装载机动臂液压缸软管总成失效模式分析.pdf

Hydraulics Pneumatics&Seals/No.4.2024doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.04.017装载机动臂液压缸软管总成失效模式分析朱?琼,郑小红,李光辉,韦茂志（1.柳州职业技术学院，广西柳州5450 0 7；2.广西中源机械有限公司，广西柳州5450 0 7）摘要：某型号装载机动臂液压缸软管总成外反馈率连续居高不下，软管总成在使用过程中，经常出现软管接头扣压处渗油、爆管、胶管砂眼漏油、外胶龟裂老化等问题。通过对外反馈旧件进行故障分析，查找出造成动臂液压缸软管总成早期失效的根本原因。通过改进设计及措施实施后加以验证，改进后动臂软管外反馈率显著下降。现已推广应用于其他机型中。关键词：装载机；动臂液压缸；软管总成；失效模式中图分类号：TH137Failure Mode Analysis of Boom Cylinder Hose Assembly for LoaderZHU Qiong,ZHENG Xiao-hong”,LI Guang-huil,WEI Mao-zhil(1.Liuzhou Vocational&Technical College,Liuzhou 545007,China;2.Guangxi Zhongyuan Machinery Co.,Ltd.,Liuzhou 545007,China)Abstract:The external feedback rate of the hose assembly of the cylinder of a certain type of loading motor arm has remained high for threeconsecutive years.During the use of the hose assembly,oil seepage,pipe explosion,rubber hose sand hole oil leakage,and outer rubbercracking and aging often occur.The root cause of the early failure of the boom cylinder hose assembly was found through the fault analysis ofthe three old parts of the external feedback.By improving the design and tracking and verifying the implementation of the measures,theexternal feedback rate of the improved boom hose has been significantly reduced,and has been fully applied in various models.Key words:loader;boom cylinder;hose assembly;failure0引言液压软管广泛应用于各种工程机械上，是连接液压执行元件、控制阀、泵站和其他元件的重要液压附件 1,用于实现液压传动和液压控制，确保液压系统的循环工作及能量传递。其失效模式主要有软管总成扣压处渗油和胶管原材料失效两大类型 2 。本研究针对软管总成扣压部位失效漏油进行分析与研究。某型号装载机动臂液压缸软管总成外反馈居高，且呈逐年上升趋势，客户对此抱怨较大。通过对动臂液压缸软管总成外反馈旧件进行剖解分析，并通过软管静压能试验，找出软管总成漏油的具体部位，发现故障位置相似,且均为与三通钢管连接一端软管接头扣压部位失效造成渗油。收稿日期：2 0 2 3-0 9-3 0基金项目：柳州职业技术学院2 0 2 3 年校级科研课题(2 0 2 3 KB21）作者简介：朱琼（19 8 1-）,女，广西桂林人，高级工程师，学士，主要从事工程机械液压方面的研究工作。文献标志码：B文章编号：10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 4-0 111-0 41失效模式分析1.1故障位置通过对动臂软管总成外反馈数据进行统计分析，找出动臂软管总成故障部位均为接三通钢管一端软管接头扣压处附近出现爆管或渗油现象，如图1所示。图1动臂软管总成故障部位Fig.1 Fault location of boom hose assembly1.2失效模式通过对动臂软管总成外反馈旧件进行拆检，并对数据进行统计分析，得出动臂液压缸软管总成常见的失效模式主要有以下几种类型：111液压气动与密封/2 0 2 4年第4期（1）软管总成接头扣压处爆管，如图2 所示。图2 软管总成接头扣压处爆管Fig.2Hose assembly connector clamp burst（2）软管总成接头扣压处胶管龟裂老化，如图3所示。查找原因，确保软管总成符合图纸设计要求。通过检测,采购件尺寸、软管总成尺寸、最小弯曲半径等参数均符合设计要求。其次对扣压参数设置是否合理进行验证,通过静压试验、爆破试验、脉冲试验等一系列软管性能试验测试,结果均符合标准要求。通过多次装配现场测试，发现软管总成在铲斗举升和下降的工作过程中,动臂软管工作特点如下：（1）无论动臂是举升还是下降，均以接三通钢管端软管接头扣压处为中心进行挠曲运动。（2）频繁举升、降落，软管总成始终承受脉冲压力，接三通钢管端软管接头处于反复的拉伸、弯曲状态。（3）空间紧凑,要求软管总成满足小弯曲半径工作性能，如图6 所示。图3 胶管龟裂老化Fig.3Rubber hose cracks and ages（3）软管总成接头扣压处渗油，如图4所示。图6 空间紧凑Fig.6Compact space（4）受车架空间结构所限，软管总成接头扣压处无过渡直线段，如图7 所示，软管自由长度不足，动臂举升及下降过程中,软管总成扣压处频繁过度折弯，受力集中,且胶管与车架存在干涉现象,如图8 所示。