液壓軟管總成基礎(chǔ)知識(shí)分析研究

李 津， 劉紫晴， 劉克樹

（徐州市華為工程機(jī)械有限公司， 江蘇 徐州 221000）

0 引言

液壓軟管總成又稱液壓軟管組件主要由液壓軟管、接頭、外套組成，用來傳送液壓動(dòng)力的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于液壓機(jī)械設(shè)備中， 尤其是工程機(jī)械等重型設(shè)備使用更為普遍。 液壓軟管總成質(zhì)量的好壞對使用設(shè)備的安全性能影響較大，在實(shí)際的使用中受到高低溫等環(huán)境變化、以及工作介質(zhì)的壓力沖擊等影響時(shí)，會(huì)出現(xiàn)泄漏、松脫、爆裂等故障，這不但會(huì)影響生產(chǎn)效率、浪費(fèi)能源、污染環(huán)境，還會(huì)發(fā)生危及人身安全的事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，因此液壓軟管總成的正確選型及使用顯得尤為重要。

1 液壓軟管

液壓軟管總成， 主要是由鋼絲圍繞內(nèi)膠層編織或者纏繞增強(qiáng)后包裹橡膠層的膠管兩端連接金屬接頭、套筒，進(jìn)行扣壓組裝而成的系統(tǒng)總成構(gòu)件。

1.1 液壓軟管分類

液壓軟管又稱為液壓油管、液壓膠管、液壓管，按照其使用性能分為低壓軟管、中壓軟管和高壓軟管，按照其結(jié)構(gòu)一般分為鋼絲編織液壓膠管和鋼絲纏繞液壓膠管。液壓軟管主要由耐液體的內(nèi)膠層、1-6 層的鋼絲增強(qiáng)層、中膠層、外膠層組成，內(nèi)膠層輸送介質(zhì)承受壓力，內(nèi)膠層和中膠層保護(hù)鋼絲不受侵蝕，外膠層保護(hù)鋼絲不受損傷，鋼絲層是骨架起增強(qiáng)作用。

液壓軟管常用的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有SAE、DIN、ISO 和GB/T標(biāo)準(zhǔn)：①鋼絲編織管的常用標(biāo)準(zhǔn)：DIN EN 853、SAE J517、GB/T 3683-2011、ISO1436； ②鋼絲纏繞管的常用標(biāo)準(zhǔn)：DIN EN 856、SAE J517、GB/T 10544-2003、ISO3862。

軟管標(biāo)準(zhǔn)類型特點(diǎn)如下：

（1）01W、02W、03W、04S、06S 執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 價(jià)格相對便宜；

（2）1SN、2SN、4SP、4SH、421、481、301、381、372、701、731 執(zhí)行國外標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)較高；

（3）1SC、2SC、462 緊湊型軟管；

（4）M4K、R13、R15、G6K、781、791 恒壓軟管。

1.2 液壓軟管6 要素

液壓軟管一般包括通徑、彎曲半徑、壓力、介質(zhì)、溫度和應(yīng)用6 個(gè)要素。

1.2.1 軟管通徑DN

軟管的基本型號規(guī)格以軟管的內(nèi)徑d， 即圓整后的公稱通徑DN 來標(biāo)識(shí)。

為盡可能減少系統(tǒng)壓力損失和防止因發(fā)熱過度而造成的設(shè)備損壞，軟管通徑的選擇十分關(guān)鍵，管道的內(nèi)徑d通常根據(jù)流量大小進(jìn)行選擇。

（1）軟管的公制內(nèi)徑規(guī)格按式（1）計(jì)算：

式中：d—軟管內(nèi)徑（mm）；q—管內(nèi)流量（L/min）；v—管內(nèi)流速（m/s）。

（2）軟管的SAE 劃線規(guī)格按式（2）計(jì)算：

式中：SAE—軟管SAE 劃線規(guī)格，十六分之英寸；q—管內(nèi)流量（L/min）；v—管內(nèi)流速（m/s）。

推薦流速：

（1）吸油管口一般取1m/s 以下；

（2）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）；

（3）回油管取1.5～2.5m/s。

表1 軟管內(nèi)徑規(guī)格對照表

1.2.2 壓力

軟管和接頭選型時(shí)必須確定軟管總成的最高工作壓力≥控制系統(tǒng)的最高壓力。 在選型設(shè)計(jì)中如忽視了軟管與接頭的壓力范圍，就很容易產(chǎn)生系統(tǒng)故障，而由于軟管總成的壓力范圍是根據(jù)組成軟管總成的各部分中的壓強(qiáng)為最小所確定，所以在軟管總成選型中，對接頭、軟管之間的相互作用壓力范圍應(yīng)該全面考慮。

