張曉太，宋亞平，劉順橋，徐 興

（南京利德東方橡塑科技有限公司，江蘇 南京 211500）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車已逐漸走進(jìn)千家萬戶，成為人們重要的出行工具。汽車的行車安全越來越被人們所重視，而行車安全與車輛的制動(dòng)性能密不可分。液壓制動(dòng)軟管作為車輛制動(dòng)系統(tǒng)中重要的零部件之一，其性能直接影響到車輛的制動(dòng)性能，從而決定了車輛的行車安全，其中液壓制動(dòng)軟管的疲勞耐久性能尤為重要。

汽車在行駛過程中，懸架的上下跳動(dòng)和轉(zhuǎn)向會(huì)使制動(dòng)軟管發(fā)生抖動(dòng)、拉伸和扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，導(dǎo)致制動(dòng)軟管發(fā)生屈撓疲勞失效[1]。我國(guó)現(xiàn)行的制動(dòng)軟管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16897—2022《制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)、性能要求及試驗(yàn)方法》中規(guī)定了屈撓疲勞試驗(yàn)的方法和要求。而現(xiàn)在越來越多的汽車主機(jī)廠在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，除了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的屈撓疲勞試驗(yàn)外，為了快速驗(yàn)證制動(dòng)軟管在生命周期內(nèi)的疲勞耐久性能，還要在臺(tái)架上進(jìn)行模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)車懸架的跳動(dòng)行程和車輪轉(zhuǎn)向角度，設(shè)定模擬臺(tái)架的跳動(dòng)行程和轉(zhuǎn)向角度[2]。

液壓制動(dòng)軟管由軟管和金屬接頭組成，軟管和金屬接頭之間通過鉚壓作用連接到一起。軟管由3層橡膠層和2層纖維編織層組成[3-5]，如圖1所示。影響液壓制動(dòng)軟管耐久性能的因素很多，比如金屬接頭鉚壓強(qiáng)度、最小彎曲半徑、環(huán)境溫度、編織層材料等[6]。

圖1 液壓制動(dòng)軟管結(jié)構(gòu)示意

本工作通過模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)和屈撓疲勞耐久試驗(yàn)，研究不同的編織層材料和中層膠厚度對(duì)液壓制動(dòng)軟管疲勞耐久性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樣件

Φ3.2 mm液壓制動(dòng)軟管及總成（見圖2），南京利德東方橡塑科技有限公司產(chǎn)品；金屬接頭，寧波市鄞州亞大汽車管件有限公司產(chǎn)品。

圖2 液壓制動(dòng)軟管總成

液壓制動(dòng)軟管結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，其中PET為聚酯，PVA為維綸。

表1 液壓制動(dòng)軟管的結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 主要設(shè)備和儀器

Φ40 mm小開口扣壓機(jī)，南京明偉機(jī)電科技有限公司產(chǎn)品；模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)臺(tái)和屈撓疲勞試驗(yàn)機(jī)，滁州奧特汽車裝備有限公司產(chǎn)品；Eagle M型影像測(cè)量機(jī)，七海測(cè)量技術(shù)（深圳）有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)

模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)按照某車型的懸架跳動(dòng)行程和轉(zhuǎn)向角度設(shè)定設(shè)備參數(shù)，將液壓制動(dòng)軟管A和D安裝在模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)直至軟管破裂，記錄振動(dòng)次數(shù)，每組3個(gè)平行樣。試驗(yàn)條件設(shè)定如下。

（a）環(huán)境溫度：（100±2） ℃。

（b）脈沖壓力：0～10 MPa。

（c）液壓循環(huán)周期如圖3所示。

圖3 液壓循環(huán)周期示意

（d）振動(dòng)和轉(zhuǎn)向周期：100 次·min-1

（e）振動(dòng)方式：上下跳動(dòng)、左右轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，液壓制動(dòng)軟管運(yùn)動(dòng)端從最左上方往右下方向運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)最右下方，然后開始往左上方向運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)最左上方，這個(gè)過程為1個(gè)循環(huán)，之后進(jìn)行循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)方式如圖4所示。

圖4 液壓制動(dòng)軟管振動(dòng)方式示意

1.3.2 屈撓疲勞耐久試驗(yàn)

屈撓疲勞耐久試驗(yàn)按照GB 16897—2022進(jìn)行，將液壓制動(dòng)軟管A，B，C安裝在屈撓疲勞試驗(yàn)機(jī)上，直到軟管破裂，記錄屈撓疲勞壽命。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)

液壓制動(dòng)軟管模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)失效模式如圖5所示。

圖5 液壓制動(dòng)軟管模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)失效模式

從圖5可以看出，液壓制動(dòng)軟管的失效模式為靠近運(yùn)動(dòng)端的接頭處外層膠破裂，從破裂口處可以看到編織線有損傷，呈斷裂狀態(tài)。

液壓制動(dòng)軟管A和D破裂時(shí)振動(dòng)次數(shù)見表2。

表2 模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)中液壓制動(dòng)軟管的振動(dòng)次數(shù)

