高压胶管总成质量问题详解

影响高压软管总成质量的因素影响液压软管接头总成质量的因素一、液压软管接头总成的构成和分类液压软管接头总成由胶管和金属接头两部分构成。

主要按工作压力范围和胶管与接头的连接形式来分类。

１．按工作压力范围分类１）低压 工作压力在３ＭＰａ以下，主要是棉线（纤维）编织的液压胶管。

主要用于控制油路、汽车刹车管路以及某些液压机床中。

２）中压 工作压力在３～１０ＭＰａ之间，主要是钢丝编织的Ⅰ，Ⅱ型大通径（ ２５以上）液压胶管。

主要用于中、低压油路和回油路３）高压 工作压力在１０～３１．５ＭＰａ之间，主要是钢丝编织 ２５以下的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型和钢丝缠绕管。

主要用于高压系统。

４）超高压 工作压力在３１．５ＭＰａ以上，主要是钢丝编织 ３１．５通径以下的钢丝缠绕管。

随着超高压大功率液压机械的发展，对它的需求愈来愈大。

２．按胶管与接头的连接方式分类有：有可拆式和扣压式１）扣压式胶管接头总成是胶管与接预配后，用外力迫使接头外套在冷态下向内收缩一定尺寸，使胶管与接头连接可靠。

２）可拆式总成，其接头与胶管是通过有外锥的芯子压缩胶管的内胶层，使其紧贴接头套的内锥。

即靠芯子与接头套之间形成的倒锥形间隙，同时压迫胶管的内外胶层来连接。

但连接质量不稳定。

所以国内专业厂家一般采用扣压式。

二、液压胶管接头总成结构和性能的关系。

１、胶管液压胶管由内胶层、增强层和外胶层组成（如图７），内胶层直接与油液接触，故要求在长期工作状态下不应受流体腐蚀，能防漏。

在增强层作用下能承受一定压力。

因此，宜采用丁腈橡胶，除胶料外，影响性能的主要因素还有内胶层的硬度、厚度和永久变形量。

硬度和永久变形量对密封性能影响很大。

一般硬度高、压缩后的永久变形量小，密封性能则愈好。

一般是在７０～８５邵氏硬度，压缩永久变形５０％时为最好。

内胶层厚度最好为１．５～２．５ｍｍ，太厚会在扣压时增加其流动量，造成多余的胶在接头芯套与胶管的接触端面内堆积，减小流通截面；太薄会在扣压时被压裂。

同时内胶层壁厚均匀性也很重要。

如果厚度不均，压缩后会造成一面裂断、一面堆胶。

内胶层表面出现的麻坑也是影响性能质量的重要因素。

２）液压胶管主要依靠增强层来承受压力。

编织胶管是靠胶浆与内外胶层粘牢，由于同一编织层内钢丝之间的相互接触，在承受动压时会因各自伸缩不一而造成钢丝相互之间的磨擦而影响其耐久性。

而缠绕管是由缠绕方向不同的两层形成一个工作层，在两层之间有中间胶，因此同一工作层的两层钢丝之间没有交叉点。

所以不会在承受动压时同于钢丝间的交叉弯曲而形成应力集中或摩擦磨损。

故耐久性好，能承受高压。

３）液压胶管的外胶层粘在增强层上起保护作用，一般采用氯丁橡胶。

应注意防止其老化龟裂而影响整个胶管的寿命。

２．接头扣压式胶管接头由接头芯子、螺母、和外套组成。

１）接头芯子，其影响性能的主要因素为芯杆长度、结构形状、壁厚和材质。

从密封和防止拔脱的角度，要求芯杆愈长愈好，但太长会浪费材料和增加制造成本。

另外，为防止扣压时芯子端部造成堆胶，一般设计要求其长度比外套略长即可。

２）芯杆部结构形状有多种，其中主要有Ｒ槽（图１）和锯齿形槽（图２）都可增大摩擦面，为橡胶流动提供容胶槽。

目前钢丝编织管都用Ｒ槽，压力更高的缠绕管则用锯齿形槽。

３）材质：接头芯子材料一般采用２０＃，３５＃，４５＃碳素结构钢，为防止扣压时芯子内孔变形而增加液阻，芯子壁厚应注意选取，一般为１．５～３．５ｍｍ，通径大取大值，芯子外圆与胶管内孔不允许过大的过盈量，会损伤内胶，使装腔配困难。

