工程机械的液压胶管应用

摘要：液压胶管作为液压系统基础元件，目前一般存在漏油、渗油、胶管清洁度不达标、胶管质量不合格等相关问题。因此科学合理地选配、使用、维护液压胶管相当重要，若使用中操作不当,容易造成胶管损坏，将影响液压系统功能，严重时将造成整个液压系统瘫痪。

关键词：液压胶管；工作环境；选配安装；故障分析；相容性；压力

0引言

液压胶管作为工程机械液压系统的“血脉”，主要用于输送液压油，能吸收液压冲击，具有良好耐绕曲和耐疲劳性，同时在系统中胶管要承受频繁的脉冲压力变化。由于胶管品种、结构多样，使用条件不统一，导致胶管使用寿命长短不一样，这不仅同胶管质量息息相关，同时也取决于是否保持合理使用与保养，即使胶管有极高的质量，若不能正确地使用和保养，将会严重缩短其使用寿命。胶管通常用内径表示，从安全性能方面考虑，液压胶管在正常使用的前提下，其使用寿命周期为2～3年，超过此使用周期必须更换新胶管。

1液压胶管结构

工程机械液压胶管总成通常由胶管、扣压外套、扣压芯子、螺母四部分组成，将胶管两端和连接接头装配扣压而成。胶管根据液压系统工作压力范围分为超高压胶管（p＞32MPa）、高压胶管（16MPa＜p≤32MPa）、中高压胶管（8MPa＜p≤16MPa）、中压胶管（2.5MPa＜p≤8MPa）、低压胶管（p≤2.5MPa）。胶管主要由耐油橡胶内胶层、中胶层、钢丝（编织棉麻线）加强层、外胶层等组成，内胶层输送液压油，保护加强层不受侵蚀，钢丝（编织棉麻线）增强层起骨架增强作用，胶管的承载能力取决于钢丝（编织棉麻线）加强层骨架，外胶层保护增强层。钢丝增强层根据压力、流量分为1层、2层、4层、6层，超高压胶管主要以钢丝编织为主，钢丝编织胶管与硬管相比各有特色，硬管有比较大的弯曲半径，而钢丝编织胶管具有良好的扰曲性，总体来说还是硬管优于钢丝编织胶管；其余胶管以钢丝缠绕为主。低压胶管用于低压回油管道，加强层通常采用编织棉麻线。

2胶管使用环境分析

工程机械施工工况条件恶劣，环境温度时高时低，这对液压胶管的耐候性、耐油性的性能指标要求越来越高。液压系统高脉冲、高压力的苛刻使用条件，容易造成胶管脉冲性能降低，液压油压力反复猛然升高或降低，对胶管造成剧烈频繁冲击，引发胶管爆裂、管接头松动渗漏等现象。液压胶管环境温度不能超过胶管耐温极限，否则导致胶管承载能力下降，加速胶管损坏，尤其长期在寒冷环境中施工，应选配耐寒胶管，寒冷环境下不要随意移动或搬动胶管；另外胶管布置时必须避开热源或采取相应的隔热措施。液压油温度对胶管使用有很大影响，胶管输送液压油的温度不应超过-40℃～120℃。若油温超过胶管规定温度，将导致胶管材质结构发生变化，严重影响胶管使用寿命。液压系统功率损耗导致液压油发热，特别在炎热夏季受外界气温的影响，液压油温度很容易急剧升高，而随着液压油温度升高，胶管越易老化，造成橡胶弹性差、强度与密封性能下降，胶管越容易老化龟裂、爆裂。

3液压油与胶管内胶层的相容性

液压油与胶管内胶层必须具有相容性，橡胶的相容性通常用体积变化、硬度变化的指标来评价。由于磷酸酯基与石油基两种液压油的化学特性是截然不同的,很多胶管适合一种或多种液压油,但并不是适合所有的液压油类型。液压油与胶管内胶层之间相容性差是导致胶管内胶层过早老化漏油的直接原因，因为液压油与内胶层接触过程中，液压油中的低分子会渐渐渗入到橡胶的网状结构中，同时受到橡胶网状分子的抗衡作用，最终达到平衡，引发橡胶的体积、硬度和拉伸性能发生改变。优质的液压油是液压系统可靠运行的保障，不同品牌的液压油不可混合使用，以防液压油产生化学，腐蚀胶管内胶层，造成内胶层发生龟裂。

