液压软管选型设计及失效分析

 RonWang   2019-08-02 10:56   358 人阅读  0 条评论

【摘   要】本文对液压软管设计和选型的五个关键要素进行分析和研究,并通过软管总成经常出现的十二类故障分析失效原因,以此深化软管设计中各要素的关键作用。本文概括了通用软管扣压机和专用扣压机设备,介绍了两种最新公布的小型(专利号:ZL201821518963)和便携式扣压机(专利号:ZL201821518965),希望通过本文可以让用户对液压软管的设计和使用能有更深入的认识,产品的选型更加科学合理。

【关键词】软管总成,接头,流量,压力

【知网链接】中国高新科技2019年第15期  《液压软管选型设计及失效分析》 (<-点击此处)

【文章索引】王旭东,陈海花,王卫东.液压软管选型设计及失效分析[J].中国高新科技,2019(15):78-80.

液压胶管爆破

引言

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量,而压力能传递离不开各种金属管和橡胶软管,橡胶软管根据标准不同、压力不同、使用的温度工况不同、介质不同分成很多类,它的选型和设计不但需要了解液压系统的需求,还需要了解软管和接头制造商的产品信息,比较复杂而容易出问题,本文主要研究液压软管的设计选型方法、常见的液压管路故障及原因。

一、液压软管的选型设计

液压系统的性能、设备及部件的使用寿命、成本预算各项需求明确后,设计液压系统所需要安装的液压软管总成,一般包括:尺寸、温度、应用、介质和压力五个要素构成。

1.1 尺寸

液压系统通过传递不同压力和流量流体来进行能量的传递。为了尽可能减少压力损失以及避免发热过度引起的系统损伤,软管和接头的尺寸选择适当是非常重要的。管道的内径d一般是按照流速来选取,即

d≥1130√(q_v/v)                     式1

式中,qv——液体流量(m3/s)

v——流速(m/s),文献推荐流速:吸油管口取1-2 m/s(一般取1 m/s以下);对于压力油管取3-6 m/s(压力高,管道短或者液压油粘度小的情况下可以取大值,反之取小值,局部或者特殊情况下可取v≤ 10m/s);对于回油管取1.5-2.5 m/s 。

除了应用计算公式的方法外也可以根据管道的流量、流速、内径的关系计算图进行连线选择。

1.2 温度

软管选型时应考虑软管内部输送的介质温度以及软管外部工作环境的温度。一般制造商的产品目录提供产品的工作温度范围,选型时根据参数选择温度范围内的软管。软管工作环境的外部温度影响软管总成的使用寿命,在这种工况下使用者需要增加管路的检查频次,如果发现软管外胶层变脆或开裂,必须更换软管或软管总成。

高温高压工况下的综合工况下,软管的使用寿命会大大缩短。在这样的工况下,应该选择外胶层耐高温的管。选择Parker软管中带HT(High Temperature)标识或者软管代号末位是6的管子,如661HT,881HT,426,436,836等系列的软管。

低温场合,低温会降低橡胶产品的柔软性是橡胶材料的固有特性。所以在寒冷极端气候、深海、航天等领域使用的软管一方面需要做好管路的保温防寒措施,一方面选择耐低温的软管,如选择派克带LT(Low  Temperature)标识的软管371LT,772LT, 461LT等

1.3 应用

应用场合这个部分比较直观和易于选择,例如是吸油、压力和回油管路。在吸油回路中需要考虑耐负压和真空工况的软管选择。空调及制冷系统的管路需要考虑介质温度、介质腐蚀性等特性的软管产品。冶金及一些高温明火工况中,选择耐高温、防火外胶层或者在管路外增加防火护套等。数控机床和加工设备中管路在拖链中安装,工作时不断地与周边摩擦和接触,选择具有耐磨外胶层或者超耐磨橡胶的外胶层软管产品。全面考虑产品选型所涉及的各项综合因素。有助于选择正确的产品,保证使用安全和产品使用寿命以及优化产品整体的使用成本。

1.4 介质

流体的介质兼容性,设计者根据系统的流体介质选择具有兼容性的软管产品,如介质是磷酸酯液压油,选择Parker软管系列中尾数是4的软管,内胶层一般是EPDM材质。804,304,424,774等系列软管。

1.5 压力

软管和接头选型必须保证软的总成最大工作压力等于或大于液压系统的最大压力。系统的脉冲压力或峰值压力必须小于软管的最大工作压力。特别提示,设计者在选型设计时往往忽略软管接头的压力适用范围,从而造成系统故障和产品破坏,因为软管总成的压力范围是由组成软管总成各部件中工作压力最小者所决定,所以软管总成选择时接头、软管的压力的工作压力必须综合考虑。

上述,我们介绍了液压软管设计需要综合考虑的五方面因素,其它因素根据设计项目和需求不同涉及到的因素也不尽相同。如选择产品需要符合的标准、需要的产品认证、螺纹密封方式、储存和报废周期等。

二、常见故障及原因

液压软管的正确设计选型影响着整个系统的可靠性、安全性和正常工作。下面我们通过对液压管路经常遇到的故障,引起故障的主要原因和我们应该采取什么措施进行分析。

液压胶管爆破,Hose Disturb

服务寿命

现象 如图1所示,软管爆裂、钢丝增强层破坏并暴露在外面,在外胶层失胶区域的钢丝稍许的倾斜。

原因 可能是反复循环的高压脉冲或在软管的同一地方反复绕曲。

措施 根据工况和现场实际需求更换软管总成。

软管拔脱

现象 如图2所示,接头拔脱和软管分开

原因 软管插入深度没有达到推荐值。外套的所有齿必须全部扣压在软管上,外护套的最后一齿的夹持力占全部夹持力的25%;