芯子内孔过小会增加液阻造成压降损失。

由于芯子外圆直径受到上述限制。

而胶管本身的尺寸变化又大，为了达到接头总成性能最小通过量的要求，必须通过优化扣压量来解决。

３．接头外套。

其形状如图３。

其内孔尺寸应适当大于增强层尺寸，否则无法装入，甚至会造成增强层彻底散头现象。

一般间隙为１～１．５ｍｍ。

外套内部的槽形会直接影响接头质量。

目前有直孔无槽式、锯齿槽式以及环形和锯齿槽组合式。

（图３）棉线（纤维）编织胶管因使用压力低，拔脱力小，都采用无槽式结构。

钢丝编织胶管在扣压时其增强层易产生弯曲变形，多采用锯齿形。

钢丝缠绕管一般层数较多，增强层的单边厚度最大可达３．６ｍｍ，扣压时要使增强层形成波浪形变形而嵌入槽内就必须采用环形和锯齿形槽相组合，这种槽形比锯齿槽宽２／３，其抗拔脱力更强。

三、扣压工序是影响质量的最主要因素。

影响扣压式胶管接头总成质量的最主要工艺因素是扣压工序。

目前主要有两种扣压方式，一种是轴向推入式（图４）可在通用压机上用专用模具来实现。

其扣压量不易调整，在扣压过程中容易损伤外套外表面。

为了取出扣压件。

必须把模具做成对开式。

这就有合缝，使成品外观不好。

另一种为径向扣压式（图５）其模具有对开、三瓣、六瓣和八瓣模之分。

适合批量生产一般用六瓣和八瓣模具，保证扣压质量的基础是正确掌握胶管的内胶压缩量和外套的扣压量。

根据生产实践的检验。

可采用以经验公式来计算内胶压缩量比较简便（参看图６和图７）。

ｔ＝（Ｂ－ｅ＋ｆ）×ｘｔ－内胶压缩量（或外套扣压量、单边）ｍｍ、Ｂ－内胶单边厚度，ｍｍ；（Ｂ可直接测量，也可按下式计算）Ｂ＝（ｄ２－ｄ）／２－ｎｔ１ｄ－胶管钢丝层外径，ｍｍ ｄ－胶管内径，ｍｍｎ－中胶层数（二层钢丝，一层中胶；三层钢丝２层中胶）ｔ－中胶层厚度，其值为０．３ｍｍｅ－接头芯子对胶管内孔扩张的涨量ｍｍ，ｅ＝（ｄ２－ｄ）／２ｄ１－芯子外径，ｍｍｌｆ－接头套与胶管钢丝层外径的间隙，ｍｍｆ＝（ｄ３－ｄ２）／２ｄ３－接头套内径，ｍｍｘ—内胶层压缩量的百分数（钢丝编织胶管为４０～５０％，一层钢丝时取４２％；二层钢丝时取４４％；三层钢丝时取４８％；钢丝缠绕管取５５～６５％；棉线纤维编织管取２０％左右。