图4扣压处渗油Fig.4Oil seepage at pressure holding（4）胶管砂眼渗油,如图5所示。图7 无过渡直线段Fig.7 No transitional straight line segment图5胶管砂眼渗油Fig.5 Oil seepage from sand hole of rubber hose2原因分析从设计端、制造端分别进行分析，查找造成动臂软管失效的主要原因。首先从软管总成的生产制造环节112图8 软管总成干涉Fig.8Hose assembly interferenceHydraulics Pneumatics&Seals/No.4.2024（5）软管总成存在扭曲安装的现象,缩短软管的此增加软管的自由长度,加长软管扣压处的过渡直线使用寿命，如图9 所示。段。改进前、后的接头芯结构分别如图13、图14所示。图9 软管扭曲安装Fig.9Hose twist mounting（6）软管总成设计压力偏低，按照软管总成图纸技术要求,系统工作压力为18 2 1MPa,图纸选用二层钢丝编织小弯曲半径管,最大工作压力仅为2 1MPa,安全系数仅为1.16,偏低。通过切动臂软管总成外反馈旧件，发现大部分失效漏油的胶管内胶有破口，破口位置距离软管下料端面约50 mm处，如图10 所示。图11改进前钢管总成Fig.11SSteel tube assemblybefore improvementB图13 改进前接头芯Fig.13 Joint core before improvement图12 改进后钢管总成Fig.12Improved steeltube assembly图 10 内胶破损Fig.10Inner adhesive damage受车间空间结构所限，动臂软管总成在铲斗举升和下降过程中，接三通钢管端软管接头扣压处无过渡直线段，软管自由长度不足，软管扣压处频繁、过度拉伸与折弯,导致软管扣压处失效漏油。3解决办法根据查找出的造成动臂软管失效的主要原因，寻找解决问题的原则是将动臂工作时的铰接中心由软管总成接头扣压处转移至胶管管体上，采取的具体措施有：（1）通过将与动臂软管总成连接的三通钢管位置前移,以此带动软管接头前移pn,增大管路布局空间，将铲斗举升和下降过程中挠曲运动的铰接中心位置由软管接头扣压处转移至胶管管体上，减少接头扣压处的应力集中。改进前、后的三通钢管总成分别如图11、图12 所示。（2）对软管总成下级零部件进行尺寸优化，取消原接头芯的安装扳手夹位，减少接头芯的总长尺寸，以图14改进后接头芯Fig.14Improved connector core（3）软管原材料由两层钢丝编织小弯曲半径管更改为三层钢丝编织小弯曲半径管，胶管最大工作压力由2 1MPa提高到2 5MPa,软管的安全系数由1.16 提高到1.3 9,从而提高软管总成的可靠性。（4）规范主机厂装配工序的操作要求，避免软管总成扭曲安装缩短软管使用寿命。4性能试验验证耐压试验、爆破试验主要验证软管总成连接件在静态压力载荷下的性能 3 ，脉冲试验主要验证软管总成连接件在动态性能条件下的疲劳寿命 4。（1）对选用的三层钢丝编织小弯曲半径管与软管接头扣压总成进行了多次的软管性能试验，以验证胶管与软管接头的匹配性及扣压参数设置的合理性。（2）根据理论计算出软管总成扣压参数，每组扣压参数制作4根软管总成样件，标注出A,B两端并记113液压气动与密封/2 0 2 4年第4期录扣压后的外套的实际测量数据。（3）对不同扣压参数的软管总成样件进行耐压试验、爆破试验，并对扣压处进行剖切 5，查看及分析内胶及钢丝变形情况（4）根据试验结果和剖切分析再次修正扣压参数 ,并再次进行静压试验、爆破试验，试验结果均满足标准要求，如图15所示。122:94图15软管爆破试验Fig.15Bursting test of hose assembly（5）确定最终扣压参数，各制作4根软管总成样件,按照国家相关标准要求进行脉冲试验 7 ,在标准试验条件下，脉冲次数达6 0 万次以上，满足标准要求。实施改进措施后，通过对软管总成外反馈的数据进行统计分析，该型号的装载机动臂液压缸软管总成外反馈已明显下降,改进措施已在其他几种机型装载机上推广应用，如图16 所示。图16 其他机型推广Fig.16Extended to other models5结论软管总成在工程机械上得到了广泛应用，并成为不可或缺的液压辅助元件，一旦失效将会导致装载机整个液压管路系统出现泄漏现象。本研究以某机型动臂液压缸软管总成为例，通过外反馈三包旧件剖解分析，查找出软管总成故障点，从设计端、制造端等方面查找出故障原因，通过对三通钢管、软管接头、胶管原材料等方面确定并实施改善措施，通过软管耐压试验、引用本文：朱琼，郑小红，李光辉，等.装载机动臂液压缸软管总成失效模式分析 J.液压气动与密封,2 0 2 4,44（4）：111114.ZHU Qiong,ZHENG Xiaohong,LI Guanghui,et al.Failure Mode Analysis of Boom Cylinder Hose Assembly for Loader J.HydraulicsPneumatics&Seals,2024,44(4):111-114.114爆破试验及脉冲试验,来验证措施是否有效,降低了装载机动臂软管总成的外反馈率,提高了产品的可靠性及使用寿命，同时也为其他机型动臂管路的改进提供参考。参考文献1 张义春,刘佳林，张唯.液压软管总成接头结构类型及故障分析 J.液压气动与密封,2 0 18,3 8（3)：8 2-8 5.ZHANG Yichun,LIU Jialin,ZHANG Wei.Hydraulic HoseAssembly Joint Structural Type and Fault 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