摘要：根据目前钢塑复合管线电熔或热熔法兰连接方式的缺点，基于Autodesk Inventor软件设计钢塑复合管快速接头，并进行安装和失效仿真研究。根据钢塑复合管快速接头卡箍安全系数仿真结论，卡箍安全系数最小为3.88 ul，最大为15 ul，完全符合相关标准和使用要求。设计方法简单可行，提高了设计的效率，具有重要的指导意义和应用价值，设计产品经制造和现场使用，具有结构合理、安装快速、使用经济等特点。

    0 引言
    长期以来，钢塑复合管线采用电熔或热熔法兰等方式进行连接。电熔法兰连接是靠预埋在法兰内表面的电热丝通过专用焊接工具电加热使管件内表面与管材外圆界面产生聚合物熔融连接成的永久性连接，缺点是：管件内壁需预埋电热丝，管件的制造复杂，技术难度大，管件成品合格率降低，制造成本偏高，且无法解决复合管端面必须密封以防止钢丝骨架裸露在外而造成钢丝骨架腐蚀、与管材内外层分离脱层的难题。热熔法兰连接是把聚乙烯塑料法兰放置在热熔机顶端，使聚乙烯法兰尾端对准双向热熔器的阳模，再安放半成品管材与热熔器的阴模对齐，同时通电加热，脱开阴阳模热熔器，立即通过液压油缸将管材插入聚乙烯法兰内径成型的连接，缺点是：加热时无法观测塑料的熔融状态，无法准确判断塑料熔融状态是否能够满足法兰与管材的连接强度；复合管管端有钢丝，在热熔前需经行管材封口处理，封口工序相对复杂，且封口的安全性能无法从根本上得以保证，可能影响到管材的整体安全性能；热熔法兰承压能力低，无法大面积推广。以上两种连接方式具体施工存在连接工序多，成本高，施工速度慢等问题。
    随着钢塑复合管的发展，尤其是在缺少电源的山区和施工线路环境较恶劣的场合，传统的连接方式已不能满足使用要求。为使安装变得快捷，简便，可靠，钢塑复合管快速接头将成为目前钢塑复合管道最经济、最快捷的管路连接方式。随着计算机技术和建模仿真技术的日益成熟，采用Autodesk Inventor对钢塑复合管建模，设计快速接头，仿真安装并对内应力进行模拟，判断连接件的失效位置，为提高钢塑复合管和接头设计的安全可靠性提供了强有力支持，对合理的钢塑复合管快速接头的结构设计显得至关重要。

    1 钢塑复合管快速接头结构设计及应用
    1.1钢塑复合管快速接头设计
    钢塑复合管快速接头结构如图1所示。钢塑复合管快速接头系统由管端带有连接凸头的钢塑复合管材及沟槽式管道连接件所组成。其中连接件由经整体喷漆或电泳防腐处理后的带有沟槽的卡箍及C型密封圈和具有防转动的圆头椭圆颈螺栓组件所组成。钢塑复合管快速接头管道连接系统的密封圈设计为C型结构，能形成三重防漏，外用沟槽式卡箍扣住钢塑复合管两端并包裹密封圈，实现钢塑复合管道的密封连接。钢塑复合管的端部具有与管材一体化的凸头结构。密封圈可根据不同的流体介质选用不同的材料。管接头卡箍本体材料采用高强球墨铸铁。钢塑复合管与其他管材或闸阀连接通过对开环采用法兰连接，其法兰盘上螺栓孔的直径及位置尺寸均与国标法兰相配。

    1.2钢塑复合管材与其他管材或闸阀连接结构设计
    钢塑复合管材与其他管材或闸阀连接结构如图2所示。钢塑复合管与其他管材或设备、闸阀过渡连接通过与钢塑复合管端部凸头贴合的对开环，采用法兰连接，其法兰盘上螺栓孔的直径及位置尺寸均与国标法兰相配。螺栓采用圆头椭圆颈螺栓，螺母采用国标六角法兰面螺母，橡胶密封圈采用C型结构，其材料可根据不同的输送介质按照相应的国家标准选取。

    2 钢塑复合管快速接头安装
    2.1钢塑复合管材及管件自接安装
    钢塑复合管材及管件自接安装工序，如图3所示。首先安装C型密封圈，将C型密封圈套人钢塑复合管端部的凸头上，然后将另一管材与该端管口对齐，把密封圈移到两管端密封而处。然后安装快速接头，先将接头的螺栓松开，分成两块，并将其先后套在C型密封圈和钢塑复合管端部的凸头上，装上螺栓，对称轮流拧紧螺母即可。

    2.2钢塑复合管材及管件外接安装工序
    钢塑复合管材及管件外接安装工序，如图4所示。首先，将活套法兰盘套人钢塑复合管上，再将对开环的内台阶贴合安放在钢塑复合管材端部的凸头上。然后，将活套法兰盘套人对开环的外台阶上。最后，将需外接带有法兰结构的其他管材或设备、闸阀的端部法兰与钢塑复合管端的活套法兰对齐，并在其结合部位放入密封垫后，均匀收紧螺栓即可。

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