拖拉機用液壓軟管常見故障及預(yù)防措施

原志華 ，白 楊 ，欒春敏 ，薛運起 ，管 磊

（第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

0 引言

由于不同農(nóng)藝的需要被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機械設(shè)備種類繁多，而大多數(shù)設(shè)備需要和拖拉機配套使用。為了滿足不同農(nóng)藝需要，同一型號的拖拉機在液壓系統(tǒng)方面往往有多種不同的配置。因此，拖拉機液壓系統(tǒng)形成了運動部件多、配置種類復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點。鑒于液壓軟管在裝配過程中表現(xiàn)出良好的容錯性能，為了兼顧現(xiàn)場裝配和用戶的使用性能需要，軟管在拖拉機液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。

從市場質(zhì)量反饋信息來看，由液壓軟管故障引起的問題在整個液壓系統(tǒng)故障中占比相對較高。為此，對液壓軟管的故障形態(tài)進行分析并制定相關(guān)預(yù)防措施，有助于改善拖拉機液壓系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，提高拖拉機用戶的使用體驗。

本文將從液壓軟管的故障形態(tài)對其進行分析，并結(jié)合設(shè)計和裝配兩個方面確定降低和預(yù)防液壓軟管故障的方法。

1 液壓軟管故障形態(tài)及分類

根據(jù)質(zhì)量信息反饋，軟管故障形態(tài)多為爆裂、軟管接頭脫離（松動）、磨破等。在進行軟管舊件分析時，軟管爆裂并不多見，從外觀形態(tài)來看更多的是軟管磨損和扭曲，分別如圖1、圖2所示。

圖1 軟管磨損

圖2 軟管扭曲

圖1所示的軟管磨損故障經(jīng)過對裝車實物的現(xiàn)場分析和判斷，形成原因為軟管在整機運行過程中存在運動，且在運動過程中和其他部件存在接觸現(xiàn)象。圖2所示的故障形成原因為軟管裝配后存在局部扭曲現(xiàn)象，使得軟管受力不均，長時間使用后導(dǎo)致軟管接頭處松動漏油。

2 故障原因分析

1）造成軟管爆裂的原因有：操作不當(dāng)、軟管的承壓能力選擇不匹配以及軟管裝配不當(dāng)?shù)萚1-3]。通過對多個接頭松脫漏油故障的舊件的解剖分析來看，大多數(shù)的故障油管接頭處伴隨有軟管的扭曲，此外還有一小部分是由管接頭扣壓問題造成的。

2）造成軟管接頭松動的原因主要是扣壓和裝配問題，其中裝配問題占據(jù)了主要原因。

3）造成軟管磨破的原因主要是軟管在使用過程中存在運動或是軟管在脈沖壓力的擾動下和相鄰零件之間發(fā)生摩擦。為了最大程度地避免軟管磨損故障，本文將對軟管排布方面進行詳細的描述。

2.1 操作不當(dāng)

如在耕地時，多路閥操縱未放置在“浮動”位置，則農(nóng)具在受到阻力時油缸壓力會瞬間加大導(dǎo)致軟管在瞬時壓力變化強烈的情況下?lián)p壞。

2.2 軟管的承壓能力選擇不匹配

液壓系統(tǒng)中大部分軟管都承受一定的壓力，從壓力等級來劃分可以大致分為低壓油管和高壓油管兩種規(guī)格[4-7]。在拖拉機液壓系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的管路壓力一般在2 MPa左右；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的管路壓力在12.5 MPa左右；提升系統(tǒng)的壓力較大，最高可達到20 MPa左右。

在液壓系統(tǒng)有壓力要求時，常選用帶編織鋼絲的軟管。編織鋼絲對軟管來說不僅可以增加其抗壓能力，還可充當(dāng)骨架，使軟管具有良好的塑形和抗負壓能力。在系統(tǒng)壓力超過2 MPa的管路中，宜選用帶編織鋼絲的軟管。

吸油管路一般承受負壓，一般的拖拉機液壓系統(tǒng)吸油管路的負壓不超過17 kPa，若吸油管路必須選擇軟管，應(yīng)選擇帶鋼絲的軟管，避免管路被吸扁。

若拖拉機液壓系統(tǒng)中軟管的抗壓能力和系統(tǒng)壓力不匹配，則在使用過程中容易出現(xiàn)管子爆裂的風(fēng)險，對液壓系統(tǒng)十分不利。因此，在對液壓系統(tǒng)軟管進行設(shè)計或者更換時，必須明確管路的壓力特性，確保軟管滿足壓力需求。

2.3 軟管裝配不當(dāng)

軟管的裝配質(zhì)量對軟管的使用壽命有著巨大的影響，因此在裝配軟管時應(yīng)嚴格按照設(shè)計要求進行裝配。若軟管裝配后存在扭曲變形或者打死彎現(xiàn)象，會使管路承受應(yīng)力加大或節(jié)流導(dǎo)致局部瞬時壓力過高，從而使軟管的使用壽命急劇下降。

3 軟管選型

在進行軟管設(shè)計的過程中，最重要的是壓力的選擇和軟管的排布。合理的軟管排布不僅可以使管路的外觀美觀，還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長軟管的使用壽命。

3.1 壓力等級

GB/T 3683—2011《橡膠軟管及軟管組合件 油基或水基流體適用的鋼絲編織增強液壓型 規(guī)范》中將軟管根據(jù)結(jié)構(gòu)、工作壓力和耐油性能的不同分為6種類型[8]。

