液壓軟管爆破試驗方法研究

李妮妮, 王秋敏

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510700)

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液壓軟管爆破試驗方法研究

李妮妮, 王秋敏

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510700)

液壓軟管是液壓系統的重要輔件，其強度直接影響液壓系統的安全性和穩定性。爆破試驗是軟管最基本也是最重要的強度試驗。通過對標準的分析和試驗測試，分析了升壓速率和試驗溫度兩個因素對爆破壓力的影響，并提出了爆破試驗中升壓速率的選取原則。

液壓軟管；爆破試驗；升壓速率；試驗溫度

0 引言

液壓系統由于功率質量比大、響應速度快、控制性能好、可實現過載保護等優點而廣泛應用于汽車、工程機械、農業機械和國防等諸多領域[1-4]。液壓軟管總成[5]一般由內管、增強層、接頭等組成，是用于傳遞液壓動力的柔性管路元件，具有柔軟性好、承壓能力強、連接方便等優點，廣泛應用于液壓設備中。液壓軟管雖然是液壓系統中的輔件，但是由于它在液壓系統中應用的廣泛性，液壓軟管性能的好壞直接制約了液壓系統的安全性、可靠性與壽命。

近年來，隨著液壓系統不斷向高壓、大流量、耐高溫等方向發展，并在工作中伴隨著越來越多的沖擊和振動以及液壓執行元件越來越頻繁的快速運動、更加惡劣的工作環境，這都對液壓軟管的性能提出了更高的要求[6-8]。由于受到液壓沖擊、工作環境溫度、油液壓力、載荷彎曲與扭轉等多場應力的綜合影響，液壓軟管總成會出現泄漏、拔脫、斷絲、爆破等失效模式，這不但會降低工作效率、污染環境，甚至會引發事故，造成損失，危及人機安全[6，9]。

因此液壓軟管強度性能試驗得到了越來越多的重視。其中液壓軟管爆破試驗是軟管最基本也是最重要的強度試驗。一般新管和老化后的管都需要做爆破試驗。測定軟管的爆破壓力，有利于生產者掌握產品的極限能力，從而改進提高產品性能，為用戶使用提供參考值。

1 試驗方法分析

GB/T 7939-2008《液壓軟管總成試驗方法》中規定：最小爆破壓力指液壓軟管應能承受的最小破壞壓力。爆破試驗是一種破壞性試驗，其步驟如下：對已組裝上軟管接頭30 d之內的軟管總成，勻速增加到4倍的最高工作壓力進行爆破試驗，軟管總成在規定的最小爆破壓力以下，出現泄漏、軟管爆破或失效，視為不合格。SAE J343-2004《液壓軟管和軟管組件的試驗程序》中規定：勻速加壓直到樣品泄漏或失效，升壓時間在15～60 s內。SAE J1401-2003《使用非石油基液壓流體的道路車輛的液壓制動軟管組件》中規定:以(172.5±69) MPa/min速率加壓至27.6 MPa，保壓2 min，再繼續加壓直至爆破。GB/T 5563-2006《橡膠或塑料軟管及軟管組合件靜液壓試驗方法》中規定:以恒定速度升壓直至軟管和軟管組合件破壞，對于公稱內徑小于或等于50 mm的軟管,應在30～60 s之間達到最終壓力；對于公稱內徑大于50 mm而小于或等于250 mm的軟管，其達到最終壓力所需時間應在60～240 s之間。

以上列舉的標準都明確要求升壓速率要恒定，有些標準直接明確了升壓速率，而有些標準則明確了升壓時間，即確定了升壓速率的范圍，而有些標準卻沒有明確升壓速率。以上標準對于試驗溫度沒有具體要求，即認為常溫。但是現在有些企業認為軟管的使用領域不一樣，其實際使用時的溫度不一樣，如發動機周邊的軟管環境溫度較高，發動機的回油管內油溫較高，常溫下測得的爆破壓力可能不能準確地反映工作時的爆破壓力。文中通過試驗測試數據分析升壓速率和試驗溫度對爆破壓力的影響。

