商用車管路系統(tǒng)快速管接頭的開發(fā)應(yīng)用

喬坤，黎新，孫建軍

(1. 湖北歐博汽車部件有限公司，湖北十堰442002;2. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系，湖北十堰442002;3. 東風(fēng)汽車有限公司商用車技術(shù)中心，湖北武漢430056)

0 引言

汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車非常重要的組成部分，而制動(dòng)管接頭是連接氣制動(dòng)系統(tǒng)各回路的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響汽車管路的技術(shù)性能和整車的安全性能［1］。在過去的幾十年里，管路接頭的改進(jìn)與發(fā)展一直沒能引起國(guó)內(nèi)卡車廠商和用戶的足夠重視，國(guó)內(nèi)商用車管路系統(tǒng)普遍采用的都是卡套式管接頭，這種管接頭在汽車總裝配線上安裝時(shí)需要手工擰緊，裝配煩瑣，且密封性能差。隨著重型化、大噸位卡車安全技術(shù)要求的逐步提高，卡車制動(dòng)管路越來(lái)越復(fù)雜，特別是車架縱梁內(nèi)側(cè)、駕駛室前圍等空間狹小處，電氣線束、制動(dòng)管束等往往擠在一起，傳統(tǒng)卡套式管接頭在氣密性、裝配互換性等方面都難以滿足設(shè)計(jì)要求。在此情況下，一種能夠承受更大氣壓、密封性及裝配性更好的新型快速管件應(yīng)運(yùn)而生?？觳骞芙宇^改變了用扳手?jǐn)Q緊的傳統(tǒng)裝配方式，采用軟管與接頭直接插接，不但節(jié)省了人工成本和設(shè)備損耗成本，還提高了裝配效率、節(jié)省了裝配空間;同時(shí)也解決了卡套式管接頭與閥體等連接端局部存在偏長(zhǎng)的現(xiàn)象，大大改善了管線的質(zhì)量［2］。

目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的商用車管路系統(tǒng)都已采用性能優(yōu)良的快速管接頭取代卡套式管接頭，國(guó)內(nèi)商用車管路系統(tǒng)管接頭僅處于研發(fā)試用階段，因此開發(fā)和應(yīng)用具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能車用快速管接頭具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［3］。

1 汽車管路接頭的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)

1.1 卡套式管接頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能分析

目前國(guó)內(nèi)商用車氣壓管路系統(tǒng)普遍采用的都是卡套式管接頭，俗稱“三件套”，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。卡套式管接頭主要由接頭本體1、卡套螺母2、襯套3 和固定套4 組成，在裝配時(shí)需要將襯套、卡套與尼龍管預(yù)先裝配好，然后裝入卡套螺母，再將卡套螺母與接頭本體聯(lián)接。這種管接頭有如下缺點(diǎn):

(1)密封性差。該管接頭的密封，僅靠卡套與接頭本體之間的剛性錐面密封，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，螺紋會(huì)發(fā)生松動(dòng)造成密封不嚴(yán)而發(fā)生漏氣、漏油和漏水，即現(xiàn)有管接頭普遍存在的“三漏”問題，故需經(jīng)常緊固卡套螺母。

(2)裝配技術(shù)復(fù)雜，裝配效率低下。由于受裝配空間的限制，現(xiàn)有卡套管接頭存在著裝配效率低、更換困難、可靠性差、綜合成本高等一系列問題?？ㄌ资焦芙宇^裝配時(shí)，須將尼龍管裁剪一定長(zhǎng)度，使用專用工裝將襯芯固定并壓入后才能與管接頭進(jìn)行聯(lián)接。聯(lián)接時(shí)易受空間的限制，極大地增加了裝配難度及人工成本;此外使用時(shí)如發(fā)生損壞，須將管接頭與尼龍管同時(shí)更換，加大了更換難度，增加了更換成本;另外車輛行駛過程中的震動(dòng)，也易引起螺紋連接松動(dòng)而導(dǎo)致聯(lián)接失效，管接頭的可靠性難以保證。

