工程機(jī)械的液壓膠管應(yīng)用

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摘要：液壓膠管作為液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)元件，目前一般存在漏油、滲油、膠管清潔度不達(dá)標(biāo)、膠管質(zhì)量不合格等相關(guān)問題。因此科學(xué)合理地選配、使用、維護(hù)液壓膠管相當(dāng)重要，若使用中操作不當(dāng),容易造成膠管損壞，將影響液壓系統(tǒng)功能，嚴(yán)重時(shí)將造成整個(gè)液壓系統(tǒng)癱瘓。

關(guān)鍵詞：液壓膠管；工作環(huán)境；選配安裝；故障分析；相容性；壓力

0引言

液壓膠管作為工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的“血脈”，主要用于輸送液壓油，能吸收液壓沖擊，具有良好耐繞曲和耐疲勞性，同時(shí)在系統(tǒng)中膠管要承受頻繁的脈沖壓力變化。由于膠管品種、結(jié)構(gòu)多樣，使用條件不統(tǒng)一，導(dǎo)致膠管使用壽命長短不一樣，這不僅同膠管質(zhì)量息息相關(guān)，同時(shí)也取決于是否保持合理使用與保養(yǎng)，即使膠管有極高的質(zhì)量，若不能正確地使用和保養(yǎng)，將會嚴(yán)重縮短其使用壽命。膠管通常用內(nèi)徑表示，從安全性能方面考慮，液壓膠管在正常使用的前提下，其使用壽命周期為2～3年，超過此使用周期必須更換新膠管。

1液壓膠管結(jié)構(gòu)

工程機(jī)械液壓膠管總成通常由膠管、扣壓外套、扣壓芯子、螺母四部分組成，將膠管兩端和連接接頭裝配扣壓而成。膠管根據(jù)液壓系統(tǒng)工作壓力范圍分為超高壓膠管（p＞32MPa）、高壓膠管（16MPa＜p≤32MPa）、中高壓膠管（8MPa＜p≤16MPa）、中壓膠管（2.5MPa＜p≤8MPa）、低壓膠管（p≤2.5MPa）。膠管主要由耐油橡膠內(nèi)膠層、中膠層、鋼絲（編織棉麻線）加強(qiáng)層、外膠層等組成，內(nèi)膠層輸送液壓油，保護(hù)加強(qiáng)層不受侵蝕，鋼絲（編織棉麻線）增強(qiáng)層起骨架增強(qiáng)作用，膠管的承載能力取決于鋼絲（編織棉麻線）加強(qiáng)層骨架，外膠層保護(hù)增強(qiáng)層。鋼絲增強(qiáng)層根據(jù)壓力、流量分為1層、2層、4層、6層，超高壓膠管主要以鋼絲編織為主，鋼絲編織膠管與硬管相比各有特色，硬管有比較大的彎曲半徑，而鋼絲編織膠管具有良好的擾曲性，總體來說還是硬管優(yōu)于鋼絲編織膠管；其余膠管以鋼絲纏繞為主。低壓膠管用于低壓回油管道，加強(qiáng)層通常采用編織棉麻線。

2膠管使用環(huán)境分析

工程機(jī)械施工工況條件惡劣，環(huán)境溫度時(shí)高時(shí)低，這對液壓膠管的耐候性、耐油性的性能指標(biāo)要求越來越高。液壓系統(tǒng)高脈沖、高壓力的苛刻使用條件，容易造成膠管脈沖性能降低，液壓油壓力反復(fù)猛然升高或降低，對膠管造成劇烈頻繁沖擊，引發(fā)膠管爆裂、管接頭松動滲漏等現(xiàn)象。液壓膠管環(huán)境溫度不能超過膠管耐溫極限，否則導(dǎo)致膠管承載能力下降，加速膠管損壞，尤其長期在寒冷環(huán)境中施工，應(yīng)選配耐寒膠管，寒冷環(huán)境下不要隨意移動或搬動膠管；另外膠管布置時(shí)必須避開熱源或采取相應(yīng)的隔熱措施。液壓油溫度對膠管使用有很大影響，膠管輸送液壓油的溫度不應(yīng)超過-40℃～120℃。若油溫超過膠管規(guī)定溫度，將導(dǎo)致膠管材質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，嚴(yán)重影響膠管使用壽命。液壓系統(tǒng)功率損耗導(dǎo)致液壓油發(fā)熱，特別在炎熱夏季受外界氣溫的影響，液壓油溫度很容易急劇升高，而隨著液壓油溫度升高，膠管越易老化，造成橡膠彈性差、強(qiáng)度與密封性能下降，膠管越容易老化龜裂、爆裂。