1.1 升壓速率

軟管內部加壓后，軟管材料會輕微膨脹，以適應和承受內部壓力。如果軟管內徑小而升壓速率快，此時軟管猶如受到壓力沖擊，軟管材料來不及膨脹變形，軟管會在一個較低的壓力下就失效破裂。

表1所示是一組軟管在不同升壓速率條件下的測試數據。軟管內徑φ6 mm，工作壓力2 MPa，要求爆破壓力為6 MPa。

表1 φ6 mm液壓軟管在不同升壓速率下的爆破壓力

從表1可見：升壓速率降低，軟管的爆破壓力升高，當升壓速率降低到一定程度時，軟管的爆破壓力基本無變化。

GB/T 5568-2013《橡膠或塑料軟管及軟管組合件無曲撓液壓脈沖試驗》中規定軟管脈沖試驗的額定升壓速率R按式(1)計算：

R=f(10p-k)

(1)

式中：R為升壓速率，單位為MPa/min；f為頻率，單位為Hz；p為額定試驗壓力，單位為MPa；k=5 MPa。

軟管工作壓力為2 MPa，屬于低壓范圍，脈沖試驗低壓試驗壓力在1.5～3 MPa之間，頻率在0.2～1 Hz之間。脈沖試驗為疲勞試驗，一般試驗壓力選擇為工作壓力，按照p=2 MPa、f=1 Hz計算，額定升壓速率R=15 MPa/min，升壓時間約為8 s。按照p=2 MPa、f=0.5 Hz計算，額定升壓速率R=7.5 MPa/min，升壓時間約為16 s。

當升壓速率為100 MPa/min時，平均升壓時間僅約0.5 s，遠遠小于GB/T 5568-2013中脈沖試驗的升壓時間；當升壓速率為20 MPa/min時，平均升壓時間約11 s，在GB/T 5568-2013中脈沖試驗的升壓時間范圍內，即使用這兩種升壓速率時，相當于進行一次脈沖試驗，此時軟管受到快速沖擊，因此在較低壓力下軟管破裂失效，這個壓力不應認為是軟管的爆破壓力，而是軟管的沖擊強度。因此，爆破試驗中的升壓速率不能過快。但是升壓速率也不宜太低。升壓速率低，升壓時間增加，耗費試驗時間。其次對于某些柔韌性比較好的軟管，升壓速率低，也可能導致爆破壓力測試不準確。

表2、圖1—圖3所示是一組單層編織層的橡膠軟管的爆破壓力和試驗圖片，軟管要求的爆破壓力為1.2 MPa，加壓速率為0.8 MPa/min。

表2 某單層編織層的橡膠軟管爆破壓力

圖1 爆破試驗壓力-時間曲線

圖2 軟管爆破試驗前圖片

圖3 軟管爆破試驗中圖片

從試驗數據來看：該軟管的爆破試驗合格。但是從圖3看出：軟管在加壓過程中出現了明顯的膨脹，此時軟管內部壓力出現下降(圖1)，軟管不再膨脹后，由于壓力源繼續加壓，壓力回升，直到軟管破裂。軟管出現膨脹，是由于升壓速率低，即壓力源充壓流量較小，而軟管膨脹造成軟管內部體積增大，體積增大速率比充壓流量大，因此出現壓力短暫下降。當試驗系統檢測到壓力下降后會增大充壓流量，而軟管也會膨脹到極限，壓力將逐漸升高。軟管出現膨脹，已說明此時軟管處于失效邊緣，如果此時提高升壓速率，軟管將立刻發生破裂或泄漏，爆破壓力與出現膨脹時的壓力相差不大。因此，升壓速率過低，將導致測量的爆破壓力偏高。

升壓速率過高，則爆破壓力偏低；升壓速率過低，容易導致爆破壓力偏高。因此，在爆破試驗時，應嚴格控制升壓速率。按照上述標準，一般升壓時間在60 s左右為宜，但是往往在進行試驗前爆破壓力是未知的，要設定升壓速率，可以參考工作壓力。在設計軟管時，軟管的爆破壓力一般是標稱工作壓力的3～4倍[14]。因此，設定升壓速率為每分鐘3倍工作壓力。或者已知軟管的爆破壓力要求值時，升壓速率為每分鐘爆破壓力要求值，可保證升壓時間大約在60 s。

