液壓軟管選型設(shè)計(jì)與故障分析
2023-04-09 14:45:37
液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來(lái)傳遞能量，而壓力能的傳遞離不開(kāi)各種橡膠軟管，橡膠軟管根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、壓力、溫度、介質(zhì)的不同分成很多種類，它的選型和設(shè)計(jì)既要了解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，還需要了解軟管和接頭制造商的產(chǎn)品信息，比較復(fù)雜且容易出問(wèn)題，本文主要研究液壓軟管的設(shè)計(jì)選型方法，常見(jiàn)的液壓管路故障及其原因。
1、液壓軟管的選型設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)的性能、設(shè)備及部件的使用壽命、成本預(yù)算各項(xiàng)需求明確后，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)所需要安裝的液壓軟管總成，一般包括尺寸、溫度、應(yīng)用、介質(zhì)和壓力5個(gè)要素。
1.1 尺寸
液壓系統(tǒng)通過(guò)傳遞不同壓力和流量流體來(lái)進(jìn)行能量的傳遞。為了盡可能減少壓力損失以及避免發(fā)熱過(guò)度引起的系統(tǒng)損傷，軟管和接頭的尺寸選擇非常重要。管道的內(nèi)徑d一般是按照流速來(lái)選取，即
式中，qv為液體流量m3/s;v為流速m/s。
推薦流速：吸油管口取1~2m/s(一般取1m/s以下);壓力油管取3~6m/s(壓力高，管道短或者液壓油粘度小的情況下可以取大值，反之取小值，局部或者特殊情況下可取v≤10m/s);回油管取1.5~2.5m/s。
1.2 溫度
軟管選型時(shí)應(yīng)考慮軟管內(nèi)部輸送的介質(zhì)溫度以及軟管外部工作環(huán)境的溫度。選型時(shí)根據(jù)參數(shù)選擇溫度范圍內(nèi)的軟管。軟管工作環(huán)境的外部溫度影響軟管總成的使用壽命，在這種工況下使用者需要增加管路的檢查頻次，如果發(fā)現(xiàn)軟管外膠層變脆或開(kāi)裂，必須更換軟管或軟管總成。
高溫高壓的綜合工況下，軟管的壽命會(huì)大大縮短。此時(shí)應(yīng)該選擇外膠層耐高溫的管。選擇派克軟管中帶HT(High Temperature)標(biāo)識(shí)或者軟管代號(hào)末位是6的管子，如661HT、881HT、436、836等系列的軟管。
在低溫工況下，低溫會(huì)降低橡膠產(chǎn)品的柔軟性，在寒冷極端氣候、深冷等工況下，選用軟管一方面需要做好管路的保溫防寒措施，另一方面選擇耐低溫的軟管，如選擇派克帶LT(Low Temperature)標(biāo)識(shí)的軟管371LT、772LT等。
1.3 應(yīng)用
應(yīng)用部分比較直觀和易于選擇，如吸油、壓力和回油管路。在吸油回路中需要考慮耐負(fù)壓和真空工況的軟管選擇?？照{(diào)及制冷系統(tǒng)的管路需要考慮介質(zhì)溫度、介質(zhì)腐蝕性等特性的軟管產(chǎn)品。冶金及一些高溫明火工況中，選擇耐高溫、防火外膠層或者在管路外增加防火護(hù)套等。數(shù)控機(jī)床和加工設(shè)備中管路在拖鏈中安裝，工作時(shí)不斷地與周邊摩擦和接觸，選擇具有耐磨外膠層或者超耐磨橡膠的外膠層軟管產(chǎn)品。全面考慮產(chǎn)品選型所涉及的各項(xiàng)綜合因素，有助于選擇正確的產(chǎn)品，保證使用安全和產(chǎn)品使用壽命以及優(yōu)化產(chǎn)品整體的使用成本。
1.4 介質(zhì)
流體的介質(zhì)兼容性，設(shè)計(jì)者根據(jù)系統(tǒng)的流體介質(zhì)選擇具有兼容性的軟管產(chǎn)品，如介質(zhì)是磷酸酯液壓油，選擇Parker軟管系列中尾數(shù)是4的軟管，內(nèi)膠層一般是EPDM材質(zhì)，如804、304、424、774等系列軟管。
1.5 壓力
軟管和接頭選型必須保證軟管的總成最大工作壓力≥系統(tǒng)的最大壓力。系統(tǒng)的脈沖或峰值壓力必須小于軟管的最大工作壓力。設(shè)計(jì)者在選型設(shè)計(jì)時(shí)往往忽略軟管接頭的壓力適用范圍，從而造成系統(tǒng)故障，因?yàn)檐浌芸偝傻膲毫Ψ秶怯山M成軟管總成各部件中工作壓力最小者所決定，所以軟管總成選擇時(shí)，接頭、軟管的壓力的工作壓力必須綜合考慮。
上述介紹了液壓軟管設(shè)計(jì)需要綜合考慮的5方面因素，其他因素根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目和需求不同涉及到的因素也不盡相同。如選擇產(chǎn)品需要符合的標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品認(rèn)證、螺紋密封和儲(chǔ)存等。
2 常見(jiàn)故障及其原因
液壓軟管的正確設(shè)計(jì)選型影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性和正常工作。下面對(duì)液壓管路經(jīng)常遇到的故障、引起故障的主要原因和應(yīng)該采取的措施進(jìn)行分析。
