Разъемная втулка для демонтажа сборно-разборных трубопроводов с соединением типа "раструб"
Полезная модель относится к монтажному инструменту для сборно-разборных трубопроводов с соединением типа «Раструб» и может быть использована при демонтаже данных соединений для разведения стального запорного кольца, входящего в комплект соединения.
Предлагаемое усовершенствование разъемной втулки решает задачу расширения технологических возможностей, повышения ее надежности при работе, обеспечения быстроты демонтажа соединения «Раструб», уменьшения прикладываемых усилий на разъемную втулку для разведения стального запорного кольца и облегчения физической нагрузки на монтажника.
Решение указанной задачи достигается изменением формы и оптимизацией геометрических параметров передней рабочей кромки полуколец известной разъемной втулки, заключающихся в выполнение двух конических поясков с углами наклона образующих 
1=45° и 2=30° вместо одного конического пояска с углом =45° и геометрической формой шип и паза полуколец, что позволяет существенно улучшить условия демонтажа соединения «Раструб».
Полезная модель относится к монтажному инструменту и используется для демонтажа соединений сборно-разборных трубопроводов, с соединением типа «Раструб», путем разведения стального запорного (разрезного, пружинного) кольца, входящего в комплект соединения.
Имеющаяся (принятая на вооружение) разъемная втулка (рис.1) [1], имеет два полукольца 1, взаимно расположенных друг относительно друга с образованием окружности и подвижно соединенных с одного конца при помощи серьги 2, имеющих пазы 3, в которых установлены кулачки 4, подвижно соединенные с полукольцами посредством осей 5 и между собой посредством осей 6 и ручек 7. Каждое полукольцо (рис.2) имеет контактную поверхность 1, являющуюся боковой поверхностью усеченного конуса, образующую с осью симметрии инструмента угол наклона , равный 45 град.
Недостатками существующей разъемной втулки является необходимость значительного приложения внешнего силового воздействия на разъемную втулку для разведения стального запорного кольца, а так же наличие в нижней части втулки, на полукольцах, прямоугольного шип и паза 8 (рис.1). Имеющиеся шип и паз прямоугольной формы, при их не большой не соосности (сдвиге), не могут сомкнуться в кольцо. Следовательно, внешние размеры разъемной втулки будут увеличены, что не позволит ввести ее в раструб трубы. Не смыкание полуколец разъемной втулки в круг не позволит произвести демонтаж трубы. Имеющийся недостаток можно устранить, поправляя рукой полукольца разъемной втулки. Но, на выполнение этой операции приходиться затрачивать дополнительное время. А монтаж трубопровода ведется в строго определенное время, в соответствии с нормативом. При попытке проведения демонтажа трубопровода, имеющаяся подвижка и не соосность составных частей втулки (не смыкание полуколец разъемной втулки в круг), может привести к серьезным поломкам разъемной втулки или ключа. Использование разъемной втулки с шип-пазом остроконечной формы, позволяет без задержек смыкать полукольца втулки в круг и в целом, это будет способствовать повышению темпа демонтажа трубопровода. Поэтому проведена рационализация - замена шип и паза на остроконечную форму 8 (рис.3).
В результате проведенных экспериментальных замеров силовой нагрузки на разъемную втулку (принятой на вооружение), необходимой для разведения стального запорного кольца, получен средний результат равный 106,8 кгс. В ходе выполнения 10-ти часовой работы по демонтажу трубопровода большая нагрузка ложится на монтажника.
Для уменьшения нагрузки на монтажника, облегчения ввода разъемной втулки под стальное запорное кольцо и разведения его, необходимо изменить
угол 2 наклона рабочей части полуколец разъемной втулки. Величина угла 2 влияет на угол наклона элементарного вектора d R5-2 и, согласно формулы 1, с увеличением угла 2 возрастает потребная осевая сила Fa5-2.
Влияние величины угла 2 сказывается на взаимодействии стального запорного кольца со всеми нагруженными деталями демонтируемого соединения «Раструб». Передняя часть конуса разъемной втулки первоначально контактирует с элементом dL стального запорного кольца в точке С (рис.4). Элементарная нормальная сила dF n5-2 приложена в точке С и направлена по нормали поверхности элемента dL к его центру. Вектор dFn5-2 наклонен к оси трубопровода на угол:
где: r=3,475 мм - средний радиус сечения стального запорного кольца;
а - координата точки С, совпадающей с точкой сопряжения окружности элемента dL стального запорного кольца с образующей рабочего конуса разъемной втулки. Координата а задана от образующей внутренней цилиндрической поверхности разъемной втулки.
Для конуса разъемной втулки получим угол равный:
С уменьшением координаты а - увеличивается угол 2 и уменьшается угол 3. (см. формулы 2 и 3).