1.2 試驗溫度

有些液壓軟管的工作環境溫度較高，或是液壓系統的油溫較高。爆破試驗的試驗溫度受到越來越多的關注，越來越多企業制定并進行高溫爆破試驗。

表3所示是受委托進行的一組橡膠軟管的常溫爆破試驗和高溫爆破試驗數據。

從表3可見：高溫和常溫狀態下，軟管的爆破壓力變化較大，高溫爆破壓力比常溫爆破壓力增大171.6%。

表4所示是受委托進行的一組橡塑軟管的常溫爆破試驗和高溫爆破試驗數據。

表3 某橡膠軟管常溫爆破與高溫爆破壓力

表4 某橡塑軟管常溫爆破與高溫爆破壓力

從表4可見：隨著試驗溫度升高，爆破壓力逐漸降低。

人們普遍認為在高溫的情況下，軟管的強度性能會有所下降。其實，軟管的強度性能與材料有很大關系，而材料在不同溫度下的性能是不一樣的。

表3中采用的橡膠軟管常溫拉伸強度為9.7 MPa，高溫(110 ℃)拉伸強度為11.4 MPa，拉伸強度變化率為17.5%。這反映了該軟管材料的高溫抗拉性能比常溫抗拉性能好，與爆破試驗的結果相符合。表4中采用的橡塑軟管常溫拉伸強度為11.3 MPa，高溫(100 ℃)拉伸強度為11.4 MPa，高溫(120 ℃)拉伸強度為10.9 MPa，該軟管材料隨著溫度的升高，抗拉性能降低，與爆破試驗結果相符合。因此，軟管的爆破壓力與試驗溫度有很大關系，但是并不一定隨著溫度的升高而升高或降低，軟管在不同溫度下的爆破壓力與軟管材料在不同溫度下的抗拉性能有關。軟管材料的抗拉性能越好，爆破壓力也越好。

2 結論

液壓軟管的爆破試驗是軟管的一種重要的強度試驗。試驗中的升壓速率和試驗溫度直接影響試驗數據。升壓速率過高，會造成試驗數據偏低；升壓速率過慢，容易造成試驗數據偏高。升壓速率應設定為每分鐘3倍工作壓力，或為每分鐘爆破壓力要求值，以使升壓時間在60 s左右。試驗溫度直接影響軟管的材料性能，因此對軟管的爆破壓力也有很大的影響。在進行液壓軟管爆破試驗時，應選取適當的升壓速率和保持試驗溫度的穩定，以獲得準確的試驗數據。

【1】管成，徐曉，林瀟，等．液壓挖掘機回轉制動能量回收系統[J]．浙江大學學報(工學版)，2012，46(1)：142-149．

【2】市十恒，魏建華，馮瑞琳．壓力跟蹤閥建模、仿真與試驗研究[J]．浙江大學學報(工學版)，2012，46(6)：1034-1040．

【3】王靜，秦文波，龔同芳，等．大流量高性能液壓系統的若干關鍵技術研究[J]．浙江大學學報(工學版)，2009，43(7)：1264-1268．

【4】滿在朋，丁 凡，丁 川，等.液壓軟管脈沖試驗的發展與研究綜述[J].浙江大學學報(工學版)，2014,48(1):21-28.

【5】GB/T 7939-2008液壓軟管總成試驗方法[S].

【6】KWAK S B，CHOI N S．Micro-damage Formation of a Rubber Hose Assembly for Automotive Hydraulic Brakes under a Durability Test[J]．Engineering Failure Analysis，2009，16(4)：1262-1269．

【7】LEE G C，KIM H E，PARK J W，et al．Life Prediction for High Pressure Hose of Power Steering System by Impulse Pressure Test[J]．Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers，2010，34(1)：91-96．

【8】EVANS C W．Testing and Applications of Wire-reinforced Hydraulic Hose[J]．Polymer Testing，1987，7(5)：309-315．

【9】朱武峰,李旭東,丁文勇.飛機氟塑料高壓軟管故障分析與預防[J].機床與液壓,2013,41(10):179-181.

