摘要：液壓膠管作為液壓系統基礎元件，目前一般存在漏油、滲油、膠管清潔度不達標、膠管質量不合格等相關問題。因此科學合理地選配、使用、維護液壓膠管相當重要，若使用中操作不當,容易造成膠管損壞，將影響液壓系統功能，嚴重時將造成整個液壓系統癱瘓。
關鍵詞：液壓膠管；工作環境；選配安裝；故障分析；相容性；壓力
引言
液壓膠管作為工程機械液壓系統的“血脈”，主要用於輸送液壓油，能吸收液壓衝擊，具有良好耐繞曲和耐疲勞性，同時在系統中膠管要承受頻繁的脈衝壓力變化。由於膠管品種、結構多樣，使用條件不統一，導致膠管使用壽命長短不一樣，這不僅同膠管質量息息相關，同時也取決於是否保持合理使用與保養，即使膠管有極高的質量，若不能正確地使用和保養，將會嚴重縮短其使用壽命。膠管通常用內徑表示，從安全性能方面考慮，液壓膠管在正常使用的前提下，其使用壽命週期為2～3年，超過此使用週期必須更換新膠管。
1液壓膠管結構
工程機械液壓膠管總成通常由膠管、扣壓外套、扣壓芯子、螺母四部分組成，將膠管兩端和連接接頭裝配扣壓而成。膠管根據液壓系統工作壓力範圍分為超高壓膠管（p＞32MPa）、高壓膠管（16MPa＜p≤32MPa）、中高壓膠管（8MPa＜p≤16MPa）、中壓膠管（2.5MPa＜p≤8MPa）、低壓膠管（p≤2.5MPa）。膠管主要由耐油橡膠內膠層、中膠層、鋼絲（編織棉麻線）加強層、外膠層等組成，內膠層輸送液壓油，保護加強層不受侵蝕，鋼絲（編織棉麻線）增強層起骨架增強作用，膠管的承載能力取決於鋼絲（編織棉麻線）加強層骨架，外膠層保護增強層。鋼絲增強層根據壓力、流量分為1層、2層、4層、6層，超高壓膠管主要以鋼絲編織為主，鋼絲編織膠管與硬管相比各有特色，硬管有比較大的彎曲半徑，而鋼絲編織膠管具有良好的擾曲性，總體來説還是硬管優於鋼絲編織膠管；其餘膠管以鋼絲纏繞為主。低壓膠管用於低壓回油管道，加強層通常採用編織棉麻線。
2膠管使用環境分析
工程機械施工工況條件惡劣，環境温度時高時低，這對液壓膠管的耐候性、耐油性的性能指標要求越來越高。液壓系統高脈衝、高壓力的苛刻使用條件，容易造成膠管脈衝性能降低，液壓油壓力反覆猛然升高或降低，對膠管造成劇烈頻繁衝擊，引發膠管爆裂、管接頭鬆動滲漏等現象。液壓膠管環境温度不能超過膠管耐温極限，否則導致膠管承載能力下降，加速膠管損壞，尤其長期在寒冷環境中施工，應選配耐寒膠管，寒冷環境下不要隨意移動或搬動膠管；另外膠管佈置時必須避開熱源或採取相應的隔熱措施。液壓油温度對膠管使用有很大影響，膠管輸送液壓油的温度不應超過-40℃～120℃。若油温超過膠管規定温度，將導致膠管材質結構發生變化，嚴重影響膠管使用壽命。液壓系統功率損耗導致液壓油發熱，特別在炎熱夏季受外界氣温的影響，液壓油温度很容易急劇升高，而隨着液壓油温度升高，膠管越易老化，造成橡膠彈性差、強度與密封性能下降，膠管越容易老化龜裂、爆裂。
3液壓油與膠管內膠層的相容性
液壓油與膠管內膠層必須具有相容性，橡膠的相容性通常用體積變化、硬度變化的指標來評價。由於磷酸酯基與石油基兩種液壓油的化學特性是截然不同的,很多膠管適合一種或多種液壓油,但並不是適合所有的液壓油類型。液壓油與膠管內膠層之間相容性差是導致膠管內膠層過早老化漏油的直接原因，因為液壓油與內膠層接觸過程中，液壓油中的低分子會漸漸滲入到橡膠的網狀結構中，同時受到橡膠網狀分子的抗衡作用，最終達到平衡，引發橡膠的體積、硬度和拉伸性能發生改變。優質的液壓油是液壓系統可靠運行的保障，不同品牌的液壓油不可混合使用，以防液壓油產生化學，腐蝕膠管內膠層，造成內膠層發生龜裂。
4液壓膠管選配及安裝
4.1膠管的選配原則選配高壓膠管時，鋼絲層數、接頭形狀及尺寸要合理。液壓膠管內徑選配時一定要適當，若內徑過小，影響整個液壓系統的性能，導致膠管內液壓油的流速加大，產生過大的壓力差，併產生熱量易造成內膠層損壞。若膠管內徑過大，影響系統正常操作，同時增加了購買成本。
