液压软管爆破试验方法研究

李妮妮, 王秋敏

(广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700)



液压软管爆破试验方法研究

李妮妮, 王秋敏

(广州机械科学研究院有限公司，广东广州 510700)

液压软管是液压系统的重要辅件，其强度直接影响液压系统的安全性和稳定性。爆破试验是软管最基本也是最重要的强度试验。通过对标准的分析和试验测试，分析了升压速率和试验温度两个因素对爆破压力的影响，并提出了爆破试验中升压速率的选取原则。

液压软管；爆破试验；升压速率；试验温度

0 引言

液压系统由于功率质量比大、响应速度快、控制性能好、可实现过载保护等优点而广泛应用于汽车、工程机械、农业机械和国防等诸多领域[1-4]。液压软管总成[5]一般由内管、增强层、接头等组成，是用于传递液压动力的柔性管路元件，具有柔软性好、承压能力强、连接方便等优点，广泛应用于液压设备中。液压软管虽然是液压系统中的辅件，但是由于它在液压系统中应用的广泛性，液压软管性能的好坏直接制约了液压系统的安全性、可靠性与寿命。

近年来，随着液压系统不断向高压、大流量、耐高温等方向发展，并在工作中伴随着越来越多的冲击和振动以及液压执行元件越来越频繁的快速运动、更加恶劣的工作环境，这都对液压软管的性能提出了更高的要求[6-8]。由于受到液压冲击、工作环境温度、油液压力、载荷弯曲与扭转等多场应力的综合影响，液压软管总成会出现泄漏、拔脱、断丝、爆破等失效模式，这不但会降低工作效率、污染环境，甚至会引发事故，造成损失，危及人机安全[6，9]。

因此液压软管强度性能试验得到了越来越多的重视。其中液压软管爆破试验是软管最基本也是最重要的强度试验。一般新管和老化后的管都需要做爆破试验。测定软管的爆破压力，有利于生产者掌握产品的极限能力，从而改进提高产品性能，为用户使用提供参考值。

1 试验方法分析

GB/T 7939-2008《液压软管总成试验方法》中规定：最小爆破压力指液压软管应能承受的最小破坏压力。爆破试验是一种破坏性试验，其步骤如下：对已组装上软管接头30 d之内的软管总成，匀速增加到4倍的最高工作压力进行爆破试验，软管总成在规定的最小爆破压力以下，出现泄漏、软管爆破或失效，视为不合格。SAE J343-2004《液压软管和软管组件的试验程序》中规定：匀速加压直到样品泄漏或失效，升压时间在15～60 s内。SAE J1401-2003《使用非石油基液压流体的道路车辆的液压制动软管组件》中规定:以(172.5±69) MPa/min速率加压至27.6 MPa，保压2 min，再继续加压直至爆破。GB/T 5563-2006《橡胶或塑料软管及软管组合件静液压试验方法》中规定:以恒定速度升压直至软管和软管组合件破坏，对于公称内径小于或等于50 mm的软管,应在30～60 s之间达到最终压力；对于公称内径大于50 mm而小于或等于250 mm的软管，其达到最终压力所需时间应在60～240 s之间。

以上列举的标准都明确要求升压速率要恒定，有些标准直接明确了升压速率，而有些标准则明确了升压时间，即确定了升压速率的范围，而有些标准却没有明确升压速率。以上标准对于试验温度没有具体要求，即认为常温。但是现在有些企业认为软管的使用领域不一样，其实际使用时的温度不一样，如发动机周边的软管环境温度较高，发动机的回油管内油温较高，常温下测得的爆破压力可能不能准确地反映工作时的爆破压力。文中通过试验测试数据分析升压速率和试验温度对爆破压力的影响。

1.1 升压速率

软管内部加压后，软管材料会轻微膨胀，以适应和承受内部压力。如果软管内径小而升压速率快，此时软管犹如受到压力冲击，软管材料来不及膨胀变形，软管会在一个较低的压力下就失效破裂。

表1所示是一组软管在不同升压速率条件下的测试数据。软管内径φ6 mm，工作压力2 MPa，要求爆破压力为6 MPa。

表1 φ6 mm液压软管在不同升压速率下的爆破压力

从表1可见：升压速率降低，软管的爆破压力升高，当升压速率降低到一定程度时，软管的爆破压力基本无变化。

GB/T 5568-2013《橡胶或塑料软管及软管组合件无曲挠液压脉冲试验》中规定软管脉冲试验的额定升压速率R按式(1)计算：

R=f(10p-k)

(1)