【10】GBT 9574-2001橡膠和塑料軟管及軟管組合件 試驗壓力、爆破壓力與設計工作壓力的比率[S].

【11】SAE J343-2004液壓軟管和軟管組件的試驗程序[S].

【12】GB/T 5563-2006橡膠或塑料軟管及軟管組合件靜液壓試驗方法[S].

【13】GB/T 5568-2013橡膠或塑料軟管及軟管組合件無曲撓液壓脈沖試驗[S].

Mobileye和德爾福展開合作，計劃在2019年推出SAE4/5級自動駕駛解決方案

Mobileye和德爾福汽車公司于2016年8月23日宣布，雙方將共同開發SAE(美國汽車工程協會)4/5級自動駕駛全套解決方案。雙方將合作開發端對端、可量產、高性能和安全操作的全自動駕駛解決方案，可快速整合到全球不同客戶的多種汽車平臺中。雙方合作開發的CSLP平臺將在2017年美國拉斯維加斯消費電子展上，通過城市和高速公路混合路段進行展示，并計劃于2019年具備大量生產能力。

Mobileye是專注于汽車領域的計算機視覺系統、地圖繪制、本地定位以及機器學習方面的全球技術領先者。德爾福是自動駕駛軟件、傳感系統和系統整合方面的全球領先者。雙方的合作將開發出市場上首個一站式4/5級自動駕駛解決方案。

雙方將基于各自的核心技術合作開發。Mobileye將提供具有傳感信號處理、融合及世界視圖生成功能的EyeQ4/5系統芯片技術以及可以實現實時地圖繪制和車輛定位功能的路況體驗管理系統(Road Experience Management，REMTM)。德爾福則將提供其收購的Ottomatika公司下的具有道路和運動軌跡規劃功能的自動駕駛軟件算法，以及整合了整套攝像頭、雷達和激光雷達系統的多域控制器(Multi Domain Controller，MDC)。另外，雙方還將合作開發下一代傳感器融合技術，并制定下一代模擬人類“駕駛行為規范”，將Ottomatika的駕駛行為建模系統和Mobileye的深度強化學習系統進行整合，從而使得自動駕駛汽車能夠在復雜的城市駕駛環境中與其他人類駕駛者和行人進行溝通協商。

Mobileye公司董事長兼首席技術官Amnon SHASHUA 教授表示：“Mobileye和德爾福的合作始于2002年，雙方合作推出了當時最先進的主動安全系統之一。雙方長期以來的合作關系是此次宏大計劃成功的關鍵。我們和德爾福的合作將加快4/5級自動駕駛進入市場的步伐，能讓客戶在不需要大量資本投資的情況下采用4/5級自動駕駛解決方案，這將給客戶帶來極大的優勢。”

德爾福總裁兼首席執行官Kevin CLARK 表示：“此次合作將加快我們給客戶帶去更高級別、更具成本優勢的自動駕駛解決方案的步伐。結合雙方的技術優勢，將使我們更快地開發出新的創新解決方案和能力，是任意一方單獨開發所不具有的優勢，這對我們雙方以及客戶來說都是雙贏的策略。”

(來源：Mobileye公司，德爾福汽車有限公司)

Research on Hydraulic Hose Burst Test

LI Nini, WANG Qiumin

(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 510700,China)

Hydraulic hose is the important auxiliary of hydraulic system. Its strength affects on the security performance and stability performance of hydraulic system. Burst test is basic and the most important strength test of hose. Based on the analysis of the standards and testing, pressure increase rate and test temperature were researched, which had influence on the result of burst test. Also the selecting principle of pressure increase rate was given out.

Hydraulic host; Burst test; Pressure increase rate; Test temperature

2016-05-16

李妮妮(1984—)，女，碩士，工程師，主要研究方向為汽車零部件檢測技術及檢測設備。E-mail：lininilnn@sina.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.015

TH137.86

B

1674-1986(2016)09-065-04