2.1 服務(wù)壽命
(1)現(xiàn)象：軟管爆裂、鋼絲增強(qiáng)層破壞并暴露在外面，在外膠層失膠區(qū)域的鋼絲稍許的傾斜。
(2)原因：可能是反復(fù)循環(huán)的高壓脈沖或在軟管的同一地方反復(fù)繞曲。
(3)措施：根據(jù)工況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求更換軟管總成。
2.2 軟管拔脫
(1)現(xiàn)象：接頭拔脫和軟管分開(kāi)。
(2)原因：軟管插入深度沒(méi)有達(dá)到推薦值。外套的所有齒必須全部扣壓在軟管上，外護(hù)套的最后一齒的夾持力占全部夾持力的25%。
(3)措施：更換軟管總成。根據(jù)軟管制造商推薦的插入深度在管上做好標(biāo)記，然后將接頭插入到標(biāo)記處。
2.3 裝配時(shí)內(nèi)膠層破壞
(1)癥狀：接頭連接處附近的軟管有裂縫(針孔或泄漏)或外膠層起泡，爆裂處鋼絲有腐蝕現(xiàn)象但是表層沒(méi)有明顯的損壞。
(2)原因：在裝配時(shí)可能缺少必要的潤(rùn)滑導(dǎo)致軟管的內(nèi)膠層被切或者損壞，不正確的裝配導(dǎo)致水分進(jìn)入內(nèi)部致使鋼絲增強(qiáng)從被腐蝕。
(3)措施：查詢正確的裝配方式并更換軟管總成。
2.4 軟管扭曲
(1)癥狀：在扭曲區(qū)域軟管外層被損壞，鋼絲破壞。
(2)原因：由于缺少必須要的潤(rùn)滑，在裝配接頭時(shí)軟管扭曲，不正確的安裝可能引起軟管的扭曲。
(3)措施：正確裝配，更換軟管總成，必要時(shí)利用管夾確保軟管安裝在同一平面。
2.5 軟管磨損
( 1 ) 癥 狀 ：外 層 撕 裂 或 損壞，增強(qiáng)層有摩擦或腐蝕的跡象。
(2)原因：軟管與其他物體過(guò)度摩擦，也可能是尖角或托架損壞軟管。
(3)措施：更換軟管總成，使用保護(hù)套或軟管護(hù)套，必要時(shí)重新布管或用管夾避免軟管和其他物體直接接觸。
2.6 介質(zhì)不兼容
( 1 ) 癥 狀 ：內(nèi) 膠 層 嚴(yán) 重 破壞，起腫泡或分層，甚至脫落。
(2)原因：流體與內(nèi)膠層材料不匹配和兼容。
2.7 橡膠老化
(1)癥狀：內(nèi)膠層出現(xiàn)裂紋但仍保持彈性，接頭連接部未見(jiàn)明顯裂紋。
(2)原因：由于軟管內(nèi)部空氣太干燥致使內(nèi)膠層老化。
(3)措施：更換軟管總成，使用耐干燥空氣的軟管總成。
2.8 溫度過(guò)高
(1)癥狀：環(huán)境溫度下軟管變硬，易碎和開(kāi)裂。外膠層有變干和變焦的跡象。
(2)原因：環(huán)境溫度超過(guò)軟管耐溫極限而逐漸失去彈性，或軟管內(nèi)部進(jìn)入二氧化碳而發(fā)生氧化反應(yīng)，引起膠管硬化。
(3)措施：根據(jù)制造商提供的軟管應(yīng)用手冊(cè)，更換耐高溫的軟管或加裝耐熱保護(hù)套。
2.9 溫度過(guò)低
(1)癥狀：在使用溫度下，內(nèi)膠層或外膠層開(kāi)裂但保持柔軟和柔韌性。
(2)原因：環(huán)境溫度低于軟管的最低使用溫度。
(3)措施：根據(jù)制造商產(chǎn)品手冊(cè)，提高環(huán)境溫度或更換耐低溫的軟管。
2.10 壓力過(guò)高
(1)癥狀：軟管爆裂，降低了壽命，爆裂時(shí)突然發(fā)生的，鋼絲和外膠層無(wú)磨損痕跡。
(2)原因：實(shí)際工作壓力超過(guò)軟管的額定工作壓力。
(3)措施：調(diào)整系統(tǒng)的工作壓力或更換壓力等級(jí)更高的軟管。
2.11 流速過(guò)高
(1)癥狀：軟管泄漏，內(nèi)胎有類似被鑿的痕跡。
(2)原因：由于流速過(guò)高致使內(nèi)膠層磨損后穿孔泄漏，也可能是流體介質(zhì)中含有微小顆粒而使得內(nèi)膠層磨損。
(3)措施：根據(jù)流量和介質(zhì)更換軟管。
2.12 軟管安裝的彎曲半徑過(guò)小
(1)癥狀：軟管在外膠層和接頭連接處斷裂。
(2)原因：軟管在接頭體上來(lái)回移動(dòng)，過(guò)度運(yùn)動(dòng)或者軟管總成太短致使軟管斷裂，另一個(gè)原因可能是軟管扣壓錯(cuò)誤。
(3)措施：布管時(shí)盡量保證總成處于松弛狀態(tài)，其直段最少保證2倍軟管外徑，加裝管夾避免軟管過(guò)度移動(dòng)。選擇正確的扣壓工具和軟管扣壓機(jī)，便于現(xiàn)場(chǎng)維修。
本文通過(guò)介紹液壓軟管設(shè)計(jì)需要考慮的5個(gè)關(guān)鍵因素和設(shè)計(jì)選型不合理及軟管布局或使用不當(dāng)造成的12種故障，通過(guò)故障分析加深對(duì)液壓軟管選型時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)的認(rèn)識(shí)。可以為液壓工程師和布管安裝提供借鑒，使液壓軟管產(chǎn)品的選擇和使用更加科學(xué)。
注：本文由機(jī)哥整理自《中國(guó)高新科技》2019年53期，作者王旭東、陳?；?、王衛(wèi)東等。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