措施 更换软管总成。根据软管制造商推荐的插入深度在管上做好标记,然后将接头插入到标记处。

装配时内胶层破坏

症状 如图3所示,接头连接处附近的软管有裂缝(针孔或泄漏)或外胶层起泡。爆裂处钢丝有腐蚀现象但是表层没有明显的损坏。

原因 在装配时可能缺少必要的润滑导致软管的内胶层被切或者损坏。不正确的装配导致水分进入内部致使钢丝增强从被腐蚀。

措施 查询正确的装配方式并更换软管总成。

软管扭曲

症状 如图4所示,在扭曲区域软管外层被损坏,钢丝破坏。

原因 由于缺少必须要的润滑,在装配接头时软管扭曲。不正确的安装可能引起软管的扭曲。

措施 正确装配。更换软管总成,必要时利用管夹确保软管安装在同一平面。

软管磨损

症状 如图5所示,外层撕裂或损坏。增强层有摩擦或腐蚀的迹象。

原因 软管与其它物体过度摩擦,也可能是尖角或托架损坏软管。

措施 更换软管总成。使用保护套或软管护套,必要时重新布管或用管夹避免软管和其它物体直接接触。

介质不兼容

症状 如图6所示,内胶层严重破坏,起肿泡或分层,甚至脱落。

原因 流体与内胶层材料不匹配和兼容。

措施 更换软管总成。根据制造商推荐的软管材质兼容性表更换合适的产品或流体。

橡胶老化

症状 如图7所示,内胶层出现裂纹但仍保持弹性,接头连接部未见明显裂纹。

原因 由于软管内部空气太干燥致使内胶层老化。

措施 更换软管总成。使用耐干燥空气的软管总成。

温度过高

症状 如图8所示,环境温度下软管变硬,易碎和开裂。外胶层有变干和变焦的迹象。

原因 环境温度超过软管耐温极限而逐渐失去弹性。或者软管内部进入二氧化碳而发生氧化反应,引起胶管硬化。

措施 根据制造商提供的软管应用手册,更换耐高温的软管或加装耐热保护套。

温度过低

症状 如图9所示,在使用温度下,内胶层或外胶层开裂但保持柔软和柔韧性。

原因 环境温度低于软管的最低使用温度。

措施 根据制造商产品手册,提高环境温度或更换耐低温的软管。

压力过高

症状 如图10所示,软管爆裂,降低了寿命。通常,爆裂时突然发生的,钢丝和外胶层无磨损痕迹。

原因 实际工作压力超过软管的额定工作压力。

措施 调整系统的工作压力或更换压力等级更高的软管。

流速过高

症状 如图11所示,软管泄漏,内胎有类似被凿的痕迹。

原因 由于流速过高致使内胶层磨损后穿孔泄漏。也可能是流体介质中含有微小颗粒而使得内胶层磨损。

措施 根据流量和介质更换软管。

软管安装的弯曲半径过小

症状 如图12所示,软管在外胶层和接头连接处断裂。

原因 软管在接头体上来回移动,过度运动或者软管总成太短致使软管断裂。另一个原因可能是软管扣压错误造成。

措施 布管时尽量保证总成处于松弛状态,其直段最少保证2倍软管外径。加装管夹避免软管过度移动。选择正确的扣压工具和软管扣压机便于现场维修的小型软管扣压机专利号为:CN201821518963。

三、软管扣压机

软管总成在选择设计完成后进行正确的加工是其质量保证的重要环节,总成加工的关键设备是软管扣压机的设备,现在扣压机技术比较成熟,通用扣压机有德国的UNIFLEX、芬兰的FINNPOWER,专用扣压机有美国Parker、美国Eaton等品牌。国内扣压机的品牌也非常的多在本文就不再列举。

这里我们介绍两款国内最新公布的特殊专利扣管设备:小型软管扣压机CN201821518963和便携式软管扣压机产品专利号CN201821518965,特别是迷你便携式设备是目前市场上所能见到的最小、和最轻的扣管设备,外形尺寸仅为380x330x150mm,带液压动力泵总重量仅为19Kg,可以提供70Mpa的扣压力,最大扣压尺寸可达19mm(3/4英寸软管。这款产品方便携带和在高空、空间有限的操作空间工作。这两种产品填补了国内外小型胶管扣压设备的空白,该设备深受软管总成售后服务人员的喜爱,该产品目前已经大量配套到到三一重工、山推、林工、柳工、奔驰汽车、宝马汽车、大众汽车等公司。

四、总结

本文通过介绍液压软管设计需要考虑5个关键因素,并对设计选型不合理及软管布局或使用不当造成的12种故障,通过故障分析加深我们对液压软管选型时的各项指标予以重视和正确选择。介绍了主流的扣压机品牌和产品,特别介绍一款迷你型便携的扣压机设备。通过本文希望能为液压工程师和现场布管安装提供借鉴,使液压软管产品的选择和使用更加科学。

参考文献

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王旭东.一种小型胶管扣压机.[P].北京:CN20182151863,2018-9-14.

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李壮云. 液压元件与系统[M] 北京:机械工业出版社,2011

孙克俭. 汽车用橡胶制动软管、离合器软管总成及接头设计[J]. 特种橡胶制品, 2009, 30(6).

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