）对于不剥外胶的纤维编织管Ｂ＝（胶管外径－胶管内径）／２。

扣压后的套子外径Ｄ＝Ｄ－２ｔ．高压油管质量问题及解决办法液压技术在近40年来有很大发展,已广泛应用于各个工业领域,尤其是在工程机械上,如各种装载机!挖掘机!推土机等"液压传动主要包括动力元件!执行元件!控制调节元件!辅助元件和工作介质"其中,液压辅助元件包括油箱!油管!管接头!滤油器!冷却器等"从液压传动工作原理看,这些元件是起辅助作用的,但对保证液压系统有效地工作以及提高系统的工作效率和使用寿命等影响极大"尤其是其中的液压软管!硬管!管接头等液压管路件的正常工作与否更会影响到整个液压系统的有效工作"本文将从液压管路件的相关知识入手,联系工程机械实际,分析常见的液压管路件故障问题,并提出相应的解决办法"1 工程机械中常用的液压管路件工程机械中常用的液压管路件有液压软管!液压硬管及管接头"各管路件又分为不同的种类,应用于不同的场合"1.1 液压软管的分类及应用[1]常用软管有尼龙管!塑料管!树脂管!橡胶管等"尼龙管是一种新型的乳白色半透明管,受压能力因材料而异,目前大都在低压管路中使用"尼龙管加热后便于弯曲成形!扩口,冷却后又可固定成形,有着广泛的使用前途"耐油塑料管价格便宜,装配方便,但承压能力低,只适于工作压力较小的管路中,如回油路!泄油路等处,塑料管长期使用后会变质老化"橡胶软管适用于两个相对运动件之间的连接,但不宜接在液压缸与调速阀之间,否则运动部件容易产生爬行现象"橡胶软管由耐油橡胶制成,按不同的高!中!低压力等级,加钢丝!帆布!棉线等作为加强层"工程机械中常用的是中高压钢丝编织或钢丝缠绕胶管,并根据装配连接的方便做成总成的形式"1.2 液压硬管的分类及应用硬管有无缝钢管!紫铜管!黄铜管等"紫铜管易弯曲成各种形状,但承受压力低,抗腐能力较弱,又易使油液氧化,使用较少"紫铜管一般只用于液压装置内部配接不变处"黄铜管虽可承受较高压力,但不如紫铜管那样容易弯曲成形"钢管能承受高压!价格低廉!耐油!抗腐和钢性都较好,但装配中不能任意弯曲,常用于装配方便的压力管道处,中高压系统均采用无缝钢管,低压系统用焊接钢管"1.3 管接头的分类及应用[2]管接头是油管与油管!油管与液压元件!油管与集成块间可拆式连接件"管接头种类很多,按接头的通路分为直通!直角!三通等形式;按油管和管接头的连接方式分为焊接式!管端扩口式!扣压式等;按管接头与机体的连接方式分为螺纹式!法兰式等"管接头应该满足装拆方便!连接牢固!密封可靠!外开尺寸小!通油能力大!压降小!工艺性能好等要求"2 工程机械液压管路件常见故障工程机械中液压管路件常见故障主要有液压胶管总成故障和液压钢管总成故障!管接头故障3种"液压胶管总成是液压胶管(钢丝缠绕!编织胶管,棉线胶管等)与管接头(芯子!外套!螺母或法兰芯)经专用设备扣压连接形成组合件,可直接与液压管路中其它部件装配连接"液压钢管总成一般由无缝钢管与管接头焊接而成,也有将卡套!螺母直接装配在钢管上的卡套式总成"2.1 液压胶管总成故障的类型!原因及解决办法对液压胶管总成来说,扣压部位是整个总成的最薄弱部位,发生的质量问题多集中于此"此外,由于橡胶存在老化问题,当超过一定期限时,扣压部位也会发生渗漏"因此,液压胶管总成属于易损件,应定期更换,以免酿成事故"液压胶管总成常发生的故障类型有如下6类:扣压部位渗漏!胶管炸裂!胶管砂眼漏油!胶管总成接头处漏油!胶管外胶龟裂!