式中：R为升压速率，单位为MPa/min；f为频率，单位为Hz；p为额定试验压力，单位为MPa；k=5 MPa。

软管工作压力为2 MPa，属于低压范围，脉冲试验低压试验压力在1.5～3 MPa之间，频率在0.2～1 Hz之间。脉冲试验为疲劳试验，一般试验压力选择为工作压力，按照p=2 MPa、f=1 Hz计算，额定升压速率R=15 MPa/min，升压时间约为8 s。按照p=2 MPa、f=0.5 Hz计算，额定升压速率R=7.5 MPa/min，升压时间约为16 s。

当升压速率为100 MPa/min时，平均升压时间仅约0.5 s，远远小于GB/T 5568-2013中脉冲试验的升压时间；当升压速率为20 MPa/min时，平均升压时间约11 s，在GB/T 5568-2013中脉冲试验的升压时间范围内，即使用这两种升压速率时，相当于进行一次脉冲试验，此时软管受到快速冲击，因此在较低压力下软管破裂失效，这个压力不应认为是软管的爆破压力，而是软管的冲击强度。因此，爆破试验中的升压速率不能过快。但是升压速率也不宜太低。升压速率低，升压时间增加，耗费试验时间。其次对于某些柔韧性比较好的软管，升压速率低，也可能导致爆破压力测试不准确。

表2、图1—图3所示是一组单层编织层的橡胶软管的爆破压力和试验图片，软管要求的爆破压力为1.2 MPa，加压速率为0.8 MPa/min。

表2 某单层编织层的橡胶软管爆破压力

图1 爆破试验压力-时间曲线

图2 软管爆破试验前图片

图3 软管爆破试验中图片

从试验数据来看：该软管的爆破试验合格。但是从图3看出：软管在加压过程中出现了明显的膨胀，此时软管内部压力出现下降(图1)，软管不再膨胀后，由于压力源继续加压，压力回升，直到软管破裂。软管出现膨胀，是由于升压速率低，即压力源充压流量较小，而软管膨胀造成软管内部体积增大，体积增大速率比充压流量大，因此出现压力短暂下降。当试验系统检测到压力下降后会增大充压流量，而软管也会膨胀到极限，压力将逐渐升高。软管出现膨胀，已说明此时软管处于失效边缘，如果此时提高升压速率，软管将立刻发生破裂或泄漏，爆破压力与出现膨胀时的压力相差不大。因此，升压速率过低，将导致测量的爆破压力偏高。

升压速率过高，则爆破压力偏低；升压速率过低，容易导致爆破压力偏高。因此，在爆破试验时，应严格控制升压速率。按照上述标准，一般升压时间在60 s左右为宜，但是往往在进行试验前爆破压力是未知的，要设定升压速率，可以参考工作压力。在设计软管时，软管的爆破压力一般是标称工作压力的3～4倍[14]。因此，设定升压速率为每分钟3倍工作压力。或者已知软管的爆破压力要求值时，升压速率为每分钟爆破压力要求值，可保证升压时间大约在60 s。

1.2 试验温度

有些液压软管的工作环境温度较高，或是液压系统的油温较高。爆破试验的试验温度受到越来越多的关注，越来越多企业制定并进行高温爆破试验。

表3所示是受委托进行的一组橡胶软管的常温爆破试验和高温爆破试验数据。

从表3可见：高温和常温状态下，软管的爆破压力变化较大，高温爆破压力比常温爆破压力增大171.6%。

表4所示是受委托进行的一组橡塑软管的常温爆破试验和高温爆破试验数据。

表3 某橡胶软管常温爆破与高温爆破压力

表4 某橡塑软管常温爆破与高温爆破压力

从表4可见：随着试验温度升高，爆破压力逐渐降低。

人们普遍认为在高温的情况下，软管的强度性能会有所下降。其实，软管的强度性能与材料有很大关系，而材料在不同温度下的性能是不一样的。

表3中采用的橡胶软管常温拉伸强度为9.7 MPa，高温(110 ℃)拉伸强度为11.4 MPa，拉伸强度变化率为17.5%。这反映了该软管材料的高温抗拉性能比常温抗拉性能好，与爆破试验的结果相符合。表4中采用的橡塑软管常温拉伸强度为11.3 MPa，高温(100 ℃)拉伸强度为11.4 MPa，高温(120 ℃)拉伸强度为10.9 MPa，该软管材料随着温度的升高，抗拉性能降低，与爆破试验结果相符合。因此，软管的爆破压力与试验温度有很大关系，但是并不一定随着温度的升高而升高或降低，软管在不同温度下的爆破压力与软管材料在不同温度下的抗拉性能有关。软管材料的抗拉性能越好，爆破压力也越好。