1）膠管內徑和管壁的厚度選配在相同流量下，管內流速越高，管內徑越小，壓力損失越大，反之流速越低，管內徑越大，壓力損失越小。膠管的計算主要是確定膠管內徑和管壁的厚度，管內徑公式為d=4.6qv，式d為膠管內徑(單位mm)；q為流經管道的最大流量（單位L/min）；v為管道中液壓油推薦允許流速（高壓油管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），一般初步設計時高壓油管取5m/s，回油管取2m/s，計算出來的內徑值應按標準系列圓整並選取接近的稍大值。實踐生產中，選用膠管通常不需要計算，因為膠管尺寸主要根據系統中所用元件連接口徑的大小來決定。液壓膠管壁厚δ計算公式δ=pd2[σ]，公式中δ為油管壁厚（mm）；p為管道內液壓油的最高工作壓力（MPa）；d為管道內徑（mm）；[σ]為管道材料的許用應力。
2）膠管壓力選配膠管工作壓力是能夠保持穩定工作承受的最大壓力，選擇膠管壓力時，膠管最大工作壓力必須依據系統的壓力確定，要充分考慮到液壓系統的脈衝壓力和峯值壓力，膠管能夠承受的最大工作壓力值要大於液壓系統內部最大工作壓力，通常工程機械行業膠管的使用安全係數（爆破壓力）為最大工作壓力的4～5倍。
4.2膠管安裝原則受工程機械設計的結構空間等因素的影響，要求膠管在最大壓力條件下持續穩定地工作需要有更小的彎曲半徑，但不應在小於膠管最小彎曲極限半徑的情況下使用，膠管彎曲半徑縮小20%，可降低膠管90%壽命，一般要求彎曲內半徑R≥10D（D為膠管外徑），才能確保膠管不會因過小的彎曲半徑，產生過多的壓力損失，同時鋼絲加強層也不會因角度變化而損壞；避免在靠近管接頭處發生折曲、過度彎曲，膠管接頭至開始彎曲處的直線段長度應大於膠管外徑的1.5倍，離接頭很近處彎曲，將導致膠管壓力等級下降，嚴重影響膠管使用壽命。擰緊接頭螺母時，不能使膠管產生扭曲，膠管過大的扭曲會縮短膠管的'使用壽命，若無法避免膠管扭曲的情況，其扭曲角不能超過5°，因為膠管過度扭曲，將損壞軟管加固層，當扭曲每增加5°，膠管的使用壽命將減少為原來壽命的70%。布膠管避免出現S形彎曲，因為S形安裝會導致膠管過度運動，局部壓力損失增大，縮短使用壽命。膠管不得承受軸向力，會損壞接頭與軟管的連接。膠管與膠管或膠管與機體之間易發生摩擦，會造成膠管局部損壞，引發鋼絲層暴露生鏽，耐壓能力下降，最終導致膠管爆裂。對於易產生摩擦部位，必須採取防護措施，以避免膠管之間發生相互磨檫引發外膠層損壞，通常在膠管管體上附加防護彈簧或套管。
4.3膠管清洗方法膠管內部容易進入灰塵等細小污染物，導致液壓系統污染。膠管的清洗方法：在壓縮空氣吹洗的基礎上，用液壓油循環沖洗，沖洗時採用間歇式變量沖洗，膠管沖洗完成以後，用塑料蓋或塑料袋將膠管兩端接頭密封住，最後將膠管放到保管箱內，以防灰塵造成二次污染。經常對清洗液壓油污染度進行取樣實驗檢測，液壓油顆粒物污染度應達到NAS9級標準。清洗膠管時，要求必須戴醫用手套或耐油橡膠手套，以免對液壓系統造成污染。
5膠管故障分析
膠管故障主要由膠管制造不合格、安裝與使用不當、管道設計不合理等方面原因造成的。質量差的膠管壁厚不均勻，鋼絲編織過鬆、鋼絲層數過少，膠管加壓後變形量較大，膠層與鋼絲層黏着力不足，內膠層密封性差導致高壓油很容易進入鋼絲層，外層膠氣密性差引發鋼絲鏽蝕，這些缺陷必將使膠管承受能力下降，容易在管壁的薄弱處出現爆裂、鼓包等現象。膠管內含有雜質、膠管局部有損傷等缺陷容易造成膠管砂眼漏油，表現為油液滲漏或呈線性噴射
5.1外膠層液壓膠管長期裸露在風吹雨曬的環境下，導致其外膠層老化，形成細小裂紋，時間一長外膠層出現龜裂現象若膠管中段出現鼓泡，大多數是膠管質量的原因，高壓液壓油穿過內膠層，聚集在外膠層下面，在最薄弱的位置產生氣泡現象，如管體局部有損傷、管體內部膠層有雜質、管體脱模時有缺陷，應及時更換合格的膠管；若鼓泡出現在膠管接頭處，屬於接頭安裝不正確，如膠管接頭與過渡接頭不匹配、尺寸精度不符合要求、扣壓不合理等原因。