胶管内壁清洁度"2.1.1 扣压部位渗漏由于扣压尺寸控制不好,橡胶老化将引起扣压部分渗漏"在实际操作中,橡胶管与芯子的配合尺寸和扣压量的选择至关重要"橡胶本身的伸缩变形造成其尺寸控制较难,目前国内!外技术都没有办法将其公差控制在较小的范围内"如沈阳ISR公司生产的19管,公称直径内孔为19?0.5mm,二层钢丝编织增强层外径为27.5?0.8mm"而根据国标或部标,选用的芯子外径为19?0.1mm,外套内孔为28.5?0.1mm,外径为37?0.1mm"要将管芯装配在一起,累积公差就有?1.4mm,而橡胶的最佳压缩比为0.42~0.5mm,若再考虑到扣压后芯子和外套的收缩变形,那么单靠控制其扣压量就希翼达到最佳压缩比是比较困难的"尽管从理论上来说容易控制,但在批量生产的实际操作中困难较大"主要原因有:1)橡胶管原因橡胶管尺寸精度不统一,即使同一批胶管,不同的部位,其内孔尺寸也不一致,这是由目前胶管的生产工艺决定的"现在的胶管生产工艺有有芯编织和无芯编织两种,均只能将尺寸控制在公差范围内而不能保持均匀一致性;内胶配方和生产不能保持其硬度和成形收缩比的一致性"2)芯子!外套尺寸的影响芯子外径和外套内径尺寸是影响扣压量的关键尺寸,目前国内生产工艺都是根据外套的收缩量来控制扣压量的"而芯子和外套的尺寸公差引入的扣压量误差却为0.3mm"3)芯子!外套收缩变形的影响芯子!外套材质不同,其机械性能的差异所引起的扣压后变形收缩量也不一样"如果外套硬度低,扣压后塑性变形的内应力小,锁紧力就小;外套硬度高,就可能会将钢丝增强层扣断,扣压后内孔收缩后呈多边形(目前均采用多瓣式哈夫扣压机扣压),因而造成锁紧力不均,对密封极为不利"如果芯子硬度不一致,也会造成扣压后其收缩变形量不同,硬度高,变形小,易造成钢丝断裂;硬度低,变形大,芯子尾端与胶管配合处呈鞍形,橡胶实际压缩量小,容易造成渗漏"另外,因芯子!外套的内外径尺寸的偏心也会造成扣压时变形量不均匀,对密封性能也是极为不利的"所以,改进胶管生产工艺!有效控制芯子和外套的材料及扣压量等措施均可有效控制扣压部分的渗漏"2.1.2 胶管炸裂胶管炸裂有两种现象,首先是炸口位置:一是炸口位置在胶管两端离外套25cm之内,二是炸口在距外套25cm之外;其次是炸口形状:一是炸口无规则状;二是炸口较规则,呈线形"根据胶管炸口的距离和形状可以判断胶管总成故障为胶管总成制造原因!胶管自身原因两类"如果胶管炸裂处在离外套25cm之内,这属于胶管总成的制造原因"扣压量太大,会使钢丝被扣断;系统压力过高,外套处是总成的最薄弱环节,也会引起炸裂;胶管使用工况较为恶劣,工作时伸缩频次较快,在工作时同时有伸缩变形应力和扭曲应力,都会影响胶管的使用寿命"因此控制扣压量及系统压力,改变工况等都可以较好地削弱胶管总成的制造原因造成的破坏"例如某机械厂50型装载机铲斗升降臂油缸所用的19-L1152BZ油管,铲斗在工作时,油管不仅要承受弯曲应力,同时还要承受扭曲应力,因此其故障频率高"后经技术改进,将胶管长度加长为1252mm,减少了弯曲和扭曲应力的影响程度,降低了故障频次,在一定程度上降低了故障的概率"但要彻底解决还得改善工况,改变连接钢管空间位置,从而改善软管的使用工况"如果胶管炸裂处在离外套25cm之外,这属于胶管本身的原因"一是胶管制造原因,二是胶管设计安装位置不合理"如炸裂口处呈规则线状,则是胶管质量原因,如钢丝生产编织时的接头处或钢丝的机械强度不够,也有的是胶管的选用不当所造成的"如炸裂口处呈无规则状,可能是胶管总成安装后弯曲半径过小或弯曲扭曲疲劳所引起,亦或是胶管受到外力机械损