(3)工藝性較差?？ㄌ资焦芙宇^三件套在整車裝配過程中，必須先將襯套、固定套用專用工裝壓入尼龍管內(nèi)，將卡套螺母通過尼龍管與固定套聯(lián)接，然后將卡套螺母與管接頭進(jìn)行螺紋聯(lián)接?？ㄌ资焦芗?shí)物裝配工藝過程如圖2 所示。

此外現(xiàn)有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規(guī)格產(chǎn)品在螺紋固定聯(lián)接時(shí)都無(wú)法旋轉(zhuǎn)，致使管路系統(tǒng)布線混亂，造成整車裝配空間的浪費(fèi)，甚至出現(xiàn)裝配干涉等問題，給生產(chǎn)裝配帶來(lái)極大的困難。

1.2 快速管接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能分析

1.2.1 快速管接頭結(jié)構(gòu)類型

目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)用于氣路系統(tǒng)的快速管接頭主要有三種結(jié)構(gòu)型式，如表1 所示［4］。

表1 快速管接頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)A 型結(jié)構(gòu):為快插不可拔型，其結(jié)構(gòu)通常分兩部分:一部分有支撐套插入管子中，露出端有一個(gè)或兩個(gè)O 型密封圈并在頭部設(shè)計(jì)有凹槽，另一部分帶有鎖環(huán)擰入閥體螺紋孔內(nèi)或連接板處。采用這種接頭的管子需要專用工具進(jìn)行預(yù)裝，完成后在整車裝配線上工人只需將接頭插入帶鎖環(huán)的另一半中即可完成管路組裝，大大縮短了裝配時(shí)間。這種接頭的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)裝配要求高，屬一次性裝配，維修不便且成本較高，主要是歐洲采用。

(2)B 型結(jié)構(gòu):為快插快拔型。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，不需要工具，用手即可裝、拆管子。這種接頭對(duì)尼龍管要求較低，首先將管子切割整齊，再用手直接將管子插到接頭底部即可完成密封和鎖緊;需要拆卸時(shí)，用手向接頭方向壓下釋放帽，管子就能很輕松地拔出來(lái)。全車管路可以在兩分鐘內(nèi)完成拆裝，非常方便，且管子能進(jìn)行反復(fù)裝拆而不影響密封性能。但制動(dòng)管路為保安項(xiàng)，快拔難以排除人為因素的影響，因而存在較大安全隱患，一般使用在非惡劣的工作環(huán)境、對(duì)安全性要求不高的管路中，不適用于商用車管路系統(tǒng)。

(3)C 型結(jié)構(gòu):為快插不快拔型。也是文中重點(diǎn)介紹的產(chǎn)品型式，其結(jié)構(gòu)是在B 型基礎(chǔ)上取消釋放帽，而用專用工具拆卸。該結(jié)構(gòu)是根據(jù)國(guó)內(nèi)商用車的特殊要求改進(jìn)開發(fā)的快插管接頭。管接頭為帶襯套內(nèi)插式結(jié)構(gòu)，閥體聯(lián)結(jié)端為直螺紋，尼龍管聯(lián)結(jié)端為公制;接頭材料為鋼或銅;工作溫度:－40 ～+120 ℃;適用氣壓:≤5.5 MPa。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

快插式管接頭，內(nèi)部的卡環(huán)將氣管牢固卡緊，機(jī)械振動(dòng)和壓力波動(dòng)被安全地吸收，不會(huì)損壞其表面。異型橡膠密封環(huán)，采用氣壓自密封原理保證了標(biāo)準(zhǔn)外徑氣管和快插接頭之間的穩(wěn)定密封，無(wú)泄漏，并且具有耐溫、耐油、耐介質(zhì)等特點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)多種螺紋/氣管直徑的組合，裝配靈活，可在360°范圍內(nèi)重新定位并可相互組合。

三種類型氣路管接頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)比如表1 所示。

1.2.2 C 型快速管件的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

與現(xiàn)有卡套式管接頭相比，快速管接頭有效解決了現(xiàn)有管件產(chǎn)品存在的密封性與安全性差以及裝配效率低等問題，工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析如下:

(1)產(chǎn)品密封性。為了解決現(xiàn)有管接頭普遍存在的三漏問題(漏氣、漏油、漏水)，文中所述快速管接頭采用氣壓自密封原理，異型密封圈和O 型密封圈雙重結(jié)合的彈性密封方式(圖3)，保證了標(biāo)準(zhǔn)外徑氣管和快插接頭間的穩(wěn)定密封，并且雙O 型密封圈同時(shí)作用進(jìn)行二次密封和防塵，有效解決了現(xiàn)有卡套式接頭存在的三漏問題。

(2)快速插拔及連接安全。商用車快速管接頭利用反錐面原理，實(shí)現(xiàn)快插時(shí)將尼龍管輕輕插進(jìn)接頭，在推力作用下，頂出環(huán)的上錐角使卡環(huán)張開一定角度，尼龍管即可快速插進(jìn)接頭，插入后在卡環(huán)的彈力作用下自動(dòng)將尼龍管縮緊。實(shí)現(xiàn)快拔時(shí)，用拆卸工具向前輕推頂出環(huán)，使卡環(huán)的內(nèi)錐面頂住頂出環(huán)的上錐面，卡環(huán)張開一定角度，此時(shí)即可將尼龍管輕松快速拔出。

在接頭連接安全性方面，文中所述快插管接頭采用卡環(huán)卡緊尼龍管的設(shè)計(jì)，使用時(shí)將尼龍管插入到接頭體內(nèi)部臺(tái)階處，在預(yù)緊力作用下，卡環(huán)的錐型齒自動(dòng)將尼龍管鎖緊，當(dāng)尼龍管在外力作用下向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，卡環(huán)與壓緊環(huán)一起作用產(chǎn)生收縮力，將尼龍管緊緊鎖死，從而達(dá)到快速固定尼龍管的目的。外力越大卡環(huán)的鎖緊力就越大，安全性能完全達(dá)到汽車使用標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)裝配效率及可旋轉(zhuǎn)性。現(xiàn)有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規(guī)格產(chǎn)品在螺紋固定時(shí)，無(wú)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)管路系統(tǒng)的布線混亂，浪費(fèi)整車裝配空間?？焖俟芙宇^利用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，在其螺紋聯(lián)接端采用雙O 型密封圈密封以及彈性擋圈聯(lián)接的方式(圖4)，在螺紋聯(lián)接頭本體和彎通接頭或三通接頭本體聯(lián)接處利用擋圈的固有彈性，裝配時(shí)首先將彈性擋圈裝入螺紋聯(lián)接頭本體的凹槽內(nèi)，然后利用接頭本體的錐面將彈性擋圈壓縮，在彈性擋圈進(jìn)入彎通或三通接頭本體的凹槽時(shí)，彈性擋圈依靠彈性自動(dòng)彈開，達(dá)到固定旋轉(zhuǎn)接頭體和接頭本體的目的，既實(shí)現(xiàn)了密封效果又滿足了旋轉(zhuǎn)性要求。

快速管接頭可以保證管子反復(fù)多次插入或拔出，能夠適應(yīng)不同環(huán)境下的不同工況，解決了卡套式接頭安裝空間受限的問題。在改善管線布置方面，采用旋轉(zhuǎn)式快速管接頭，不但有效解決了管線布置問題，還大大改善了接頭的安裝效率?？焖俟芙宇^裝配時(shí)只需將接頭與閥體聯(lián)接固定后，將尼龍管輕輕插入接頭內(nèi)即可完成裝配，其裝配過程如圖5 所示。

C 型快速管接頭裝配時(shí)，要求尼龍管口端面垂直、平整;尼龍管插入接頭時(shí)，要有明顯的插入到位手感;尼龍管規(guī)格要求滿足QC/T 80-93 汽車氣制動(dòng)系尼龍管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