2 结论

液压软管的爆破试验是软管的一种重要的强度试验。试验中的升压速率和试验温度直接影响试验数据。升压速率过高，会造成试验数据偏低；升压速率过慢，容易造成试验数据偏高。升压速率应设定为每分钟3倍工作压力，或为每分钟爆破压力要求值，以使升压时间在60 s左右。试验温度直接影响软管的材料性能，因此对软管的爆破压力也有很大的影响。在进行液压软管爆破试验时，应选取适当的升压速率和保持试验温度的稳定，以获得准确的试验数据。

【1】管成，徐晓，林潇，等．液压挖掘机回转制动能量回收系统[J]．浙江大学学报(工学版)，2012，46(1)：142-149．

【2】市十恒，魏建华，冯瑞琳．压力跟踪阀建模、仿真与试验研究[J]．浙江大学学报(工学版)，2012，46(6)：1034-1040．

【3】王静，秦文波，龚同芳，等．大流量高性能液压系统的若干关键技术研究[J]．浙江大学学报(工学版)，2009，43(7)：1264-1268．

【4】满在朋，丁 凡，丁 川，等.液压软管脉冲试验的发展与研究综述[J].浙江大学学报(工学版)，2014,48(1):21-28.

【5】GB/T 7939-2008液压软管总成试验方法[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,李旭东,丁文勇.飞机氟塑料高压软管故障分析与预防[J].机床与液压,2013,41(10):179-181.

【10】GBT 9574-2001橡胶和塑料软管及软管组合件 试验压力、爆破压力与设计工作压力的比率[S].

【11】SAE J343-2004液压软管和软管组件的试验程序[S].

【12】GB/T 5563-2006橡胶或塑料软管及软管组合件静液压试验方法[S].

【13】GB/T 5568-2013橡胶或塑料软管及软管组合件无曲挠液压脉冲试验[S].

Mobileye和德尔福展开合作，计划在2019年推出SAE4/5级自动驾驶解决方案

Mobileye和德尔福汽车公司于2016年8月23日宣布，双方将共同开发SAE(美国汽车工程协会)4/5级自动驾驶全套解决方案。双方将合作开发端对端、可量产、高性能和安全操作的全自动驾驶解决方案，可快速整合到全球不同客户的多种汽车平台中。双方合作开发的CSLP平台将在2017年美国拉斯维加斯消费电子展上，通过城市和高速公路混合路段进行展示，并计划于2019年具备大量生产能力。

Mobileye是专注于汽车领域的计算机视觉系统、地图绘制、本地定位以及机器学习方面的全球技术领先者。德尔福是自动驾驶软件、传感系统和系统整合方面的全球领先者。双方的合作将开发出市场上首个一站式4/5级自动驾驶解决方案。

双方将基于各自的核心技术合作开发。Mobileye将提供具有传感信号处理、融合及世界视图生成功能的EyeQ4/5系统芯片技术以及可以实现实时地图绘制和车辆定位功能的路况体验管理系统(Road Experience Management，REMTM)。德尔福则将提供其收购的Ottomatika公司下的具有道路和运动轨迹规划功能的自动驾驶软件算法，以及整合了整套摄像头、雷达和激光雷达系统的多域控制器(Multi Domain Controller，MDC)。另外，双方还将合作开发下一代传感器融合技术，并制定下一代模拟人类“驾驶行为规范”，将Ottomatika的驾驶行为建模系统和Mobileye的深度强化学习系统进行整合，从而使得自动驾驶汽车能够在复杂的城市驾驶环境中与其他人类驾驶者和行人进行沟通协商。

Mobileye公司董事长兼首席技术官Amnon SHASHUA 教授表示：“Mobileye和德尔福的合作始于2002年，双方合作推出了当时最先进的主动安全系统之一。双方长期以来的合作关系是此次宏大计划成功的关键。我们和德尔福的合作将加快4/5级自动驾驶进入市场的步伐，能让客户在不需要大量资本投资的情况下采用4/5级自动驾驶解决方案，这将给客户带来极大的优势。”

德尔福总裁兼首席执行官Kevin CLARK 表示：“此次合作将加快我们给客户带去更高级别、更具成本优势的自动驾驶解决方案的步伐。结合双方的技术优势，将使我们更快地开发出新的创新解决方案和能力，是任意一方单独开发所不具有的优势，这对我们双方以及客户来说都是双赢的策略。”

(来源：Mobileye公司，德尔福汽车有限公司)

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，硕士，工程师，主要研究方向为汽车零部件检测技术及检测设备。E-mail：lininilnn@sina.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.09.015

TH137.86

B

1674-1986(2016)09-065-04