伤所致"例如30F型装载机系统改进时,选用一根25/2S-1500C=45F胶管总成替代原有的25管(25二层钢丝编织胶管,工作压力为14Mpa;25/2S二层钢丝缠绕管,工作压力为18Mpa),25/2S管在工作一个月以后陆续出现胶管炸裂现象,炸口位置发生在两个地方:一是在距外套20~30cm处,一是在中间位置"炸口形状沿钢丝缠绕方向成直线形"因25二层钢丝编织胶管工作压力达不到设计压力才选用25/2S二层钢丝缠绕管,但设计人员不了解25/2S二层钢丝缠绕管的实际性能和使用要求:工作时不能小于最小弯曲半径360mm,不能在动压情况下使用"因而设计时只考虑了其工作压力是否满足使用要求"况且25/2S二层钢丝缠绕管因其结构的局限性,二层钢丝缠绕,层与层之间的约束力小,只能使用在静压和胶管基本不动的情况下"所以胶管总成发生故障就难以避免了"最后重新生产了一种25二层钢丝编织胶管,增加钢丝层的强度,将工作压力提高到21Mpa,才最终解决了问题"2.1.3 胶管砂眼漏油砂眼漏油的现象一般表现为胶管外胶鼓泡后渗漏或呈线性喷射"胶管砂眼漏油多是由胶管质量原因引起的"如内胶含有杂质,局部有损伤或脱模时都会产生缺陷"但有时外胶鼓泡并不一定是砂眼,只有进行解剖分析才能得出正确结论"例如内胶因疲劳而破裂,液压油就会从破裂处渗出,沿着增强钢丝层渗透扩散,在外胶的薄弱处形成油泡,形成和砂眼漏油一样的现象"这需要从提高胶管质量着手解决问题"2.1.4 胶管总成接头处漏油接头处渗漏主要是由于胶管总成接头与液压系统其它部位连接的过渡接头尺寸精度不符造成的"例如卡套式胶管总成与24b内锥管接头连接时常会由于卡套装配不好或内锥管接头质量问题引起配合处渗漏"例如C型胶管总成与扩口式管接头配合连接时,总成接头为60b锥,扩口式管接头为60b外锥,两者角度公差均为?30c,假设两者尺寸恰好是分别处于上下极限,则实际是线密封配合,如装配时拧紧力不够或工作中的振动过大都易造成渗漏"所以,合理设计连接装配尺寸!提高装配精度是非常必要的"2.1.5 胶管外胶龟裂胶管的内胶是耐油密封层,中间是钢丝增强层,外胶层只是一层保护层,似乎其作用微不足道,但起着保护!美观作用"工程机械室外作业较多,胶管的外胶应具备抗紫外线的能力,否则日晒雨淋,胶管的外胶会老化龟裂,影响美观,让用户误以为胶管已损坏"针对特殊用途的胶管应选用不同的胶料配方,以满足需要"如龙岩工程机械有限公司一批发往青藏高原的装载机,专门加了一层锡箔护在胶管外表面以抵御高原紫外线,就很好地解决了这一问题"2.1.6 胶管内壁清洁度胶管在断料后,在断口处会积聚大量的橡胶粉末,有芯编织的胶管内壁会残留脱模用的硅油和滑石粉,硅油和橡胶粉末混合在一起很难清除"另外,管接头上的毛刺铁屑或其它脏物如果进入液压系统会污染液压油,造成系统其它部件发生严重故障"采用新开发的海绵!压缩空气的办法可以很好解决上述问题,同时要防止生产过程中的其他二次污染,如车间环境的清洁,测试液的清洁等"2.2 液压钢管总成常见故障类型!原因及解决办法因钢管安装时可弯曲程度较小,故对钢管总成的位置精度要求较高,故钢管总成常见故障为空间位置精度不符,不能安装连接"工程机械恶劣的工作条件,如振动,对焊接处焊缝和与胶管总成!管接头等连接密封处易松动而发生渗漏"2.2.1 空间位置精度不符这类问题一般在装配连接时就可发现,可得到及时纠正,对整辆工程机械质量不会发生太大影响"对钢管总成的测绘设计!钢管的弯制!