汽車用與傳統(tǒng)卡套式管接頭相比，后者僅僅是單個(gè)零件，其加工方式相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品精度要求不高，制造相對(duì)容易;快速管件已經(jīng)脫離了簡(jiǎn)單零件的行列，確切說(shuō)是由多個(gè)零件組成的一個(gè)小部件，其功能也已經(jīng)由簡(jiǎn)單的連接作用延伸至保證氣密性、拉力、高低溫等多項(xiàng)性能指標(biāo)，組成這一產(chǎn)品的各個(gè)零件的制造精度及制造方式都發(fā)生了改變。

2 C 型快速管接頭的應(yīng)用

(1)在商用車底盤氣制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。目前，我國(guó)中重型商用車采用的都是氣制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)汽車安全性起著決定作用。氣制動(dòng)系統(tǒng)中連接各種控制閥的管路稱之為制動(dòng)管路，而在各種控制閥和管路之間起聯(lián)接作用的就是管路接頭，采用何種管路接頭，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)起著關(guān)鍵的不可忽視的作用，因此管路接頭的選用必須要考慮到以下要求:滿足制動(dòng)系統(tǒng)性能的要求;盡可能地降低制動(dòng)管路的成本;安全可靠;便于拆、裝。在氣制動(dòng)系統(tǒng)中采用快速管接頭(圖6)不僅滿足了以上要求，還克服了現(xiàn)有卡套式接頭存在的不足，使整車性能得以提高［5］。

(2)在發(fā)動(dòng)機(jī)低壓油路系統(tǒng)的應(yīng)用。低壓油路一般由油箱、輸油管、油水分離器、燃油濾清器、輸油泵等組成(圖7)，與高壓油路一起稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的供給系統(tǒng)。低壓油路的管路聯(lián)接系統(tǒng)在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)著重要作用，如果管路接頭密封性能不好極易造成負(fù)壓，使油路中形成氣泡而造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障，同時(shí)安全性和易拆卸性也是發(fā)動(dòng)機(jī)低壓油路接頭需要考核的重要指標(biāo)。

文中所述C 型快速管接頭為筆者自主開發(fā)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，通過了國(guó)家級(jí)臺(tái)架試驗(yàn)檢定和整車試裝試驗(yàn)，各方面的性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

快速管接頭與傳統(tǒng)卡套式接頭相比，由于其良好的密封性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不論是在底盤制動(dòng)系統(tǒng)，還是在發(fā)動(dòng)機(jī)低壓油路上的應(yīng)用，不僅提高產(chǎn)品性能，同時(shí)也改善現(xiàn)有汽車管路的裝配方式，提高了工作效率，降低了綜合成本。

3 市場(chǎng)前景及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

(1)市場(chǎng)前景。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的快速管接頭處于剛剛導(dǎo)入階段，其市場(chǎng)容量十分巨大，根據(jù)國(guó)家工信部最新公布數(shù)字，2011 年商用車全年產(chǎn)銷量分別為393.36 萬(wàn)輛和403.27 萬(wàn)輛，增長(zhǎng)率雖比2010 年有所下降，但整體汽車市場(chǎng)仍處在快速發(fā)展階段，不管是重型載貨車、掛車還是大型客車銷量的增加，都將帶動(dòng)汽車底盤銷量的上升，快插管接頭作為底盤制動(dòng)系統(tǒng)的零部件，其市場(chǎng)容量都將逐步增大。因此快插管接頭市場(chǎng)前景十分廣闊。

(2)經(jīng)濟(jì)效益。在全球眾多的汽車管件制造企業(yè)中，汽車快速管件的設(shè)計(jì)開發(fā)及推廣應(yīng)用已是必然趨勢(shì)。目前市場(chǎng)及技術(shù)條件已經(jīng)成熟，一旦付諸實(shí)施，必將給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。根據(jù)現(xiàn)有試裝車測(cè)算，對(duì)于整車廠已可實(shí)現(xiàn)的具體指標(biāo)如下:

整車管件裝配效率提高60%;

工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低70%;

整車管路系統(tǒng)重量降低30%;