С уменьшением угла наклона прямой образующей 3 проявляются отрицательные и положительные признаки рабочего конуса разъемной втулки, как в начале, так и в конце рабочего хода разъемной втулки, а также при ее обратном ходе, при выталкивании манжеты из раструба трубы:
увеличиваются силы нормального давления стального запорного кольца на поверхность радиусной выемки раструба dFn2-3 и, соответственно, увеличиваются суммарная сила трения Fa3-2 и потребная осевая сила Fa5-2 (см. формулу 3). Это наиболее влиятельное отрицательное последствие уменьшения угла 3, сказывающиеся в начале рабочего хода разъемной втулки;
увеличиваются продольный размер рабочего конуса разъемной втулки и глубина западания стального запорного кольца в пространство между кромкой венчика манжеты и рабочим конусом разъемной втулки, с частичным сжатием стального запорного кольца в начале обратного хода разъемной втулки. Это является отрицательным последствием уменьшения угла 3, так как приводит к увеличению осевой силы, действующей на стальное запорное кольцо со стороны поверхности E1 раструба и к увеличению усилия, необходимого для
выталкивания манжеты из раструба в заключительном периоде демонтажа соединения «Раструб»;
увеличиваются радиальные силы, действующие на переднюю, часть разъемной втулки со стороны венчика манжеты, когда в конце рабочего хода разъемная втулка упирается в венчик манжеты трубы. Происходит явление отрицательное - разжатие, изгиб передней части разъемной втулки и ее расклинивание;
уменьшается потребная осевая сила нагружения разъемной втулки при окончании разжатия стального запорного кольца. Уменьшается сила нормального давления стального запорного кольца на поверхность Е раструба, когда разжатие стального запорного кольца заканчивается с его упором в поверхность Е раструба. Соответственно, уменьшается и сила трения стального запорного кольца с поверхностью Е раструба и окончательно облегчается разжатие стального запорного кольца;
уменьшается величина составляющей нагружения разъемной втулки, потребной для деформирования микропористой подкладки. Это наиболее важно при асимметричном сопротивлении подкладки, особенно, когда она засорена или пропитана водой с нижней стороны раструба и промерзла. При этом, в конце рабочего хода появляется принудительный перекос разъемной втулки, что способствует ее заклиниванию или, по крайней мере, значительному увеличению сил трения разъемной втулки с манжетой и с раструбом. Преодоление местного, асимметричного сопротивления и принудительного перекоса облегчается с уменьшением угла 3, что является важным положительным последствием.
К примеру, при 3=40° получается увеличенный угол 2 наклона нормали к контактирующим поверхностям относительно продольной оси трубопровода, неприемлемый в начале рабочего хода разъемной втулки (см. формулу 3):
При этом, элементарная, нормальная сила dF n5-2, являющаяся движущей силой, более ориентируется не в сторону сдвигания стального запорного кольца, а в поперечном направлении, что вызывает увеличение нормальных элементарных сил dFn2-3 и сил трения dF t3-2 (см. рис.4). Проведенные вычисления при f=0.15, 
=8,531° и 1=10,361° дают:
повышенную величину суммарной силы трения Fa3-2, действующей на стальное запорное кольцо со стороны раструба:
увеличенную потребную осевую силу, действующую на стальное запорное кольцо со стороны разъемной втулки:
Увеличение угла 3 (уменьшение угла 2) в начале рабочего хода разъемной втулки позволяет облегчить выталкивание стального запорного кольца из
радиусной выемки раструба. А далее, слабые силы упругости, при начальном разжатии кольца, вполне преодолимы при увеличении угла 3.
Анализ всех выше изложенных последствий показывает, что целесообразно, для облегчения ввода разъемной втулки под стальное запорное кольцо и разведения его, угол 3 принять равным 45° (угол (2=45°) у передней кромки конуса и угол 3 равным 30° (угол 2=60°) далее, у основания конуса (см. рис.5).
В ходе проведенного теоретического исследования определена величина осевой силы 
Sa5-2, необходимой к разъемной втулке для ввода ее под стальное запорное кольцо и разведения его, которая равна:
Sa5-2=614,51 Н=62,641 кгс.
Таким образом, проведенное теоретическое исследование показывает, что данное изменение угла наклона рабочей части разъемной втулки способствует уменьшению прикладываемой осевой силы на разъемную втулку в 1,7 раза и уменьшению нагрузки на монтажника.
Это - условие оптимизации технического решения: выполнение двух конических поясков с углами наклона образующих 3=45° и 3=30° вместо одного конического пояска с углом 3=45°.
На рис.5, показано геометрическое построение рационального профиля передней рабочей части разъемной втулки.
Геометрические параметры рабочих выступов оптимизированы с использованием метода конечных элементов, реализованного в многоцелевом программном комплексе LS-DYNA.
Разъемная втулка для демонтажа сборно-разборных трубопроводов с соединением типа «Раструб» содержит два полукольца, взаимно расположенных относительно друг друга с образованием окружности и подвижно соединенных с одного конца при помощи серьги, имеющих пазы, в которых установлены кулачки, подвижно соединенные с полукольцами посредством осей и между собой посредством ручек, отличающаяся тем, что в профиле передней рабочей кромки разъемной втулки выполнены 2 конических пояска с углами наклона образующих 1=45° и 2=30° и заменой шипа и паза на остроконечную форму.
