航空卡箍選用裝配研究

鄭 敏王宗武張 艷張廣來何俊偉

（1.沈陽飛機設(shè)計研究所，遼寧 沈陽 110035；2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

航空卡箍選用裝配研究

鄭 敏1王宗武2張 艷1張廣來1何俊偉1

（1.沈陽飛機設(shè)計研究所，遼寧 沈陽 110035；2.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

介紹了常見航空卡箍的分類及使用情況，著重分析了固定類卡箍的選用原則，闡述了常見固定類卡箍的裝配問題，明確了改進措施。

卡箍；分類；選用；材料；裝配

卡箍是飛機上應(yīng)用廣泛的一種元件，通常用于飛機、發(fā)動機上各種管路的連接、固定與支撐；電線、電纜的捆扎、固定與安裝；儀表、儀器、成品、附件等的安裝與固定。在選用卡箍時應(yīng)著重考慮下列因素：根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上功能要求的不同，選用不同類別、不同結(jié)構(gòu)型式的卡箍，所選用的卡箍應(yīng)能完全滿足設(shè)計上的功能要求。應(yīng)根據(jù)使用部位的受力情況、環(huán)境溫度、工作介質(zhì)、工作壓力等特性選用卡箍的材料和結(jié)構(gòu)形式。所選用的卡箍的外形尺寸和結(jié)構(gòu)形式要與卡箍的使用空間相適應(yīng)，使用部位要有足夠的空間以保證卡箍能順利裝卸。在保證功能要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、材料價格低廉及現(xiàn)行生產(chǎn)中已經(jīng)使用過的品種規(guī)格。

由于卡箍的襯墊材料、結(jié)構(gòu)形式選用不合理及裝配方式不當(dāng)?shù)?，?dǎo)致外場軍機用卡箍橡膠墊片老化嚴重、龜裂，減震性能差，拆卸、使用和維護不方便的問題時有發(fā)生。因此，將現(xiàn)有卡箍進行恰當(dāng)?shù)胤诸悾诖嘶A(chǔ)上，根據(jù)使用部位的具體工況，結(jié)合卡箍的結(jié)構(gòu)形式、材料、使用性能等，正確、合理地選用和裝配卡箍可在一定程度上提高其安裝性、維護性和可靠性，同時也提高了密封性、減振性和耐老化性，這樣不僅能滿足飛機外場使用及新型號研制的急需，還將使我國飛機導(dǎo)管及電纜的固定與安裝向前邁進一大步。

1 卡箍分類

目前，國內(nèi)卡箍主要包括安裝卡箍，連接卡箍，電線、電纜捆扎與固定卡箍，其它用途卡箍4大類。

安裝卡箍主要用于導(dǎo)管、電線、電纜、儀器、儀表的安裝與固定。

連接卡箍主要用于導(dǎo)管與導(dǎo)管、導(dǎo)管與其它零件的連接。連接卡箍又可分為柔性連接卡箍和剛性連接卡箍2大類。

柔性連接卡箍主要用于中、低溫導(dǎo)管與導(dǎo)管或?qū)Ч芘c其它密封件的密封連接［1］。2個被連接件允許有一定的同軸度和軸向位置誤差。

剛性連接卡箍主要用于高、中低溫導(dǎo)管與導(dǎo)管、導(dǎo)管與其它附件的密封或不密封連接。這種連接對2個被連接件的位置公差要求較嚴。

電線、電纜捆扎與固定卡箍可分為電線、電纜固定卡箍和捆扎卡箍2大類。

電線、電纜固定卡箍主要用于電線、電纜在飛機上的固定安裝。

捆扎卡箍主要用于電線、電纜的捆扎。

其它用途卡箍主要用于油箱、氣瓶等成品、附件的安裝與固定。

卡箍箍帶材料主要包含鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、不銹鋼、塑料5種。其中鋁合金箍帶如LY11、LY12、LY16用于受力不大、溫度不高的安裝卡箍。結(jié)構(gòu)鋼箍帶如10號鋼、20號鋼、38CrA等用于受力較大的支撐卡箍。彈簧鋼箍帶如T8A用于彈性卡箍。不銹鋼箍帶如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr13Ni4Mn9等用于受力較大、工作溫度較高的安裝卡箍或連接卡箍。塑料箍帶如尼龍1010、阻燃尼龍1010、軟聚氯乙稀塑料等用于電線、電纜的捆扎與固定卡箍。

