液压软管组件设计：工程师完整指南

作者：特约编辑 Josh Cosford

与它们的接头和适配器兄弟一样，液压软管组件通常是液压设计师事后才想到的。我宁愿致力于打造独特的液压回路，但我们不应该忘记整体方法对机器设计的重要性。您的流体动力技术人员是确保软管精心制作和安装的重要组成部分，但您的深谋远虑对于节省成本、简化安装和提高可靠性大有帮助。

假设您是液压设计师，而不是负责机器本身的工程师，那么在规划软管组件时需要考虑很多因素。一般来说，在选择和规划机器的软管组件时必须考虑三件事：软管结构、软管端部选择和布线选项。

首先要做的事情：软管构造

选择正确的软管结构样式对于为客户提供有效且安全的液压机械起着最重要的作用。压力兼容性是选择软管时必须考虑的主要因素，您的出发点应该是下面的 SAE J517 液压软管标准图表。

液压软管结构标准 SAE J517

您应该根据机器所经历的最大工作压力范围来选择液压软管。该范围考虑了最大直径（最低压力）和最小直径（最高压力），这是液压系统的核心。就其本质而言，小软管比大直径软管更容易处理高压，因此请咨询您的软管供应商，了解您的机器流量所需的直径压力等级。

所有液压软管的额定工作压力是耐受压力的一半，是爆破压力的一半。如果您的系统容易出现压力峰值，您可能需要选择额定压力略高于标称工作压力的软管。耐压描述了液压软管遭受永久性损坏的点，因此最好避免亲吻压力表上的分界线。

在许多情况下，如果您的机器具有多种软管尺寸且运行压力至少为 3,000 psi，您可能希望避免采用古老的 100R1 和 100R2 标准。许多机器制造商正在对一种等压软管名称进行标准化，例如 100R17，其中每根 3/16 至 1 英寸的软管的额定压力为 3,000 psi。它们的日益普及降低了生产成本，因为许多软管制造商已经扩大了这种设计的规模。

使用正确内径的软管非常重要，因为改变软管内径。可以改变系统压力。如果更换的软管对于流量而言太小，则说明您引入了新的限制。系统压力将会升高。
图片由午餐盒会议提供

如果您需要大口径软管且压力高于 3,000 psi，则必须探索 100R12、100R13 和 100R15 等选项，它们采用四层或六层螺旋缠绕增强钢丝。有些人建议您选择额定压力比工作压力高 25-50% 的软管，但实际上，严格的软管指南已经考虑到了压力峰值，制造商也相应地进行了生产。

流程注意事项

选择软管结构类型后，您需要最适合流量的直径。请记住考虑独特的情况，例如差动气缸和缩回期间从盖端口产生的添加剂流。在面积比较高的情况下，您可能会观察到流速增加一倍以上，因此请确保软管尺寸适当。

液压软管的流量没有绝对的描述，因为四种情况决定了最大流体速度，这通常是我们的限制因素，而不是更难以计算的因素，例如压降。从低端开始，防止通过吸入管线的速度过快，真空可能导致自发的气泡形成，我们称之为空化。根据经验，切勿让吸入管线超过 3-4 英尺/秒；越低越好，因此如果空间允许，瞄准 1 英尺/秒并没有什么坏处。

左边是该软管允许的最小弯曲半径。在右侧，软管弯曲（以红色显示）远小于制造商允许的最小弯曲半径（以绿色显示）。
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另外，确保壳体泄油口和先导管路的速度限制在 1 英尺/秒或更慢。在任何情况下，您都不想冒损坏泵内部或控制装置的风险。大多数情况下，您可以对压力和回流管线的速度更加自由。压力管线（例如泵压力和工作管线）的速度范围为 20 至 30 英尺/秒，具体取决于压力。较高压力的系统更适合较高的速度，因为相对于最大压力，由于压降而损失的流体较少。例如，在 4,000 psi 系统中以 30 英尺/秒的速度运行比在 1,000 psi 系统中以 30 英尺/秒的速度运行问题要少。

请注意，回流管的尺寸也应限制速度，尽管不如吸入管那么多。在这种情况下，合理的运行速度约为 6-10 英尺/秒，主要目标是限制阀门和壳体排水管的油箱管路中的背压，同时防止回流过滤器外壳压力过大。尽管流体速度理想，但仍应考虑管线尺寸。小管线自然更容易出现压降，因此请务必避免使用非常小的吸力、压力和回流管线，即使它们符合理想的速度范围。