4液压胶管选配及安装

4.1胶管的选配原则选配高压胶管时，钢丝层数、接头形状及尺寸要合理。液压胶管内径选配时一定要适当，若内径过小，影响整个液压系统的性能，导致胶管内液压油的流速加大，产生过大的压力差，并产生热量易造成内胶层损坏。若胶管内径过大，影响系统正常操作，同时增加了购买成本。1）胶管内径和管壁的厚度选配在相同流量下，管内流速越高，管内径越小，压力损失越大，反之流速越低，管内径越大，压力损失越小。胶管的计算主要是确定胶管内径和管壁的厚度，管内径公式为d=4.6qv，式d为胶管内径(单位mm)；q为流经管道的最大流量（单位L/min）；v为管道中液压油推荐允许流速（高压油管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），一般初步设计时高压油管取5m/s，回油管取2m/s，计算出来的内径值应按标准系列圆整并选取接近的稍大值。实践生产中，选用胶管通常不需要计算，因为胶管尺寸主要根据系统中所用元件连接口径的大小来决定。液压胶管壁厚δ计算公式δ=pd2[σ]，公式中δ为油管壁厚（mm）；p为管道内液压油的最高工作压力（MPa）；d为管道内径（mm）；[σ]为管道材料的许用应力。2）胶管压力选配胶管工作压力是能够保持稳定工作承受的最大压力，选择胶管压力时，胶管最大工作压力必须依据系统的压力确定，要充分考虑到液压系统的脉冲压力和峰值压力，胶管能够承受的最大工作压力值要大于液压系统内部最大工作压力，通常工程机械行业胶管的使用安全系数（爆破压力）为最大工作压力的4～5倍。4.2胶管安装原则受工程机械设计的结构空间等因素的影响，要求胶管在最大压力条件下持续稳定地工作需要有更小的弯曲半径，但不应在小于胶管最小弯曲极限半径的情况下使用，胶管弯曲半径缩小20%，可降低胶管90%寿命，一般要求弯曲内半径R≥10D（D为胶管外径），才能确保胶管不会因过小的弯曲半径，产生过多的压力损失，同时钢丝加强层也不会因角度变化而损坏；避免在靠近管接头处发生折曲、过度弯曲，胶管接头至开始弯曲处的直线段长度应大于胶管外径的1.5倍，离接头很近处弯曲，将导致胶管压力等级下降，严重影响胶管使用寿命。拧紧接头螺母时，不能使胶管产生扭曲，胶管过大的扭曲会缩短胶管的使用寿命，若无法避免胶管扭曲的情况，其扭曲角不能超过5°，因为胶管过度扭曲，将损坏软管加固层，当扭曲每增加5°，胶管的使用寿命将减少为原来寿命的70%。布胶管避免出现S形弯曲，因为S形安装会导致胶管过度运动，局部压力损失增大，缩短使用寿命。胶管不得承受轴向力，会损坏接头与软管的连接。胶管与胶管或胶管与机体之间易发生摩擦，会造成胶管局部损坏，引发钢丝层暴露生锈，耐压能力下降，最终导致胶管爆裂。对于易产生摩擦部位，必须采取防护措施，以避免胶管之间发生相互磨檫引发外胶层损坏，通常在胶管管体上附加防护弹簧或套管。4.3胶管清洗方法胶管内部容易进入灰尘等细小污染物，导致液压系统污染。胶管的清洗方法：在压缩空气吹洗的基础上，用液压油循环冲洗，冲洗时采用间歇式变量冲洗，胶管冲洗完成以后，用塑料盖或塑料袋将胶管两端接头密封住，最后将胶管放到保管箱内，以防灰尘造成二次污染。经常对清洗液压油污染度进行取样实验检测，液压油颗粒物污染度应达到NAS9级标准。清洗胶管时，要求必须戴医用手套或耐油橡胶手套，以免对液压系统造成污染。