2 卡箍選用

2.1 卡箍結(jié)構(gòu)形式的選擇

卡箍的選擇首先應(yīng)考慮環(huán)境、材料和流體兼容性以及應(yīng)用的部位［2］。各類卡箍均有特定的使用條件和膠墊材料種類，從而同航空設(shè)備中不同的流體性能相兼容。種類的選擇多從安裝物體的外形尺寸，以及該位置的受力情況等角度考慮。另外，安裝區(qū)域也會影響到卡箍種類的選擇。例如，對于低振區(qū)小規(guī)格電纜或線束的固定，可選用環(huán)型（P）膠墊和楔子（楔子不和導(dǎo)管外徑貼合）環(huán)形卡箍［3］。相反，如果同樣的安裝條件但是位于強氣流區(qū)，如起落架或高振區(qū)，應(yīng)選用環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍［4］。在管道振動或管內(nèi)液體脈沖大時，管道容易產(chǎn)生位移時，選擇馬鞍形卡箍［5］。常見固定類卡箍的名稱、結(jié)構(gòu)形式、使用性能的分類見表1。

表1如果安裝涉及到液壓管路，應(yīng)選用環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍、馬鞍形卡箍或支撐塊。馬鞍形卡箍可防止有波動條件下導(dǎo)管發(fā)生轉(zhuǎn)動，而單點固定的環(huán)形卡箍不能。如果此時還要考慮高振環(huán)境，支撐塊（塊狀卡箍）是最好的選擇，例如在直升機設(shè)備上。

通過卡箍規(guī)范使用范圍以及不同連接介質(zhì)和環(huán)境適用性要求的對比，可以基本確定卡箍合理的選用?？墒牵行┥婕皬?fù)雜環(huán)境的情況需要追加試驗以幫助選擇。

應(yīng)用位置、安裝區(qū)域、流體污染、溫度、振動以及其他條件都會影響對卡箍及膠墊的選擇。環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍和馬鞍型卡箍尤為適用于導(dǎo)管的安裝固定。導(dǎo)管支撐塊也用于導(dǎo)管的安裝固定，特別是強振動區(qū)域，其墊塊部分和環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍材料性能一致。

環(huán)形卡箍適用范圍是適用于線束和非液壓環(huán)境的環(huán)形卡箍。用于固定液壓系統(tǒng)的高性能環(huán)形卡箍見環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍和馬鞍型卡箍。環(huán)型（P）膠墊和楔子（楔子不和導(dǎo)管外徑貼合）環(huán)形卡箍用于電氣應(yīng)用，但是，如果需用重型卡箍，應(yīng)選用環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍。

環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍用于液壓系統(tǒng)的安裝，該類卡箍采用17-7箍帶和帶有全包楔角的3種膠墊，從而達到最大的保持力，該類卡箍適用于液壓系統(tǒng)的安裝。包括3個橡膠膠墊和一個織物增強墊。同時，其結(jié)構(gòu)有一個全包楔子，可保證保持力最大。

馬鞍形卡箍，通常用于較大規(guī)格的軟管及硬管固定，特別用于需2孔固定的位置，用以防止導(dǎo)管載荷及波動下發(fā)生轉(zhuǎn)動。使用特氟龍膠墊，滑動配合使得導(dǎo)管可以移動，該類卡箍也適用于液壓系統(tǒng)的安裝，但為2點安裝。

表1 常見固定類卡箍名稱、結(jié)構(gòu)形式及使用性能的分類

導(dǎo)管支撐塊是必不可少的安裝固定介質(zhì)，主要用于高振動環(huán)境，例如直升機環(huán)境。由于該類產(chǎn)品較復(fù)雜，受安裝環(huán)境和導(dǎo)管限制較大，除膠墊選用外，均不適宜形成標準。其墊塊材料與環(huán)型（P）膠墊和全包楔子卡箍選用同種膠墊。支撐件為鋁合金或不銹鋼，其他材料由環(huán)境條件決定。

W形襯墊卡箍屬于單點固定卡箍［6］，可減輕振動，便于固定，專門用于管道或電纜的減振，同時又允許由于結(jié)構(gòu)彎折所必需的可控制的移動；W形狀和密封唇邊防止外來物進入，從而避免損傷管線路；適于公差范圍較大的管道和電纜。