小软管内径会受到不成比例地流经边界层的流体产生的较高摩擦力。相反，较大的软管允许水流穿过中心并远离内管壁。此外，回流管和压力管更有可能经历湍流和能量耗散，从而导致压力下降。如有疑问，不要在直径上省钱，以免因软管组件尺寸过小而引发麻烦。实际上，在为液压机制作一套软管组件时，常见的是 2 英寸吸入软管、3/4 英寸压力软管、1 英寸回流软管和 1/2 英寸壳体排水软管。

不要忽视软管末端

我们现在已经确定了最适合我们机器液压的结构类型，并改进了我们的内径以适应系统流量；我们现在必须选择软管端部。 2025 年，您是一名液压设计师，所以让我们少说废话吧；我们只会选择使用合成橡胶密封件的无泄漏连接。抱歉，NPT 和 JIC——你们很棒，我珍惜我们所有的回忆，但那是你们而不是我。 O 形圈面、O 形圈凸台和法兰在这种关系中提供了更多功能。

ORFS 已迅速成为首选连接，提供 JIC 样式的所有优点和无泄漏连接。它有多种尺寸可供选择，具有 45° 和 90° 软管端部弯曲，母端配有旋转装置，方便安装。易于更换的 O 形圈位于外螺纹端的表面，使发生泄漏时的维修工作变得快速。

法兰接头，例如常见的 SAE 代码 61 和代码 62 样式，通常用于高压和/或高流量连接。分体式法兰连接允许技术人员适当对齐软管端部，以避免粘合或扭曲，并且与 ORFS 接头一样，O 形圈位于公端（没有“母”法兰，因为公端连接到端口所在的平坦连接表面）。

通常，O 形圈凸台型接头用作软管端部的中间连接。与 BSPP 或公制类似，它们使用位于端口螺纹顶部的聚合物密封件，通过端口螺纹 (ORB) 内的空腔或通过粘合垫圈（BSPP 和公制）进行密封。然而，ORB 很少用作软管端部，因为外螺纹接头需要昂贵的活接头。它们有直向或 90° 方向可供选择，但许多设计师更喜欢内螺纹软管连接。

为了减轻仇恨邮件，我应该提到一些机器很乐意使用 JIC 和 NPT 配件，这完全没问题。然而，这个设计师的指南偏向于卓越的技术，如果我不推动除了带有可更换密封件的软管端部之外的任何东西，那就太失职了。 ORFS 和法兰接头更好，因此与时俱进并使用它们。因此，尽管 JIC 很容易与管道扩口系统一起使用，但许多制造商为 ORFS 提供两件式管道连接，并且法兰配件也可以焊接到管道上。此外，本文实际上是关于软管组件，而不是管道管道。

由于软管在高压浪涌下可能会发生长度变化，因此提供足够的松弛度以进行膨胀非常重要。
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布局和路由

液压设计人员最后要考虑的是机器本身上软管组件的物理布局。软管应该比简单地将 A 点连接到 B 点更好。它们的方向、布局和装配必须防止摩擦磨损、过度的接头压力和扭转/扭矩力。图中显示了安装液压软管组件以防止压接接头弯曲的各种错误和正确方法。软管的重量不应导致钢软管端部挤压软管盖的位置发生弯曲。如果软管的重量导致下垂，请使用 90° 软管端部支撑弯曲处，让软管自然悬挂。

软管长度应足以防止连接和紧固过程中产生应力，但又不能太长，以免与任何软管或其他表面摩擦或振动。需要使用多种技术中的一种将长软管夹紧在机器上。制造商提供块、鞍座、夹具和各种技术，焊接或螺栓连接到机器上，以整齐地夹紧软管。

应使用夹子正确支撑软管。这可以防止它们在加压时乱动，并且不会对配件造成不必要的压力。图片由午餐盒会议提供

在此类系统上安装软管长度时，请务必避免连接处的夹子或软管过度拧紧。为了管理压力和温度的循环，每个连接点之间应该有轻微的松弛，同时防止过度夹紧，从而损坏覆盖层或加固层。如果无法防止软管与硬表面或其他软管发生摩擦，请为每根软管安装旨在减少磨损和摩擦的保护套。它们还可以防止周围或环境的损害，例如工业沉降物或紫外线，并且当软管布设在通道或横梁内时也应该使用。

当液压设计师将自己的角色视为全面时，机器设计的每一层（从原始原理图到成品）都应该进行智能规划和组织，以实现最高效、经济和有效的设计。软管组件看似简单，但当软管破裂或损坏困扰您的液压系统时，机器的其余部分就无关紧要了。

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