1.2.3 軟管彎曲半徑

指在最大壓力下持續(xù)工作時(shí)所能選擇的最小彎曲半徑， 當(dāng)使用低于推薦的彎曲半徑將會(huì)嚴(yán)重影響軟管的工作強(qiáng)度。此外，軟管與軟管接頭之間連接的過渡的最小垂直高度D 應(yīng)≥軟管外徑的1.5 倍，如圖2 所示。

1.2.4 介質(zhì)

液壓介質(zhì)是液壓系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，依靠其完成能量的轉(zhuǎn)換傳遞，除此之外還有散熱、潤滑、防止銹蝕、分離不可溶污物和減少摩擦等作用。一般工程機(jī)械設(shè)備說明書或使用手冊中規(guī)定了該設(shè)備液壓系統(tǒng)使用的液壓油品種牌號和黏度級別， 首先應(yīng)根據(jù)設(shè)備制造商的推薦選用液壓油。 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、速度、環(huán)境、溫度選擇液壓油，在有火險(xiǎn)的設(shè)備上，需選用抗燃性液壓油。正確合理地選用液壓油，對提高液壓設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，延長元件和設(shè)備的使用壽命，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，防止事故的發(fā)生有著重要意義。

1.2.5 溫度

軟管外部工作環(huán)境溫度影響軟管總成的使用壽命，在高溫高壓或者氣溫較低的狀態(tài)下須提高管路的檢測頻率，一旦出現(xiàn)軟管外膠層的變脆或斷裂，須立即更換軟管以及檢查軟管總成。 軟管內(nèi)部輸送介質(zhì)的溫度和軟管外部工作環(huán)境的溫度范圍一般指-40℃至+100℃，選型時(shí)按照液壓系統(tǒng)參數(shù)選取溫度范圍內(nèi)的軟管。

高溫高壓工況下，軟管的壽命會(huì)大大縮短，這種情況下需要選用外膠層耐高溫的軟管， 選用帶有HT（High Temperature）標(biāo)志或代號末位為6 的軟管，如661 HT、881 HT、436、836 等系列的軟管。

在低溫工況下，膠管的柔軟性會(huì)降低，尤其是在極端寒冷、深冷工況下，一方面要做好管路的保溫防寒措施，另外一方面選擇耐低溫最好帶有LT（Low Temperature）標(biāo)識(shí)的軟管，如371LT、772LT 等。

1.2.6 工作環(huán)境

工作環(huán)境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。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。

2 接頭與套筒

2.1 金屬接頭的連接方式

主要包括螺紋式和法蘭式， 下面介紹幾種最常用的密封形式：

（1）24°錐面O 型圈彈性密封，如圖3 所示。

（2）74°錐面金屬硬密封，如圖4 所示。

（3）平面O 型圈彈性密封，如圖5 所示。

（4）法蘭密封，如圖6 所示。

2.2 接頭芯材料

接頭芯一般采用35#、45# 鋼材作為接頭芯材料，其中35# 抗變形能力較強(qiáng)， 耐老化性較強(qiáng)， 因此通常選用35# 制作彎管接頭，但隨著熱彎工藝的成熟改善，彎管接頭芯也可以選45# 鋼材。

2.3 套筒

2.3.1 套筒材料

套筒通常采用20# 鋼材制作，其具有優(yōu)良的塑性，套筒齒擠出膠管與連接芯部緊密配合， 具有很好的抗拔脫能力。套筒有很多種類，根據(jù)不同的連接形式、工作環(huán)境、條件，需要的結(jié)構(gòu)也不一樣。

2.3.2 套筒類型

（1）不剝膠套筒，如圖7、圖8 所示。

（2）剝膠套筒，如圖9、圖10 所示。

圖1 液壓軟管總成

圖2 軟管彎曲半徑

圖3 24°錐面O 型圈彈性密封方式

圖4 74°錐面金屬硬密封方式

圖5 平面O 型圈彈性密封方式

圖7 鋼絲編織管不剝膠套筒

圖8 緊湊型膠管不剝膠套筒

圖9 鋼絲編織管剝膠套筒

圖10 鋼絲編織管剝膠套筒

（3）雙面剝膠套筒，如圖11、圖12 所示。

圖11 超重型鋼絲纏繞管（四層）雙面剝膠套筒

圖12 超重型鋼絲纏繞管（六層）雙面剝膠套筒

3 扣壓方式及特點(diǎn)