雙峰形襯墊卡箍屬于單點固定的卡箍，使用方便，具有良好的減振性能，適用于導(dǎo)線束、同軸電纜和波導(dǎo)管的緊固。當(dāng)用于導(dǎo)線束緊固時，此襯墊允許增加或減少線束，而無需替換其他尺寸的卡箍。對于同軸電纜，它產(chǎn)生很小的壓力，并允許電纜直徑有變化，這對防止系統(tǒng)故障是重要的。對波導(dǎo)管而言，采用夾緊帶形卡箍是不可能的，而雙峰形襯墊卡箍可適于波導(dǎo)管的方角。

凸尖形襯墊卡箍也是單點固定卡箍，它具有減輕振動，緊固性好的特點。它有專門用于緊固線束的襯墊，交錯的凸尖塊把導(dǎo)線隔開，起著固定和阻尼振動的作用，同時又可以避免損傷導(dǎo)線。它允許在不改變卡箍尺寸的情況下，適應(yīng)由于增加或減少導(dǎo)線數(shù)量而引起的線束直徑的改變。

盒形襯墊卡箍采用盒形全包式結(jié)構(gòu)，可密封、減振，避免脫落。這是一種將金屬支架全包起來的襯墊，適于高振動的場合，也可帶有楔形塊。墊片材料為丁腈橡膠或硅橡膠高強度硅合成橡膠/纖維組合，具有特別寬的溫度范圍和不可復(fù)原的特性。

2.2 卡箍材料的選擇

對于箍帶和膠墊材料，或是支撐塊材料的選擇，應(yīng)重點從溫度等級、阻燃性、耐油性，以及是否可用于鈦合金等幾個方面來考慮。對于帶墊卡箍和支撐塊，膠墊材料的選擇是關(guān)鍵因素。

針對不同的耐流體環(huán)境，確定各位置是否使用了正確的膠墊材料。常見膠墊材料性能如下：

●氯丁橡膠適用于較低的環(huán)境等級且不揮發(fā)的油質(zhì)和苯胺油，用于石油基各種油污染的部位，耐臭氧性好，不耐磷酸酯類合成油，不能用于鈦合金和某些乙烯基導(dǎo)線的絕緣材料。

●丁腈橡膠適用于較低的環(huán)境等級的最大劑量烴流體。主要用于芳基類燃料油污染的燃油系統(tǒng)、石油基的各種液壓油類污染的液壓系統(tǒng)。耐臭氧性和阻燃，不耐磷酸酯為基的油，不能用于鈦材料的管線。廣泛用于軍用、民用航空器中。

●乙丙橡膠，用于有磷酸酯液壓油及其它合成油污染的場合；有良好的阻燃性和抗撕裂性，但不耐石油基的各種油類。其耐臭氧性能十分優(yōu)異，無需進行試驗。同時，其可用于對耐油性能無要求，但耐臭氧性能苛刻的場合（如電氣設(shè)備）。

●氟硅橡膠用于較高的使用溫度耐烴類的地方。其僅用于輕型卡箍，由于機械性能較低，不適于較苛刻的液壓系統(tǒng)。適用于更高的使用溫度，耐臭氧及被石油基污染的地方；不耐磷酸酯類合成油。

●硅橡膠，用于較高溫度或有磷酸酯類油和其它合成油污染的地方，耐臭氧，不耐石油基的各種油類。

●織物增強硅橡膠，使用溫度可達260℃，添加芳綸織物，增大了徑向和軸向的強度，高強度硅纖維/橡膠組合，具有好的抗流體性和耐高溫特性；用于高溫度等級，防烴類飛濺和發(fā)動機油污染。添加的織物提供必要的強度以承受嚴酷液壓條件的高壓線路和發(fā)電機位置。

●聚四氟乙烯是一種具有優(yōu)異耐流體性能的塑料，使用溫度可達260℃，聚四氟乙烯帶材，主要用在高溫和化學(xué)環(huán)境下，具有良好的熱穩(wěn)定性，又具有抗老化、風(fēng)化和電絕緣特性。其表面狀態(tài)和硬度使其比橡膠類材料有較好的移動條件。另一方面，堅硬的表面使得其襯墊厚度較薄，不同于膠墊材料能起到減振效果，該材料能放大振動輸入。其廣泛應(yīng)用于液氧系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)撓曲或熱增長等需要線性移動的地方。