3液壓油與膠管內(nèi)膠層的相容性

液壓油與膠管內(nèi)膠層必須具有相容性，橡膠的相容性通常用體積變化、硬度變化的指標(biāo)來評價(jià)。由于磷酸酯基與石油基兩種液壓油的化學(xué)特性是截然不同的,很多膠管適合一種或多種液壓油,但并不是適合所有的液壓油類型。液壓油與膠管內(nèi)膠層之間相容性差是導(dǎo)致膠管內(nèi)膠層過早老化漏油的直接原因，因?yàn)橐簤河团c內(nèi)膠層接觸過程中，液壓油中的低分子會漸漸滲入到橡膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，同時(shí)受到橡膠網(wǎng)狀分子的抗衡作用，最終達(dá)到平衡，引發(fā)橡膠的體積、硬度和拉伸性能發(fā)生改變。優(yōu)質(zhì)的液壓油是液壓系統(tǒng)可靠運(yùn)行的保障，不同品牌的液壓油不可混合使用，以防液壓油產(chǎn)生化學(xué)，腐蝕膠管內(nèi)膠層，造成內(nèi)膠層發(fā)生龜裂。

4液壓膠管選配及安裝

4.1膠管的選配原則選配高壓膠管時(shí)，鋼絲層數(shù)、接頭形狀及尺寸要合理。液壓膠管內(nèi)徑選配時(shí)一定要適當(dāng)，若內(nèi)徑過小，影響整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致膠管內(nèi)液壓油的流速加大，產(chǎn)生過大的壓力差，并產(chǎn)生熱量易造成內(nèi)膠層損壞。若膠管內(nèi)徑過大，影響系統(tǒng)正常操作，同時(shí)增加了購買成本。1）膠管內(nèi)徑和管壁的厚度選配在相同流量下，管內(nèi)流速越高，管內(nèi)徑越小，壓力損失越大，反之流速越低，管內(nèi)徑越大，壓力損失越小。膠管的計(jì)算主要是確定膠管內(nèi)徑和管壁的厚度，管內(nèi)徑公式為d=4.6qv，式d為膠管內(nèi)徑(單位mm)；q為流經(jīng)管道的最大流量（單位L/min）；v為管道中液壓油推薦允許流速（高壓油管3～10m/s、吸油管0.5～1.5m/s一般取1以下、回油管1.5～2.5m/s），一般初步設(shè)計(jì)時(shí)高壓油管取5m/s，回油管取2m/s，計(jì)算出來的內(nèi)徑值應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)系列圓整并選取接近的稍大值。實(shí)踐生產(chǎn)中，選用膠管通常不需要計(jì)算，因?yàn)槟z管尺寸主要根據(jù)系統(tǒng)中所用元件連接口徑的大小來決定。液壓膠管壁厚δ計(jì)算公式δ=pd2[σ]，公式中δ為油管壁厚（mm）；p為管道內(nèi)液壓油的最高工作壓力（MPa）；d為管道內(nèi)徑（mm）；[σ]為管道材料的許用應(yīng)力。2）膠管壓力選配膠管工作壓力是能夠保持穩(wěn)定工作承受的最大壓力，選擇膠管壓力時(shí)，膠管最大工作壓力必須依據(jù)系統(tǒng)的壓力確定，要充分考慮到液壓系統(tǒng)的脈沖壓力和峰值壓力，膠管能夠承受的最大工作壓力值要大于液壓系統(tǒng)內(nèi)部最大工作壓力，通常工程機(jī)械行業(yè)膠管的使用安全系數(shù)（爆破壓力）為最大工作壓力的4～5倍。4.2膠管安裝原則受工程機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)空間等因素的影響，要求膠管在最大壓力條件下持續(xù)穩(wěn)定地工作需要有更小的彎曲半徑，但不應(yīng)在小于膠管最小彎曲極限半徑的情況下使用，膠管彎曲半徑縮小20%，可降低膠管90%壽命，一般要求彎曲內(nèi)半徑R≥10D（D為膠管外徑），才能確保膠管不會因過小的彎曲半徑，產(chǎn)生過多的壓力損失，同時(shí)鋼絲加強(qiáng)層也不會因角度變化而損壞；避免在靠近管接頭處發(fā)生折曲、過度彎曲，膠管接頭至開始彎曲處的直線段長度應(yīng)大于膠管外徑的1.5倍，離接頭很近處彎曲，將導(dǎo)致膠管壓力等級下降，嚴(yán)重影響膠管使用壽命。擰緊接頭螺母時(shí)，不能使膠管產(chǎn)生扭曲，膠管過大的扭曲會縮短膠管的使用壽命，若無法避免膠管扭曲的情況，其扭曲角不能超過5°，因?yàn)槟z管過度扭曲，將損壞軟管加固層，當(dāng)扭曲每增加5°，膠管的使用壽命將減少為原來壽命的70%。布膠管避免出現(xiàn)S形彎曲，因?yàn)镾形安裝會導(dǎo)致膠管過度運(yùn)動，局部壓力損失增大，縮短使用壽命。膠管不得承受軸向力，會損壞接頭與軟管的連接。膠管與膠管或膠管與機(jī)體之間易發(fā)生摩擦，會造成膠管局部損壞，引發(fā)鋼絲層暴露生銹，耐壓能力下降，最終導(dǎo)致膠管爆裂。對于易產(chǎn)生摩擦部位，必須采取防護(hù)措施，以避免膠管之間發(fā)生相互磨檫引發(fā)外膠層損壞，通常在膠管管體上附加防護(hù)彈簧或套管。4.3膠管清洗方法膠管內(nèi)部容易進(jìn)入灰塵等細(xì)小污染物，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)污染。膠管的清洗方法：在壓縮空氣吹洗的基礎(chǔ)上，用液壓油循環(huán)沖洗，沖洗時(shí)采用間歇式變量沖洗，膠管沖洗完成以后，用塑料蓋或塑料袋將膠管兩端接頭密封住，最后將膠管放到保管箱內(nèi)，以防灰塵造成二次污染。經(jīng)常對清洗液壓油污染度進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn)檢測，液壓油顆粒物污染度應(yīng)達(dá)到NAS9級標(biāo)準(zhǔn)。清洗膠管時(shí)，要求必須戴醫(yī)用手套或耐油橡膠手套，以免對液壓系統(tǒng)造成污染。