5.2內膠層內膠層過分擠壓、彎曲過急或扭轉，易導致液壓油發熱加快氧化，造成內膠層發硬；液壓油温度過高，也會導致內膠層氧化變硬，出現龜裂現象；內膠層氧化和液壓油高温共同作用導致內膠層硬化；氣穴現象也可能導致內膠層出現裂紋；液壓油和內膠層的材質相互排斥、系統管路內液壓油壓差降過大等原因都會造成內膠層龜裂。內膠層龜裂最終原因是內膠層中增塑劑失效，引發內膠層變硬所致，一般不容易覺察，需定期檢查避免事故發生。在膠管彎曲處，若膠管未破裂但有大量液壓油滲出，其原因是軟管內通過高壓油時，內膠層被沖蝕、擦傷，大面積鋼絲層漏出導致大量液壓油滲出。
5.3加強層受外膠層潮濕或腐蝕等因素的影響，導致鋼絲層生鏽，削弱了膠管機械強度，引發膠管破裂；接頭扣壓處不合格，濕氣進入外膠層的內邊緣，加強層吸收濕氣，導致加強層鋼絲腐蝕生鏽，引發膠管外部壓強降低而破裂。經常受到高頻衝擊的液壓膠管，選用鋼絲纏繞作為加強層。因為膠管受到高頻衝擊力時，編織加強層鋼絲與鋼絲之間有很多交叉點，當管內壓力發生較大變化時，交叉點隨着管徑的變化而交叉點會發生位移，引發鋼絲之間相互頻繁摩擦，最終導致鋼絲層損壞。
5.4膠管與接頭之間的扣壓量、扣壓速度及扣壓力度膠管與接頭裝配時的扣壓縮量、扣壓速度選擇、扣壓力度不合適，接頭的尺寸、材質、硬度不合適，都可能導致膠管與接頭扣壓過緊或過鬆，最終引發扣壓部位漏油。膠管與接頭裝配時，膠管沒有插到底，易造成膠管與接頭拔脱。若扣壓縮量過小，當接頭與膠管間壓得過緊時，膠管在使用初期便有可能從接頭中脱出；若扣壓縮量過大，當接頭與膠管壓得過緊，易導致膠管內層受到局部破壞產生裂紋，液壓油會從破裂處直接進入鋼絲層，再沿鋼絲間的縫隙竄到外套尾部噴出，或一直沿鋼絲層竄到某處積聚起來，使外層膠產生鼓包甚至破裂。膠管與接頭在組對裝配時，若扣壓速度過快，容易造成內膠層損壞和鋼絲層斷裂，使膠管在使用中過早損壞。液壓膠管在扣壓接頭時，若扣壓力度過大，膠管內膠層損傷，造成漏油；若扣壓力度不夠，造成滲油、漏油、拔脱；反覆脈衝壓力作用下，外套反彈，導致扣壓力度減小，造成滲油、漏油、拔脱。液壓膠管內孔尺寸不均勻，扣壓壓緊力也不均勻，引發扣壓力小的部位漏油。若扣壓外套硬度高或扣壓芯子硬度高，容易將鋼絲增強層壓斷，導致扣壓時壓緊力不均勻；若扣壓外套硬度低或扣壓芯子硬度低，導致扣壓後塑性變形的內應力小及壓緊力不足容易漏油。
6膠管破裂處位置分析
6.1液壓系統壓力過高若液壓系統壓力超過了膠管的耐壓能力，就會造成膠管一處或多處破裂，而且裂口整齊，裂口位置一般位於扣壓外套30mm以外。膠管受到扭曲、膠管彎曲半徑小於最小彎曲半徑、膠管受到拉伸。如果膠管使用時扭曲及彎曲小於最小彎曲半徑後，加強層結構結構發生變化，鋼絲層之間間隙增大，外側鬆弛內側彎曲造成膠管的耐壓強度降低，在高壓作用下膠管易在彎曲處發生破裂，裂口部位一般位於離扣壓外套30mm以內位置。膠管在安裝時膠管的長度應稍長一些，扣壓膠管在受到壓力時，長度會發生變化（施加壓力時有4%左右的伸縮量），如果膠管長度不富裕，工作時就會發生拉伸變形，各層分離，降低了耐壓強度，嚴重時會出現破裂或接頭脱落等現象，一般膠管破裂口處鋼絲呈現捲曲形狀。
7結束語
液壓膠管作為液壓系統的“血管”，是連接各液壓元件之間的紐帶，一台工程機械所用膠管少則有幾十根，多則上百根，一旦其中一根膠管出現問題，將造成整個主機液壓系統癱瘓。在液壓油選用方面，在液壓膠管的選配、使用、維護等方面應引起足夠重視，才能確保液壓系統的正常運行。
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