Фитинги высокого давления и рукава для гидравлических систем

Тема этой статьи — фитинги для шлангов высокого давления и сами рукава, которые подключаются с их помощью.

Нам интересны область применения, пределы прочности рукавов и их соединений, а также применяемые для изготовления этих изделий материалы.

Именно так они выглядят.

Цели и специфика работы

Шланг (или, что правильнее, рукав) высокого давления — гибкий трубопровод, предназначенный для транспортировки жидкостей. По определению — под высоким давлением. Цель — передача рабочего усилия в гидравлических системах различного назначения.

Наиболее наглядный пример работы гидравлической системы, который каждый из нас наблюдал многократно — подъем кузова самосвала. Простая подача жидкости в гидроцилиндр под высоким давлением позволяет без применения сложной и быстро изнашивающейся механики с многоступенчатыми редукторами развить усилие в десятки тонн.

Гидроцилиндр подвижен, и для обеспечения работоспособности нужен механизм подачи рабочей жидкости, удовлетворяющий двум условиям:

Гибкость. Точнее, возможность выдерживать многократные изгибы со сравнительно большим радиусом. Это требование сразу отметает возможность использования любых металлических труб.
Возможность выдерживать высочайшие давления — от 40 до 450 атмосфер.

Любопытно: все рукава высокого давления испытываются с двукратным превышением заявленных рабочих параметров. Так, 8-миллиметровый рукав типов 2 ST и 2 SN при рабочем давлении в 350 атмосфер испытывается на 700.

Остальные характеристики режима работы рукавов тоже экстремальны:

Минимальный диапазон рабочих температур для них — от -55 до +100С. Понятно, что гидравлика должна нормально работать даже в условиях самой суровой зимы; кроме того, при работе под огромными давлениями и рабочая жидкость, и магистраль для нее сильно разогреваются.
В качестве жидкости выступает не относительно химически инертная вода, а минеральные масла, производные перегонки нефти, соединения гликоля или различные виды смазки.

Фитингам, соответственно, предстоит обеспечивать соединение гибкого шланга с неподвижными частями конструкции. От них требуется как собственная механическая прочность и химическая стойкость, так и высокая надежность соединения с рукавом.

Гидроцилиндр под кузовом самосвала развивает усилие в несколько тонн. Его обеспечивает подача масла по рукаву высокого давления.

Устройство

Рукава

Многократные перегибы материала диктуют выбор эластичных внутренней и внешней оболочек. Шланги для гидросистем изготавливаются из резины. Разумеется, не вполне обычной: если, к примеру, трубы ПВХ для канализации комплектуются уплотнителями из резины с невысокой химической стойкостью (прежде всего по отношению к углеводородам), то здесь применяется исключительно маслобензостойкая резина.

Однако сама по себе резина не обладает достаточной для наших целей механической прочностью. Для того, чтобы эффективно противостоять огромным давлениям, рукав армируется: между слоями основного материала располагается один или несколько слоев гибкой и прочной оплетки или навивки.

Что еще полезно знать об устройстве рукавов?

В качестве оплетки или навивки может применяться текстиль или синтетическая нить; однако наибольшую прочность обеспечивает стальная проволока.

Схема устройства рукава из старого учебника. Разумеется, текстильная оплетка сейчас встречается редко.

Максимальное количество слоев армирования может достигать шести. Однако в тяжелой технике наиболее часто используются навивочные рукава 4SH с четырьмя слоями навивки проволокой высокой прочности.
Каждый слой оплетки расположен по винтовой линии, в то время как навивка строго перпендикулярна оси трубы. Благодаря этой особенности навивочное армирование позволяет выдерживать большие давления, зато оплеточное обеспечивает меньший радиус изгиба.
Максимальное рабочее давление обратно пропорционально внутреннему сечению рукава. Причину этого понять несложно: при фиксированном давлении в 400 кгс/см2 суммарное усилие, воздействующее на внутреннюю поверхность шланга, будет тем выше, чем больше площадь этой поверхности. А она линейно зависит от внутреннего диаметра.

Фитинги

Теперь, когда мы знаем, что нам предстоит соединять, нетрудно понять и устройство фитинга. (см. также статью Резьбовые соединения труб: виды и способы герметизации)

В сущности, он представляет собой обыкновенный штуцер. Чаще всего — с наружной или внутренней резьбой на том конце, который предназначен для соединения с металлическими элементами гидравлической системы. Фитинг может быть прямым или изогнутым под углом в 45 или 90 градусов.

Рукав обжимается на штуцере гильзой, которая препятствует его смещению. В общем-то, если вы видели вблизи или на фото латунный фитинг для ПНД трубы — то вы можете составить исчерпывающее представление о конструкции. Для фиксации рукава может применяться и обычный хомут.

Несколько типов фитингов с разным способом крепления к неподвижному элементу гидросистемы.

Еще несколько полезных нюансов, связанных с фитингами для гидросистем:

По очевидной причине для их изготовления не используются мягкие металлы. Наиболее популярна для изготовления таких фитингов для труб, разумеется, сталь, в том числе с цинковым антикоррозийным покрытием. Применяются и химически стойкие сорта нержавейки.
Инструкция по чтению маркировки на произведенных по российским ГОСТ изделиям содержится в тех же стандартах: последовательно указываются внутренний диаметр рукава в миллиметрах, рабочее давление в мегапаскалях, длина фитинга в миллиметрах и присоединительная резьба. Так, 08-25-0450 (М16х1,5) — это фитинг с внутренним диаметром 8 мм, длиной 45 сантиметров, с метрической резьбой 16х1,5 и рассчитанный на 25 МПа.

Внимание: давление указывается именно в мегапаскалях.
Чтобы своими руками пересчитать их в привычные атмосферы, просто умножьте указанный параметр на 10.

Цена рукавов и фитингов на российском рынке куда больше зависит от их производителя, чем от рабочих параметров. Так, готовые гидравлические шланги для отечественных тракторов легко найти за 250-300 рублей; в то же время шланг гидроусилителя руля для импортного автомобиля вы, скорее всего, купите в 4-6 раз дороже при таких же рабочих параметрах.