5膠管故障分析

膠管故障主要由膠管制造不合格、安裝與使用不當(dāng)、管道設(shè)計(jì)不合理等方面原因造成的。質(zhì)量差的膠管壁厚不均勻，鋼絲編織過松、鋼絲層數(shù)過少，膠管加壓后變形量較大，膠層與鋼絲層黏著力不足，內(nèi)膠層密封性差導(dǎo)致高壓油很容易進(jìn)入鋼絲層，外層膠氣密性差引發(fā)鋼絲銹蝕，這些缺陷必將使膠管承受能力下降，容易在管壁的薄弱處出現(xiàn)爆裂、鼓包等現(xiàn)象。膠管內(nèi)含有雜質(zhì)、膠管局部有損傷等缺陷容易造成膠管砂眼漏油，表現(xiàn)為油液滲漏或呈線性噴射5.1外膠層液壓膠管長期裸露在風(fēng)吹雨曬的環(huán)境下，導(dǎo)致其外膠層老化，形成細(xì)小裂紋，時(shí)間一長外膠層出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象若膠管中段出現(xiàn)鼓泡，大多數(shù)是膠管質(zhì)量的原因，高壓液壓油穿過內(nèi)膠層，聚集在外膠層下面，在最薄弱的位置產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象，如管體局部有損傷、管體內(nèi)部膠層有雜質(zhì)、管體脫模時(shí)有缺陷，應(yīng)及時(shí)更換合格的膠管；若鼓泡出現(xiàn)在膠管接頭處，屬于接頭安裝不正確，如膠管接頭與過渡接頭不匹配、尺寸精度不符合要求、扣壓不合理等原因。5.2內(nèi)膠層內(nèi)膠層過分?jǐn)D壓、彎曲過急或扭轉(zhuǎn)，易導(dǎo)致液壓油發(fā)熱加快氧化，造成內(nèi)膠層發(fā)硬；液壓油溫度過高，也會導(dǎo)致內(nèi)膠層氧化變硬，出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象；內(nèi)膠層氧化和液壓油高溫共同作用導(dǎo)致內(nèi)膠層硬化；氣穴現(xiàn)象也可能導(dǎo)致內(nèi)膠層出現(xiàn)裂紋；液壓油和內(nèi)膠層的材質(zhì)相互排斥、系統(tǒng)管路內(nèi)液壓油壓差降過大等原因都會造成內(nèi)膠層龜裂。內(nèi)膠層龜裂最終原因是內(nèi)膠層中增塑劑失效，引發(fā)內(nèi)膠層變硬所致，一般不容易覺察，需定期檢查避免事故發(fā)生。在膠管彎曲處，若膠管未破裂但有大量液壓油滲出，其原因是軟管內(nèi)通過高壓油時(shí)，內(nèi)膠層被沖蝕、擦傷，大面積鋼絲層漏出導(dǎo)致大量液壓油滲出。5.3加強(qiáng)層受外膠層潮濕或腐蝕等因素的影響，導(dǎo)致鋼絲層生銹，削弱了膠管機(jī)械強(qiáng)度，引發(fā)膠管破裂；接頭扣壓處不合格，濕氣進(jìn)入外膠層的內(nèi)邊緣，加強(qiáng)層吸收濕氣，導(dǎo)致加強(qiáng)層鋼絲腐蝕生銹，引發(fā)膠管外部壓強(qiáng)降低而破裂。經(jīng)常受到高頻沖擊的液壓膠管，選用鋼絲纏繞作為加強(qiáng)層。因?yàn)槟z管受到高頻沖擊力時(shí)，編織加強(qiáng)層鋼絲與鋼絲之間有很多交叉點(diǎn)，當(dāng)管內(nèi)壓力發(fā)生較大變化時(shí)，交叉點(diǎn)隨著管徑的變化而交叉點(diǎn)會發(fā)生位移，引發(fā)鋼絲之間相互頻繁摩擦，最終導(dǎo)致鋼絲層損壞。5.4膠管與接頭之間的扣壓量、扣壓速度及扣壓力度膠管與接頭裝配時(shí)的扣壓縮量、扣壓速度選擇、扣壓力度不合適，接頭的尺寸、材質(zhì)、硬度不合適，都可能導(dǎo)致膠管與接頭扣壓過緊或過松，最終引發(fā)扣壓部位漏油。膠管與接頭裝配時(shí)，膠管沒有插到底，易造成膠管與接頭拔脫。若扣壓縮量過小，當(dāng)接頭與膠管間壓得過緊時(shí)，膠管在使用初期便有可能從接頭中脫出；若扣壓縮量過大，當(dāng)接頭與膠管壓得過緊，易導(dǎo)致膠管內(nèi)層受到局部破壞產(chǎn)生裂紋，液壓油會從破裂處直接進(jìn)入鋼絲層，再沿鋼絲間的縫隙竄到外套尾部噴出，或一直沿鋼絲層竄到某處積聚起來，使外層膠產(chǎn)生鼓包甚至破裂。膠管與接頭在組對裝配時(shí)，若扣壓速度過快，容易造成內(nèi)膠層損壞和鋼絲層斷裂，使膠管在使用中過早損壞。液壓膠管在扣壓接頭時(shí)，若扣壓力度過大，膠管內(nèi)膠層損傷，造成漏油；若扣壓力度不夠，造成滲油、漏油、拔脫；反復(fù)脈沖壓力作用下，外套反彈，導(dǎo)致扣壓力度減小，造成滲油、漏油、拔脫。液壓膠管內(nèi)孔尺寸不均勻，扣壓壓緊力也不均勻，引發(fā)扣壓力小的部位漏油。若扣壓外套硬度高或扣壓芯子硬度高，容易將鋼絲增強(qiáng)層壓斷，導(dǎo)致扣壓時(shí)壓緊力不均勻；若扣壓外套硬度低或扣壓芯子硬度低，導(dǎo)致扣壓后塑性變形的內(nèi)應(yīng)力小及壓緊力不足容易漏油。

