[发明专利]一种基于等应变原则的钢丝缠绕液压胶管及其制造方法

说明书

一种基于等应变原则的钢丝缠绕液压胶管，包括内层管和外层管，内层管与外层管之间缠绕有至少两层钢丝骨架层，每层钢丝骨架层的内侧均包裹有中胶层，所述钢丝骨架层由钢丝缠绕而成，每层钢丝骨架层的钢丝直径不同，缠绕角度、缠绕半径和缠绕行程均不相同，钢丝之间的间隙包括径向间隙和轴向间隙，所述液压胶管轴向方向上位于同一层的钢丝之间的间隙为轴向间隙，径向方向上，钢丝与其相邻层的钢丝之间的间隙为径向间隙，轴向和径向方向上的钢丝间隙均由中胶层填充。本发明基于等应变原则克服了传统胶管结构中第一层钢丝应力大，第四层应力小，材料受力不均勺的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种基于等应变原则的钢丝缠绕液压胶管及制造方法。

背景技术

钢丝缠绕液压胶管（以下简称液压胶管）是液压系统中的关键零部件之一，在工程机械、石化、煤矿、交通运输及航天科技等工业领域都得到了广泛的应用。实践表明：液压胶管的耐疲劳性能是影响产品可靠性的最主要因素。

液压胶管结构是由钢丝按一定角度排列缠绕的骨架和橡胶相互粘接组成的，一般钢丝骨架层及橡胶层的层数可根据产品的规格不同分别有2层、4层和6层，液压胶管的性能指标有工作压力（单位MPa）、爆破压力（单位MPa）、最小弯曲半径（单位mm）和疲劳寿命（以疲劳破坏时脉冲次数为度量）等。目前，与国外发达国家同类产品相比，国内液压胶管现有的疲劳寿命指标普遍偏低，疲劳寿命一般是60-80万次，而国外同类产品的疲劳寿命却能达到120万次，由于液压胶管疲劳失效的形式一般有管体渗透和爆裂两种情况最为常见，因此，研究液压胶管疲劳失效的机理与表现形式，优化产品的结构参数，对于提高液压胶管的疲劳寿命有重要的意义。

液压胶管渗透失效形式的产生机理是：随着交变载荷次数的增加，不同钢丝之间的橡胶材料承受反复的拉伸与压缩后出现蠕变现象，进而导致了钢丝与橡胶材料之间的界面力下降，从而在钢丝与橡胶材料之间出现了细小裂纹损伤，裂纹扩大后在管体橡胶材料中贯穿成缝隙，进而导致管体出现介质渗透。液压胶管另一种爆裂失效形式的产生机理则是：随着疲劳次数的继续增加，钢丝与橡胶材料之间的裂纹进一步的扩大，钢丝层之间开始相互接触并发生直接磨损，从而导致钢丝接触部位直径变小，出现了承载能力下降的现象，最终因为钢丝断裂而产生爆裂现象。

管体钢丝爆裂的发生机理是：骨架层钢丝在压力载荷的作用下会发生拉伸变形，出现了钢丝直径变小的现象。由于相互接触的钢丝之间变形位移的方向和大小不协调，粘接钢丝之间的橡胶材料在轴向和径向分别呈现出剪切和压缩现象，导致钢丝之间的橡胶材料变薄。随着疲劳次数的继续增加，钢丝之间的橡胶层厚度进一步的缩小，钢丝层之间开始相互接触并发生直接磨损，从而导致钢丝接触部位直径进一步的变小，其承载能力逐渐呈现下降的趋势，最终因为钢丝断裂而产生突然爆裂的失效现象。

专利CN201110456645.2《一种耐脉冲性钢丝缠绕液压胶管》与本项发明专利技术类似，该项发明专利主要在骨架层钢丝的缠绕角度、缠绕直径和缠绕行程等12个结构参数进行了优化设计。与本发明专利相比，该项发明技术在提高产品耐脉冲性能的结构设计方面明显存在以下缺陷。①材料本构关系假设不符合实际情况。对产品进行有限元优化分析模型的材料本构关系处理基于宏观尺度上把钢丝、內胶层、中胶层和外胶层等不同材料进行复合材料的弹性特性的力学等效处理，按照一种均匀的连续介质力学理论研究了钢丝缠绕液压胶管材料的力学行为；②产品结构设计参数覆盖范围小。对产品结构参数的优化设计仅限于钢丝骨架层，钢丝缠绕角度得变化范围仍在传统经典平衡角54.73°附近，同时也没有考虑橡胶层（特别是中胶层）的结构参数；③产品设计原则单一。对产品结构参数的设计原则仅考虑了耐脉冲性能指标，没有考虑最小爆破压力和最小弯曲半径等其它性能指标。