整體管路系統(tǒng)制造成本降低20%。

同時(shí)對(duì)于汽車零部件制造商也是一個(gè)極大的機(jī)遇，快速管接頭一旦在商用車推廣應(yīng)用，其市場(chǎng)容量將是十分巨大的，以2011 年商用車產(chǎn)量計(jì)算，僅汽車管件全年總產(chǎn)值預(yù)計(jì)將達(dá)到60 億人民幣左右，因此快速管件在商用車上的快速應(yīng)用，不但會(huì)催生出一批專業(yè)化和規(guī)?；南冗M(jìn)汽車零部件制造企業(yè)，而且對(duì)整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展也將起到極大的推進(jìn)作用。

(3)社會(huì)效益。低碳經(jīng)濟(jì)已成為國(guó)家層面乃至全球經(jīng)濟(jì)共同追求的目標(biāo)。宏觀環(huán)境的變化也不可避免地輻射到微觀行業(yè)，特別是汽車零部件行業(yè)，這就要求汽車零部件企業(yè)應(yīng)該盡早進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高自身技術(shù)含量。要有意識(shí)發(fā)展高附加值產(chǎn)品、發(fā)展自主核心技術(shù)，生產(chǎn)高技術(shù)含量產(chǎn)品，由中國(guó)制造走向中國(guó)創(chuàng)造。文中涉及的汽車用快速管接頭，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不僅適應(yīng)了當(dāng)今市場(chǎng)的需求，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)在國(guó)內(nèi)汽車零部件同類行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，快速管接頭的開發(fā)以及在商用車上的推廣應(yīng)用將會(huì)引導(dǎo)汽車零部件制造企業(yè)努力朝著研發(fā)和生產(chǎn)具有高附加值產(chǎn)品的方向發(fā)展，促進(jìn)汽車零部件行業(yè)的整體進(jìn)步。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)汽車市場(chǎng)的高增長(zhǎng)必將帶動(dòng)汽車行業(yè)的全面發(fā)展和繁榮，汽車管路作為車輛中必不可少的系統(tǒng)，特別是在底盤制動(dòng)系統(tǒng)中更占據(jù)了十分重要的地位，其中管接頭的優(yōu)良是影響整個(gè)車輛安全的重要指標(biāo)，快速管接頭不但提高了產(chǎn)品氣密封性，解決現(xiàn)有卡套式管接頭普遍存在的“漏氣”、 “漏油”、“漏水”等三漏問題;在滿足汽車使用安全性指標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)了快速插拔;改變了汽車管件的裝配方式，提高工人工作效率，降低整車綜合成本。并同時(shí)解決了現(xiàn)有卡套式管接頭存在的裝配困難、安裝易受空間限制等問題;在彎通、三通以及四通管接頭上實(shí)現(xiàn)了可旋轉(zhuǎn)性。滿足管路系統(tǒng)整體氣密封性要求，解決了現(xiàn)有普通管路系統(tǒng)管線布置混亂以及安裝受限等問題;同等規(guī)格和數(shù)量的管接頭比現(xiàn)有卡套式管接頭重量減輕30%，降低了整車能耗，減少了廢氣排放，滿足國(guó)家節(jié)能環(huán)保要求，可達(dá)到商用車國(guó)Ⅸ排放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

通過以上分析，快速管接頭在商用車上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，不但給相關(guān)企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還將引導(dǎo)汽車零部件的基礎(chǔ)行業(yè)逐步走向自主創(chuàng)新之路。

【1】杜婷婷.快插接頭在氣制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，2006(4):59－61.

【2】于峻峰. 國(guó)外卡車氣制動(dòng)系統(tǒng)管接頭的發(fā)展［J］. 重型汽車，2005(2):18－19.

【3】丁一，周福庚.快插式制動(dòng)管路接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009(32):210－212.

【4】何永輝，段旭東. 一種新型的快插式接頭結(jié)構(gòu)［J］. 專用汽車，2008(12):56－57.

【5】楊慧鋼.制動(dòng)管路對(duì)整車制動(dòng)系統(tǒng)的影響［J］. 汽車科技，2009(6):68－71.