城市燃气地下换管用的穿管弹簧

摘要：本文主要对一种适用于地下燃气管道换管用的穿管弹簧工具进行描述，从应用背景到选材、计算，最后到实验情况进行叙述。

关键词：穿管弹簧；选材；计算；实验

1.概述

老旧小区由于地下燃气管道老旧，存在漏气风险，所以要换管。但由于埋地管道有拐弯处，且不能将地下管道全换，最后考虑要用弹簧穿管进行换管。本文主要对一种适用于地下燃气管道换管用的穿管弹簧工具进行描述，从应用的背景，到选材，计算，最后实验情况结论进行叙述。

2.材质的选择

弹簧，日常生活中十分常见，如电器开关内的弹簧，小孩子的玩具等，在工程上也有不少的应用，如一些大的机器，弹簧是其中不可缺少的零件，弹簧的材质也有很多各类，常用的有65Mn、不锈钢等，但不同材质的弹簧应用及工作性能有着不同的区别。选用弹簧材料时应充分考虑弹簧的工作条件（载荷的大小及性质、工作温度和周围介质的情况）、功用、重要程度及经济性等因素。一般情况下，应优先选用碳素弹簧钢丝。影响弹簧许用应力的因素很多，如材料、质量、热处理方法、载荷性质、弹簧的工作条件、重要程度以及弹簧丝直径等。我司以前做的弹簧，材料大多为65Mn（图1）。65Mn是常用的弹簧材料，现在大多机械上用的弹簧均为此材质，从现场应用情况来看，使用一段时间后弹簧变得很软，几乎用不了，现场工人为了可以穿管，一般在弹簧的前端连接一个挂钩，再用钢丝绳在另一端将其拉出（图2）。这种方法可以将弹簧穿过管道，但是出现的问题是费工、费时，特别是用钢丝绳挂与弹簧相连的那个挂钩，非常的不好挂，记得有一次在现场，管道的长度为9米多时，工人用了将近半个小时才将弹簧钩出，中间很多时候钢丝挂上钩了，但是走到半路时又掉了，就得重新挂，很浪费时间。我司做过不同材质的弹簧，如65Mn、不锈钢及50VrVa材质，经过大量的现场试验后，50VrVa材质做成的弹簧效果最好，所以本司最后选择的弹簧的材质为50VrVa。

3.折弯处理

穿管弹簧的工作过程为弹簧从地上管道穿过，再从另一端地下穿出，中间有一个拐弯的地方，这个地方是穿管过程中最大的难题，由于管道拐弯，若是成型的弹簧生产的刚度太强，则不宜转弯，若是太软，由于管道比较长，转弯处无法顺利通过，就算弯通过了，有时管道会有两个弯，第二个弯软弹簧是不好过的，由此我们可以看出，拐弯处对弹簧的要求很大，我们要进行弹簧折弯的分析。当弹簧折弯时，钢丝上所受的切应力（图3）为：

4.长弹簧计算

现在的弹簧在设计时，首先对弹簧的各项参数进行了一次计算，如前几章的内容所示，再对弹簧的材质进行了研究，为此本章所选的材质为油淬火的50CrVa，此材质比65Mn要好，而且经过淬火处理，工艺性能较以前有很大的改进。在设计与实验的过程中，长弹簧的制作是先做一个长为20CM的弹簧，在弹簧秤上测量它的力为29N（使其折弯的力），再按这个规格进行制作；短弹簧的按15N的力来的（使其折弯的力）。之所以不按标准中的拉伸与压缩来做，主要是因为一来弹簧太长，按拉伸与压缩的标准无法达到要求，且我们做的弹簧主要是为了穿管，拉伸与压缩的标准无法达到我们的要求，所以选了这个方法来做。

上面的计算所取的参数为其相关材料的参数，由于此次做的弹簧不但材质上有变化，而且在材料的处理上也有不同。我们所做的弹簧外径为8MM以内，一般这样的弹簧均为冷卷制作（即做弹簧的材料在做弹簧前先进行各种处理，弹簧成型后只进行加热定型处理）。以前做的弹簧为65Mn，此材料一般不做特殊处理。本次所用的弹簧为油淬火的50CrVA，50CrVA是一种高级弹簧钢，它具有高强度、高韧性，而且疲劳强度还很高，屈服比也较高，再通过油淬火处理，强度及韧性更高。

5.应用情况跟踪

将新做的50CrVa短弹簧与之前他们实验的弹簧进行配套，穿管弹簧被工程队拿走做现场穿管用。经过近5个月的跟踪，经工程队反映上来的情况来看，效果不错，长弹簧没有多大的变形，小弹簧也没问题，而且没有出现弹簧变软的情况，达到我们地想要的效果。通过实验，所做弹簧的效果很好，但是由于没有与之相配的挂钩，所以直接将球与吹扫工具连在一起，图4为穿过管道后的图片。经过调研、计算、设计及现场的经验来看，从最初的材料上的研究，到设计上的计算，最后现场的实验，总体的设计效果已达到。

6、结论与展望

在对燃气地下管道穿管弹簧的深入研究中，我们以科学严谨的态度全方位剖析了其各个关键环节。选材时，我们对众多材料进行了细致入微的考察，不仅关注其物理特性，如强度与韧性。通过精心筛选，最终确定了能够完美适应地下工况的材质。通过这些努力，我们致力于让穿管弹簧更好地服务于燃气地下管道施工领域，推动整个行业朝着更高效率、更安全可靠的方向稳步迈进，为城市燃气供应的稳定与发展贡献更大的力量。

参考标准：

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GB/T 1239.3－1989 冷卷圆柱螺旋扭转弹簧 技术条件

GB/T 1239.4－1989 热卷圆柱螺旋弹簧 技术条件

GB/T 2089－1994 圆柱螺旋压缩弹簧（两端并紧磨平或锻平行）尺寸及参数

GB/T 4142－2001 圆柱螺旋拉伸弹尺寸及参数（圆钩环形）

GB/T 2785－1988 内燃机气门弹簧技术条件

GB/T 2940－1982 柴油机用喷油泵、调速器、喷油器弹簧技术条件

GB/T 10867－1989 弹簧减振器

GB/T 13828－1992 多股圆柱螺旋弹簧

GB/T 9296－1988 地弹簧

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GB/T 1358－1993 圆柱螺旋弹簧尺寸系列

JB/T 6655－1993 耐高温弹簧技术条件

JB/T 10416－2004 汽车悬架用螺旋弹簧 技术条件

JB/T 10417－2004 摩托车减震弹簧 技术条件

JB/T 10418－2004 气弹簧设计计算

JB/T 6653－1993 扁钢丝圆柱螺旋压缩弹簧

JB/T 6654－1993 平面涡卷弹簧 技术条件

JB/T 7366－1994 平面涡卷弹簧设计计算

JB/T 8584－1997 橡胶—金属螺旋复合弹簧

JB/T 8046.2－1996 可锁定气弹簧

JB/T 7367.1－2000 圆柱螺旋压缩弹簧超声波探伤方法

JB/T 7757.1－1995 机械密封用圆柱螺旋弹簧

JB/T 7283－1994 农业机械钢板弹簧技术条件

JB/T 50022－1994 农业机械钢板弹簧产品质量分等

【作者简介】刘丹（1985.09-），女，汉族，辽宁沈阳市人，硕士研究生学历，沈阳燃气技术开发有限公司机械设计工程师，主要研究方向：产品设计研发。