二极管显示警告信号，并且测出的直流电压也不正常。若不及时处理，将引发光功率、偏置电流的不正常而告警。若因空调故障所致，可临时用电风扇降温，使发射机恢复正常工作。

光分路器负责光发身寸机的信号合理分配，若平时没有搬移或动过分路器的端口，基本不会发生故障。只有搬移或动过端口后，使得端口接触耦合不好或尾纤头沾了灰尘，导致光功率下降而使接收功率下降∩使端口接触良蝴 镜头纸擦尾纤头的灰尘。

接收机分散在各个地点，工作环境大不如前端机房，发生故障的因素、类型也较多。在应用、维护中更就注意。我们把接收机分为电源、光输入、光/电转换与放大输出4个部分分析如下：电源部分。光节点如果没有稳压设备或供电电压超出允许工作范围，将引起接收机工作不正常或电源部分毁坏。另外，为防止遭受雷击，应在光节点处架好安全可靠的地线。没有使用开关电源的接收机，机体发热较严重，应注意通风散热。

尾纤接头即光输入部分与光分路器端口-样，尾纤接头如有松动或拔插后尾纤头沾染了灰尘，将引起输入光功率下降，输出电平降低，使得整个光功率可通过功率直流电压检测口测得 ，也可用光功率计直接测得。把它与原始调试记录对照，如有下降，应使接触牢靠或擦拭清除尾纤头的灰尘。

光 /电(E，0)转换部分。若接收机长期工作在通风不良的环境中，机体的散热不良，温度过高，光/电转换拈工作不正常，常表现为光/电转换的输出电平急剧下降，下降幅度多达10dB以上，载噪比严重下降。改善环境后，接收机能恢复正常∮收机E的功率直流检测电压信号取自E/O之后，所以，E/O不正常，检测的直流电压也不正常，这时不能认为光输 功率下降。

放大输出部分∮收机内-般有两级放大拈，以提高输出电平，其工作原理与常用的线路放大器相同。这部分较少发生故障，它的故障-般由电源部分的故障引起。当检测的直流电压值正常，而输出电平异常时，-般认为放大输出部分出现了故障。

在实际维护工作中，要逐步学会分析判断故障的原因、类型。当某地的用户有故障投诉时，维护人员首先了解此光节点的其他干线的用户是否也有相同的故障，以确定故障产生在光部分还是在同轴电缆网络部分。如在光部分，再了解与此地光节点在同-部发射机的其他光节点是否也有相同的情况，以确定故障产生于某-发射机还是本光节点(本接收机)，确定故障后，再分析故障的原因。

根据上面的分析可知，接收机输出电平的变化与发射机部分及接收机本身有关系。比如，发射机的光调制、功率变化引起接收机的输出电平发生变化、接收机的接收功率变化(可能因尾纤头引起)、光/电转换拈工作不正常、放大拈增益变化也会引起接收输出发生变化。所以，我们要利用各项检测值，判断故障点，排队故障。对于-时难以解决的故障，以备份代替，事后再检修发生故障的设备。

在系统运行中，保留适当比例的设备备份也是必不可少的。备份量可视系统的规模、资金及将来的发展隋况而定。

(上接 33页 ) 盯2≤ (6)盯3≤2.857盯 (7)式中：Kf为波纹管径向应力放大系数，波谷无加强环 KF15，波谷有加强环 Kf1.7。

由于金属软嚯 面有网套稞护，所以波纹管的许佣应力可以适当放大，放大系数I(0取1.1-1.3，工作介质为有毒、易燃、易爆的金属软管Ko取下限值，工作介贡为水或空气时Ko取上限值。 l(0系数已经过了对多种规格的软管试验和多年的应用验证，按匕述取值是合理的。

2.3-5 波纹管疲劳寿命的测算。运动诚用金属软管的疲劳寿命主要撒于波纹管的疲劳寿命。波纹管的疲劳寿命计算 ，参照GB/T12777-2008附录A，疲劳寿命[Nc]为：[Nc]( ) (8)nf 斗疲劳寿 绫-全系数，nf≤10盯t0.7(13"2仃3)仃4盯5盯2、盯，见式(3)(4)仃 等 E 材料的弹 摸量，单位(MPa)。C C 修正系数。

对于D 、q-定的金属软管，在运行时，控制其R在合理范围内(工程 匕R≥10倍的公称通径)，也就是控制e在允许值内，见式(1)(8)∩获得预期的疲劳寿命[N。]。

3 结论根据运动诚用金属软管的特陛，对金属软管中的波纹管、网套的详细受力分析。推导出运动诚用金属软管的计算与校核公式，提出网套编织角、覆盖率的取值范围。并阐述了运动诚用金属软管最小弯曲半径与疲劳寿命的关系。另外，从以往对失效的运动诚用金属软管的案例分析看，除设计不规范外，制造、吊装、运输、贮存、使用等方面存在的问题也不容忽视。以上各环节，必须执行相关的技术文件，安装使用前，请仔细阅读《使用说明书》，并按其规定使用。