從表2可以看出，在相同試驗(yàn)條件下，液壓制動(dòng)軟管A的振動(dòng)次數(shù)約為液壓制動(dòng)軟管D的3倍。這說明相比于采用PVA線，編織層材料采用PET線時(shí)，液壓制動(dòng)軟管的模擬實(shí)車疲勞耐久性能更優(yōu)異。

為了探究液壓制動(dòng)軟管在實(shí)車疲勞耐久試驗(yàn)中的失效機(jī)理，對(duì)耐久試驗(yàn)后的軟管進(jìn)行解剖分析，如圖6所示。

圖6 失效液壓制動(dòng)軟管解剖

從圖6可以看出，液壓制動(dòng)軟管由內(nèi)到外各層均有破裂口（紅色圓圈內(nèi)）。液壓制動(dòng)軟管主要由編織層來承受管路壓力，軟管在模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)過程中，每層編織層之間以及每層編織層內(nèi)的編織線之間產(chǎn)生摩擦，編織線由于摩擦作用受到磨損，強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)編織線強(qiáng)度無法承受管路內(nèi)的壓力時(shí)遭到破壞。進(jìn)而液壓制動(dòng)軟管受到脈沖壓力的加壓作用后，內(nèi)層膠因無法承受急速上升的壓力而破裂，隨后制動(dòng)液突破編織線夾層與外層膠，最終使液壓制動(dòng)軟管爆裂。

對(duì)爆裂的液壓制動(dòng)軟管的編織線進(jìn)行拆解，如圖7所示，可見編織線有整根斷裂現(xiàn)象，且破裂口部位編織線受損嚴(yán)重。

圖7 編織線拆解

分別將破裂口部位及其附近的編織線放在影像測(cè)量機(jī)下進(jìn)行觀察，編織線投影如圖8所示。從圖8可以看出，破裂口部位的編織線呈斷裂狀態(tài)，且編織線起毛嚴(yán)重，而未破裂部位的編織線也有起毛，但只是輕微的狀態(tài)。這說明液壓制動(dòng)軟管運(yùn)動(dòng)過程中，編織線之間相互摩擦而磨損起毛，當(dāng)編織線強(qiáng)度下降到無法承受管路壓力時(shí)，編織線斷裂從而導(dǎo)致液壓制動(dòng)軟管發(fā)生爆裂。

圖8 編織線投影

為探究PET液壓制動(dòng)軟管疲勞耐久性能優(yōu)于PVA液壓制動(dòng)軟管的原因，通過編織線磨損試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖9所示。將編織線安裝在試驗(yàn)設(shè)備上，通過上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使編織線在交叉部位相互摩擦，當(dāng)編織線斷裂時(shí)記錄磨損次數(shù)。

圖9 編織線磨損試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，PET和PVA編織線斷裂時(shí)的磨損次數(shù)分別為3.7×104和1.01×104。PET線的磨損次數(shù)為PVA線的3.66倍。由此可知，PET線的耐磨性能更加優(yōu)異，該結(jié)果與軟管模擬實(shí)車耐久試驗(yàn)結(jié)果一致，這也是編織層采用PET線的軟管具有更加優(yōu)異的疲勞耐久性能的原因。

2.2 屈撓疲勞耐久試驗(yàn)

將液壓制動(dòng)軟管A，B，C進(jìn)行屈撓疲勞耐久試驗(yàn)，直到軟管失效破裂，測(cè)得其屈撓疲勞壽命分別為473，415和251 h。由此可以看出：隨著中層膠厚度減小，液壓制動(dòng)軟管的屈撓疲勞壽命縮短；當(dāng)中層膠厚度由0.2 mm減至0.1 mm時(shí)，屈撓疲勞壽命縮短了12%；相比0.2 mm厚的中層膠液壓制動(dòng)軟管，不使用中層膠時(shí)屈撓疲勞壽命下降幅度達(dá)到47%。這表明中層膠厚度對(duì)制動(dòng)軟管的屈撓疲勞耐久性能有極大的影響。

綜上所述，液壓制動(dòng)軟管在疲勞耐久試驗(yàn)中失效的主要原因是由于編織線相互摩擦受損，最終編織線強(qiáng)度無法承受管路內(nèi)壓力。中層膠填充在編織層之間的空隙中，起到了很好的緩沖作用，減少了編織線之間的摩擦，從而提高了液壓制動(dòng)軟管的屈撓疲勞耐久性能。

3 結(jié)論

（1）液壓制動(dòng)軟管在疲勞耐久試驗(yàn)中失效的主要原因是編織線相互摩擦受損，強(qiáng)度無法承受管路內(nèi)壓力。

（2）在相同的使用工況下，與編織層采用PVA線相比，編織層采用PET線時(shí)液壓制動(dòng)軟管的疲勞耐久性能更加優(yōu)異。因此在液壓制動(dòng)軟管的使用工況較為苛刻時(shí)，如彎曲半徑小、扭轉(zhuǎn)角度大的情況下，為了保證軟管的疲勞耐久性能，滿足行車安全，建議采用編織層材料為PET線的液壓制動(dòng)軟管。

（3）液壓制動(dòng)軟管在兩層編織層之間設(shè)計(jì)一定厚度的中層膠，可以提高軟管的屈撓疲勞耐久性能。