焊接时的工装夹具等需要提出较高要求,以保证产品的空间位置精度"如果尺寸有误差,安装时强制借位,会使钢管总成产生内应力,当机械工作时,其振动会造成焊缝或接头密封处渗漏"2.2.2 钢管总成渗漏钢管总成渗漏问题多发生在焊缝处和接头处"一般钢管或接头的砂眼!裂纹引起的渗漏在产品测试时就可发现,也有一些也会在使用一段时间后发生"1)钢管总成渗漏发生在焊缝处钢管总成焊接处渗漏的主要原因是由焊接质量问题引起的"无缝钢管的材质一般为20#钢,管接头的材质多用35#或45#钢,两种含碳量不一致的材料焊接在一起,焊接应力大,两种材料难于熔合,易产生气孔!砂眼或发生脱焊现象"目前主要采用的焊接方法是手工电弧焊!二氧化碳气体保护焊和钎焊,因此,改善渗漏问题最为关键的就是焊接前需对焊接部位进行除锈!除油,开出焊接坡口等处理环节,如有条件还可以进行预热等"2)钢管总成渗漏发生在接头处钢管总成与其它零部件的密封常采用卡套式!扩口式!法兰式等几种密封形式"管接头处渗漏的原因有多种,如螺纹连接的松动造成密封失效,密封配合处的机械损伤,或总成与其它零部件的配合精度都会造成渗漏"例如,/O0形圈沟槽太深,密封圈的老化,机械振动引起的配合处松动,扩口式锥形密封面的磕碰伤等都会引起密封失效"所以,钢管总成一定要注意保护好配合密封面,避免在生产!运输!装配时造成对密封面的机械损伤"2.2.3 钢管总成的清洁度正如胶管总成一样,液压系统对钢管总成的清洁度也有较高要求"钢管总成的清洁度比胶管总成更难达到要求"影响钢管总成清洁度的主要是毛刺!铁屑和锈蚀"其中最难处理的是锈蚀问题"对于钢管的表面,一般可以通过表面镀锌或磷化处理,也可根据要求喷涂油漆,就可达到要求"但钢管的内壁比外表更粗糙,也更容易生锈,即使涂上防锈油,时间一长,油液蒸发,同样生锈"可采取的办法是:对内径\19mm的钢管,采用喷砂的方法除锈;对内<19mm的钢管,先用稀酸进行酸洗,然后清洗干净钢管,烘干后上防锈油,并对端口进行密封包装,可以较好地保持清洁度"2.3 管接头常见故障管接头的常见故障,除了上述胶管总成和钢管总成中已提及的问题外,还有管接头开裂和配合精度引起渗漏两个方面的故障"2.3.1 管接头开裂管接头开裂是最为普遍的问题"夹砂!杂质等材料缺陷以及毛坯的强度!组织形态等都会引起材料的开裂"铸件毛坯本身的气孔!砂眼严重,会直接影响管接头的性能"当选材不当时,也易造成管接头开裂"如薄壁零件选用冷拉毛坯,其金相组织沿轴线呈拉长状,径向承受强度较弱,装配拧紧时易造成开裂"例如某厂生产的Z14卡套式焊端直通管接头,材料选用的是冷拉六角钢,用户直接将接头焊接在油缸上,在测试时即发现接头配合螺纹处出现纵轴向裂纹"开裂的数量不多,偶尔出现一两个,不到1%,但返工割下重新装配费时费力"而将材料进行探伤未发现材料有裂纹"后将库存的1200多只接头全部用特殊设计的内锥压头(不损伤配合面)进行挤压,发现有8只开裂,这才找到开裂的原因是接头配合处径向强度不够,后改用锻压毛坯,改善其金相组织,问题得以解决,再也没有发生过开裂的现象"2.3.2 配合精度引起渗漏管接头的尺寸精度问题容易引起连接配合处漏油,即使管接头的尺寸精度符合要求而忽略了其与钢管总成,胶管总成或其它部件的配合精度,也会发生问题"因此应合理设计!生产和严格控制其尺寸精度问题,以减少和防止渗漏的发生"3 结束语以上仅就工程机械液压管路中的一些常见故障进行了简要分析,并提出相应的解决办法"但是事物是千变万化!复杂多变的,碰到具体问题还需要具体分析,以找出真正原因,切实解决问题"。