3 卡箍裝配

根據(jù)管線所在環(huán)境溫度及是否有油及油飛濺等情況，選擇合適的帶墊卡箍。

帶墊卡箍裝到管線上，松緊度應(yīng)適中。如果帶墊卡箍過松或過緊都會影響其使用壽命，還可能使被夾物損壞。

卡箍尺寸規(guī)格根據(jù)所需要緊箍的管道公稱外徑來選擇，一般情況下，卡箍的內(nèi)徑尺寸與管道公稱外徑尺寸一致，尺寸正確的卡箍安裝后，與管道外徑吻合性好，如圖1所示。

圖1 正確卡箍尺寸

卡箍安裝后，卡箍對管道的緊箍不能太松，否則在管道和卡箍之間容易進入異物；也不能太緊，否則卡箍容易變形，選擇尺寸不正確的卡箍安裝在管道上的示意圖如圖2所示。

圖2 不正確尺寸的卡箍安裝

帶墊卡箍應(yīng)與管道成90°直角進行安裝，避免帶墊卡箍與管道間存在的內(nèi)應(yīng)力引起帶墊卡箍變形，還應(yīng)避免卡箍與管道中心線不對中，造成金屬與金屬相接觸，引起嚴重的磨損。

管道拐彎處是振動和壓力集中區(qū)域，特別是液壓系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)中的管道彎曲后，不再是標準圓形，帶墊卡箍不能裝在此處。確定卡箍安裝位置前，檢查管道是否為標準圓形，不能將卡箍安裝在彎曲和非標準圓形的部位?？ü康陌惭b應(yīng)離彎曲處盡可能近，安裝腳的位置盡可能在彎曲內(nèi)側(cè)。

帶墊卡箍的安裝腳和螺栓應(yīng)與管道的重力方向相反；如果管道有振動或彎曲，可交替安裝腳的方向，以得到最大的支承。如果管道的振動或彎腳在一個方向，則安裝腳與力的方向相反。

當(dāng)管道需要安裝在垂直面上時，卡箍安裝腳和螺栓應(yīng)與管道的重力方向相反，即卡箍的安裝腳安裝在管道的上方，如圖3所示，而不能將卡箍的安裝腳安裝在管道的下方，否則管道重力容易導(dǎo)致卡箍變形，圖4為不正確的安裝方式。

圖3 正確的安裝方式

圖4 不正確的安裝方式

在多管道安裝時，要求有一定的結(jié)構(gòu)分離，可使用支座或托架，再在上面安裝帶墊卡箍。如圖5。為了降低成本，可用一個螺栓固定2個或多個帶墊卡箍。

圖5 使用托架的多管道卡箍安裝

電纜和電線的彎曲半徑應(yīng)為其直徑的10倍，在彎曲的起始和末端用卡箍固定，控制被夾物變形，如圖6。

圖6 用卡箍固定電纜和電線的彎曲半徑

一般情況，對于電纜和電線，帶墊卡箍的間距不超過610mm。此外，根據(jù)重力，固定區(qū)域環(huán)境等因素，對間距可以作適當(dāng)調(diào)整。

一般建議，對不需要移動或轉(zhuǎn)動的管道，選擇保持力達到29.5N以上的卡箍；對需要移動或轉(zhuǎn)動的管道，選擇保持力5N以下的卡箍。在管道直通接頭和三通等接頭處，間距應(yīng)減少約20%。在直徑不等的相互連接處，可采取平均的間距。

如果管道內(nèi)有液體脈沖或管道彎曲，管道會產(chǎn)生垂直于管道中心線的單方向位移時，將卡箍的安裝腳安裝在與受力或位移方向相對的一面。

如果管道內(nèi)有液體脈沖或管道彎曲，管道會產(chǎn)生垂直于管道中心線的雙方向位移時，則需要交替安裝卡箍的方向，即將卡箍安裝腳以交替的方式安裝在管道的上方和下方，以得到最大的支承，如圖7。當(dāng)位移或變形比較嚴重時，建議采用馬鞍形卡箍，如圖8。

V229+.5

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1003–6660（2015）02–0023–05

10.13237/j.cnki.asq.2015.02.006

[收修訂稿日期] 2014-12-09