軟管的扣壓方式主要由膠管的種類和工作壓力及環(huán)境有關(guān)，主要有三種扣壓方式：

（1）不剝膠扣壓。 膠管的內(nèi)膠和外膠不需要?jiǎng)冸x，只需要選擇安裝相應(yīng)的扣壓模具，然后把管子裝入，按下扣壓即完成，生產(chǎn)過程簡單，此種方式通常用于較薄外膠層的鋼絲編織管。

（2）剝外膠扣壓。將膠管外層的粘合劑剝離到一定的長度然后再扣壓， 可以更好地讓鋼絲加強(qiáng)層與套筒的齒槽相接觸，避免在受到壓力沖擊時(shí)發(fā)生拔脫。

（3）內(nèi)外剝膠扣壓。內(nèi)膠層和外膠層都需要?jiǎng)冸x一定的長度，通常用于大尺寸的超高壓力鋼絲纏繞膠管。

4 一體式接頭組件

一體式接頭組件廣泛用于編織管。所謂的一體式，即把套筒和接頭芯在安裝到膠管上之前預(yù)扣為一體， 預(yù)扣時(shí)必須高度注意套筒和接頭芯之間的同軸度誤差在公差范圍以內(nèi)， 確保后期安裝扣壓時(shí)不會(huì)因套筒和接頭芯的偏心而影響扣壓質(zhì)量進(jìn)而影響產(chǎn)品性能。

5 液壓軟管總成

5.1 軟管總成長度

軟管總成長度L 以直接頭芯端面或者彎接頭芯中心為基準(zhǔn)測量，如圖13 所示。

表2 軟管總成長度公差表

圖13 軟管總成長度測量方法

5.2 軟管總成裝配角

當(dāng)液壓軟管總成的兩端接頭均為彎頭時(shí)， 裝配時(shí)兩彎頭之間有一角度關(guān)系。測量時(shí)把軟管總成拉直，并沿直線方向看，把彎接頭1 垂直向上，按順時(shí)針測量彎接頭2與垂直放置的彎接頭1 之間的夾角， 即為液壓軟管總成的裝配角，用V 表示，如圖14 所示。

圖14 軟管總成裝配V 角

5.3 軟管總成的排布

軟 管 的排布路線，也是軟管接頭選擇的一項(xiàng)關(guān)鍵因素。 軟管總成的排布會(huì)因拉伸、擠壓、彎曲、或在與銳角處碰撞而破裂，因此不能在扭轉(zhuǎn)狀況下使用。 合理的連接器選擇可以減少軟管的彎曲和軟管尺寸上的損失，還可以減小連接插頭的位置。 軟管布置時(shí)必須考慮到軟管的運(yùn)動(dòng)平面并兼顧下述原則，如圖15所示。

圖15 軟管總成的排布圖

5.4 軟管總成有效期

DIN 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，裝配總成所用的軟管應(yīng)當(dāng)是四年以內(nèi)制造的， 軟管總成生產(chǎn)后，使用年限不得超過六年，期間貯存的時(shí)間不得超過兩年。

ISO 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，軟管和軟管總成的有效期不得超過十年。

軟管經(jīng)貯存后，若目測表面有龜裂、銹蝕等， 使用前應(yīng)做壓力測試。

接頭體有效期不超過四年， O 型圈的有效期不超過兩年。

5.5 安全

高壓油可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害， 不得用身體的任何部位接觸壓力下的液壓軟管總成件。 高壓液壓油射流造成的傷口絕對不能當(dāng)作簡單的傷口來對待， 必須立即處理! 從針眼射出的液壓油甚至難以用肉眼看見，但它能夠射穿皮膚進(jìn)入人體，如果被液壓射流擊傷，必須立即就醫(yī)。對軟管總成進(jìn)行壓力測試時(shí)需遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)，并使用正確的防護(hù)。

6 結(jié)束語

液壓軟管總成廣泛應(yīng)用于各類液壓系統(tǒng)中， 幾乎每個(gè)液壓設(shè)備都離不開它， 其可靠性的好壞直接影響整個(gè)液壓設(shè)備的可靠性。本文對于如何根據(jù)液壓軟管的通徑、壓力、彎曲半徑、介質(zhì)、溫度、工作環(huán)境六要素以及最常用的密封形式金屬接頭、套筒選型都做了研究分析，指出了液壓軟管總成的選用方法及日常使用注意要點(diǎn)。