——1ST型：具有單層鋼絲編制層和厚外覆層的軟管；

——2ST型：具有兩層鋼絲編制層和厚外覆層的軟管；

——1SN和R1ATS型：具有單層鋼絲編制層和薄外覆層的軟管；

——2SN和R2ATS型：具有兩層鋼絲編制層和薄外覆層的軟管。

在實際應(yīng)用中，使用1SN和2SN型時，因其軟管外覆層薄，可以實現(xiàn)不剝膠或少量剝膠后進行管接頭處扣壓，對保證液壓管路的清潔度具有一定的好處。

單層鋼絲軟管和兩層鋼絲軟管的抗壓能力不同，具體能夠達到的最大工作壓力和最小爆破壓力如表1所示。

表1 最大工作壓力和最小爆破壓力

3.2 軟管排布

確定完軟管的壓力等級后就需要進行軟管排布，在進行軟管排布時必須遵循一定的原則，最重要的是需要考慮軟管走向以及最小彎曲半徑要有一定的合理性。

軟管受壓時，管路會發(fā)生長度和形狀的輕微變化。若軟管連接后處于緊繃狀態(tài)，則管接頭處會受到較大的應(yīng)力作用，此時，軟管受壓力油脈沖作用會存在從軟管接頭上拔脫出來的風(fēng)險。且由于長期有應(yīng)力作用于接頭上，有可能導(dǎo)致金屬損傷或密封失效。因此，當(dāng)軟管兩端的連接點大致呈一條直線分布時，軟管連接后應(yīng)當(dāng)考慮給軟管設(shè)計適當(dāng)?shù)难b配余量，以便于軟管在受壓力而發(fā)生長度變化時自身可進行調(diào)節(jié)，如圖3（a）所示。同時，軟管裝配后應(yīng)當(dāng)盡量保持自然狀態(tài)，避免局部彎曲過大，必要時可采用合適的接頭進行過渡，如圖3（b）所示。

圖3 一些特定場合的軟管排布方案

當(dāng)軟管在使用過程中存在運動或容易受到振動影響時，應(yīng)在保證系統(tǒng)零部件活動或振動不會給軟管增加應(yīng)力的情況下盡量避免給軟管過多的裝配余量，以免軟管摩擦設(shè)備或其他的零部件。需要在狹小空間內(nèi)布置軟管時，宜使用接頭進行過渡，以保證軟管的自然狀態(tài)，如圖3（c）和圖3（d）所示。

應(yīng)當(dāng)避免軟管長距離懸空，軟管過長或距離多個設(shè)備表面過近時應(yīng)當(dāng)對軟管采取必要的固定措施，如圖3（e）所示。對軟管進行固定時不應(yīng)犧牲軟管運動過程中的活動性，需要給軟管預(yù)留活動空間。需要注意的是，軟管進行固定時的固定點宜選擇在整個軟管運動過程中相對較為靜止的部位，以避免軟管因固定而造成局部彎曲過大。若軟管和其他部件的接觸不可避免，則可選擇超耐磨外層材料的軟管或給軟管配上防磨損護套。

選用不同類型的管接頭不僅可以使得管路變得美觀，還可避免多管路之間的交叉。在設(shè)計過程中需要對多根軟管同時進行布置且應(yīng)盡量避免軟管之間相互交叉，如圖3（f）所示。同時布置多根管路時，除了上述要求外，應(yīng)當(dāng)盡量考慮系統(tǒng)維護的需要，保證更換管路時的便捷性。

除此之外，受裝配空間限制，軟管裝配后出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象時，其彎曲半徑應(yīng)大于軟管的最小彎曲半徑。不同管徑的軟管最小彎曲半徑如表2所示。

表2 軟管最小彎曲半徑

4 接頭扣壓工藝

目前，軟管接頭的扣壓工藝主要分為剝膠和不剝膠兩種[9-10]。厚外覆層的軟管不宜采用不剝膠工藝進行管接頭扣壓，薄外覆層的軟管因為壁厚相對較薄容易實現(xiàn)不剝膠扣壓工藝。

剝膠工藝由于需要切除一部分軟管的外覆層，存在破壞軟管的風(fēng)險。而且軟管扣壓后管接頭處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在使用過程中軟管接頭處易發(fā)生故障。

不剝膠工藝因無需剝?nèi)ツz管外覆層，可避免剝膠不到位或剝膠過量而引起的軟管總成故障。因此，液壓軟管設(shè)計時應(yīng)盡量選用1SN和2SN型軟管并采用不剝膠扣壓工藝，可在一定程度上降低軟管的故障率。

5 軟管裝配

在進行軟管裝配時，除了需要按照產(chǎn)品設(shè)計和管路走向進行裝配外，較為關(guān)鍵的是管接頭處的裝配。在進行管接頭處的連接時，需要注意連接后不能使管路接頭處在沿管路徑向方向上受到應(yīng)力影響，且管路徑向方向不能發(fā)生扭曲現(xiàn)象。簡而言之，軟管在裝配過程中除了需要按照設(shè)計要求的走向和固定進行裝配外，還應(yīng)盡量避免因裝配造成管路受到內(nèi)應(yīng)力影響。

6 結(jié)語

通過分析可以看出，造成拖拉機軟管故障有設(shè)計和裝配兩個方面的原因，在實際裝配過程中，不規(guī)范是軟管故障的主要原因。因此，完善軟管裝配工藝和有效實施軟管裝配工藝可大大降低液壓軟管的故障率，提升拖拉機液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。