5胶管故障分析

胶管故障主要由胶管制造不合格、安装与使用不当、管道设计不合理等方面原因造成的。质量差的胶管壁厚不均匀，钢丝编织过松、钢丝层数过少，胶管加压后变形量较大，胶层与钢丝层黏着力不足，内胶层密封性差导致高压油很容易进入钢丝层，外层胶气密性差引发钢丝锈蚀，这些缺陷必将使胶管承受能力下降，容易在管壁的薄弱处出现爆裂、鼓包等现象。胶管内含有杂质、胶管局部有损伤等缺陷容易造成胶管砂眼漏油，表现为油液渗漏或呈线性喷射5.1外胶层液压胶管长期裸露在风吹雨晒的环境下，导致其外胶层老化，形成细小裂纹，时间一长外胶层出现龟裂现象若胶管中段出现鼓泡，大多数是胶管质量的原因，高压液压油穿过内胶层，聚集在外胶层下面，在最薄弱的位置产生气泡现象，如管体局部有损伤、管体内部胶层有杂质、管体脱模时有缺陷，应及时更换合格的胶管；若鼓泡出现在胶管接头处，属于接头安装不正确，如胶管接头与过渡接头不匹配、尺寸精度不符合要求、扣压不合理等原因。5.2内胶层内胶层过分挤压、弯曲过急或扭转，易导致液压油发热加快氧化，造成内胶层发硬；液压油温度过高，也会导致内胶层氧化变硬，出现龟裂现象；内胶层氧化和液压油高温共同作用导致内胶层硬化；气穴现象也可能导致内胶层出现裂纹；液压油和内胶层的材质相互排斥、系统管路内液压油压差降过大等原因都会造成内胶层龟裂。内胶层龟裂最终原因是内胶层中增塑剂失效，引发内胶层变硬所致，一般不容易觉察，需定期检查避免事故发生。在胶管弯曲处，若胶管未破裂但有大量液压油渗出，其原因是软管内通过高压油时，内胶层被冲蚀、擦伤，大面积钢丝层漏出导致大量液压油渗出。5.3加强层受外胶层潮湿或腐蚀等因素的影响，导致钢丝层生锈，削弱了胶管机械强度，引发胶管破裂；接头扣压处不合格，湿气进入外胶层的内边缘，加强层吸收湿气，导致加强层钢丝腐蚀生锈，引发胶管外部压强降低而破裂。经常受到高频冲击的液压胶管，选用钢丝缠绕作为加强层。因为胶管受到高频冲击力时，编织加强层钢丝与钢丝之间有很多交叉点，当管内压力发生较大变化时，交叉点随着管径的变化而交叉点会发生位移，引发钢丝之间相互频繁摩擦，最终导致钢丝层损坏。5.4胶管与接头之间的扣压量、扣压速度及扣压力度胶管与接头装配时的扣压缩量、扣压速度选择、扣压力度不合适，接头的尺寸、材质、硬度不合适，都可能导致胶管与接头扣压过紧或过松，最终引发扣压部位漏油。胶管与接头装配时，胶管没有插到底，易造成胶管与接头拔脱。若扣压缩量过小，当接头与胶管间压得过紧时，胶管在使用初期便有可能从接头中脱出；若扣压缩量过大，当接头与胶管压得过紧，易导致胶管内层受到局部破坏产生裂纹，液压油会从破裂处直接进入钢丝层，再沿钢丝间的缝隙窜到外套尾部喷出，或一直沿钢丝层窜到某处积聚起来，使外层胶产生鼓包甚至破裂。胶管与接头在组对装配时，若扣压速度过快，容易造成内胶层损坏和钢丝层断裂，使胶管在使用中过早损坏。液压胶管在扣压接头时，若扣压力度过大，胶管内胶层损伤，造成漏油；若扣压力度不够，造成渗油、漏油、拔脱；反复脉冲压力作用下，外套反弹，导致扣压力度减小，造成渗油、漏油、拔脱。液压胶管内孔尺寸不均匀，扣压压紧力也不均匀，引发扣压力小的部位漏油。若扣压外套硬度高或扣压芯子硬度高，容易将钢丝增强层压断，导致扣压时压紧力不均匀；若扣压外套硬度低或扣压芯子硬度低，导致扣压后塑性变形的内应力小及压紧力不足容易漏油。

6胶管破裂处位置分析

6.1液压系统压力过高若液压系统压力超过了胶管的耐压能力，就会造成胶管一处或多处破裂，而且裂口整齐，裂口位置一般位于扣压外套30mm以外。胶管受到扭曲、胶管弯曲半径小于最小弯曲半径、胶管受到拉伸。如果胶管使用时扭曲及弯曲小于最小弯曲半径后，加强层结构结构发生变化，钢丝层之间间隙增大，外侧松弛内侧弯曲造成胶管的耐压强度降低，在高压作用下胶管易在弯曲处发生破裂，裂口部位一般位于离扣压外套30mm以内位置。胶管在安装时胶管的长度应稍长一些，扣压胶管在受到压力时，长度会发生变化（施加压力时有4%左右的伸缩量），如果胶管长度不富裕，工作时就会发生拉伸变形，各层分离，降低了耐压强度，严重时会出现破裂或接头脱落等现象，一般胶管破裂口处钢丝呈现卷曲形状。

7结束语

液压胶管作为液压系统的“血管”，是连接各液压元件之间的纽带，一台工程机械所用胶管少则有几十根，多则上百根，一旦其中一根胶管出现问题，将造成整个主机液压系统瘫痪。在液压油选用方面，在液压胶管的选配、使用、维护等方面应引起足够重视，才能确保液压系统的正常运行。

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作者:李永刚 王绪桥 单位:山东常林机械集团股份有限公司