6膠管破裂處位置分析

6.1液壓系統(tǒng)壓力過高若液壓系統(tǒng)壓力超過了膠管的耐壓能力，就會造成膠管一處或多處破裂，而且裂口整齊，裂口位置一般位于扣壓外套30mm以外。膠管受到扭曲、膠管彎曲半徑小于最小彎曲半徑、膠管受到拉伸。如果膠管使用時(shí)扭曲及彎曲小于最小彎曲半徑后，加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，鋼絲層之間間隙增大，外側(cè)松弛內(nèi)側(cè)彎曲造成膠管的耐壓強(qiáng)度降低，在高壓作用下膠管易在彎曲處發(fā)生破裂，裂口部位一般位于離扣壓外套30mm以內(nèi)位置。膠管在安裝時(shí)膠管的長度應(yīng)稍長一些，扣壓膠管在受到壓力時(shí)，長度會發(fā)生變化（施加壓力時(shí)有4%左右的伸縮量），如果膠管長度不富裕，工作時(shí)就會發(fā)生拉伸變形，各層分離，降低了耐壓強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)破裂或接頭脫落等現(xiàn)象，一般膠管破裂口處鋼絲呈現(xiàn)卷曲形狀。

7結(jié)束語

液壓膠管作為液壓系統(tǒng)的“血管”，是連接各液壓元件之間的紐帶，一臺工程機(jī)械所用膠管少則有幾十根，多則上百根，一旦其中一根膠管出現(xiàn)問題，將造成整個(gè)主機(jī)液壓系統(tǒng)癱瘓。在液壓油選用方面，在液壓膠管的選配、使用、維護(hù)等方面應(yīng)引起足夠重視，才能確保液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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作者:李永剛 王緒橋 單位:山東常林機(jī)械集團(tuán)股份有限公司