重型汽車排氣制動(dòng)閥失效分析及改進(jìn)

摘 要：文章通過(guò)對(duì)重型汽車制動(dòng)閥失效件的解剖分析，通過(guò)理化檢測(cè)等手段，從使用性能及結(jié)構(gòu)分析入手，對(duì)失效模式及失效原因進(jìn)行了細(xì)致的分析，并提出改進(jìn)方案得以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：重型汽車；排氣制動(dòng)閥；閥體卡滯；氣缸漏氣

1 概述

排氣制動(dòng)，即通過(guò)控制汽車尾氣的排放來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車輔助制動(dòng)。對(duì)于經(jīng)常行駛于山區(qū)及濕滑路面的車輛，排氣制動(dòng)對(duì)防止側(cè)滑、延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，節(jié)省燃料，以及保護(hù)行車制動(dòng)器處于低溫狀態(tài)而延長(zhǎng)其使用壽命具有重要的意義[1]。國(guó)產(chǎn)重型卡車采用蝶形排氣制動(dòng)閥結(jié)構(gòu)，其安裝位置及組成結(jié)構(gòu)分別見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖1 安裝位置

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)重卡蝶形排氣制動(dòng)閥失效頻次極高，售后索賠額較高。通過(guò)對(duì)失效件的分析，發(fā)現(xiàn)主要失效方式有兩種：一、制動(dòng)閥卡滯或卡死，二、氣缸卡塞、漏氣。

2 失效模式檢查及分析

2.1 制動(dòng)閥卡滯或卡死失效

2.1.1 解剖分析

外觀檢查制動(dòng)閥卡死的零件，連接板、氣缸等外觀完好無(wú)損傷，蝶閥片及其工作腔體內(nèi)壁附著嚴(yán)重的銹蝕產(chǎn)物及少量黑色積炭。拆卸檢查，氣缸外觀良好，活塞桿拉出、復(fù)位無(wú)卡滯，氣缸、推桿連接處轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，連接板外觀完好，各連接處無(wú)脫開(kāi)、松動(dòng)等。蝶閥片在工作腔體內(nèi)處于打開(kāi)的最大位置，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步解剖檢查（見(jiàn)圖3），安裝在固定端的壓縮彈簧銹蝕，連接板側(cè)腔體軸孔內(nèi)軸套內(nèi)壁及外端面銹蝕嚴(yán)重。將軸打出，卡死端軸和一軸套配合（見(jiàn)圖4），肉眼可見(jiàn)表面及軸套內(nèi)壁有嚴(yán)重的高溫銹蝕。軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥片開(kāi)啟關(guān)閉，軸和軸套高溫銹蝕卡死，導(dǎo)致閥片不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1.2 理化檢查結(jié)果

對(duì)轉(zhuǎn)軸、軸套、閥片腔體、閥片等零件進(jìn)行理化檢查，轉(zhuǎn)軸材料為40Cr，調(diào)質(zhì)熱處理，基體硬度平均為311HV，軸套材料為鐵基粉末冶金材料，燒結(jié)制品，孔隙率較大。閥片為灰鑄鐵材料，金相組織良好，基體硬度平均為266HBW5/750，閥片腔體也是灰鑄鐵，金相組織良好，基體硬度平均為158HBW5/750。

2.1.3 分析結(jié)果

蝶閥片、閥片腔體、轉(zhuǎn)軸等零件質(zhì)量基本正常，軸套孔隙率則較大。排氣制動(dòng)閥工作在發(fā)動(dòng)機(jī)排放的高溫、高水蒸氣含量、高氧化性氣氛含量等復(fù)雜環(huán)境中，碳鋼零件或表面未經(jīng)任何防腐、防高溫氧化處理會(huì)被迅速氧化。高熱、高濕環(huán)境下，粉末冶金材料孔隙中儲(chǔ)存的油脂極易氣化逸出，導(dǎo)致其潤(rùn)滑作用盡失，孔隙更利于氧化性氣氛浸入加速氧化，直接影響轉(zhuǎn)軸與軸孔的配合間隙量。在二者綜合作用下，轉(zhuǎn)軸與軸套之間轉(zhuǎn)動(dòng)困難，最終造成制動(dòng)閥零件卡死。

2.2 氣缸卡塞、漏氣失效

2.2.1 解剖分析

氣缸外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5、圖6?？ㄈ臍飧淄庥^無(wú)異常，活塞桿伸出端無(wú)防塵罩等結(jié)構(gòu)。將氣缸中部環(huán)向切開(kāi)觀察，可見(jiàn)內(nèi)部各部件表面布滿黃褐色粉狀物及紅褐色附著物見(jiàn)圖7。經(jīng)分析判斷，黃褐色粉狀物主要為泥漿脫水后的細(xì)小顆粒，紅褐色附著物則為鐵的低溫氧化銹蝕產(chǎn)物，O型橡膠圈及氣缸端蓋上亦附著此類物質(zhì)。塑料缸蓋由于活塞桿處灰塵進(jìn)入，往復(fù)運(yùn)動(dòng)磨損，缸蓋變形導(dǎo)致密封不良，造成氣缸漏氣，圖8為漏氣氣缸缸蓋（已磨損變形）。

2.2.2 理化檢驗(yàn)結(jié)果

活塞桿導(dǎo)向套、彈簧支座、氣缸端蓋、缸蓋所采用的材料均為高性能工程塑料，缸體為ZL101鑄鋁合金，彈簧為65Mn彈簧鋼，組織性能良好，O型圈、活塞密封圈為PVDF-聚偏氟乙烯，防塵罩材料為EPDM三元乙丙橡膠。

2.2.3 結(jié)果分析

因氣缸內(nèi)異物（粉塵、水珠等）進(jìn)入，導(dǎo)致缸內(nèi)各零部件或銹蝕、或互相黏著，導(dǎo)致活塞桿與活塞桿導(dǎo)向套間、或活塞密封圈與氣缸內(nèi)壁間難以滑動(dòng)，最終引起卡塞現(xiàn)象。由此判斷，卡塞氣缸內(nèi)的金屬銹蝕產(chǎn)物及粉末狀粉塵是導(dǎo)致其卡塞的主要原因。

外來(lái)異物（粉塵、水珠等）首先堆積在破裂防塵罩處，活塞桿進(jìn)入氣缸過(guò)程中，形成相對(duì)的負(fù)壓環(huán)境，堆積在防塵罩破裂口處的異物被動(dòng)進(jìn)入氣缸，吸附在活塞密封圈及活塞桿O型密封圈表面，當(dāng)活塞桿工作時(shí)，這些吸附物刮擦并損傷密封圈、缸體內(nèi)壁及活塞桿等，造成密封不嚴(yán)，導(dǎo)致氣缸漏氣。

3 解決方法

3.1 制動(dòng)閥卡滯或卡死失效解決方案

排氣制動(dòng)閥高溫高濕的工作環(huán)境，軸和軸套的銹蝕造成卡滯或卡死，導(dǎo)致了功能的失效，所以提高軸和軸套的耐蝕性是唯一的解決途徑，故改進(jìn)采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼的軸和軸套，解決了制動(dòng)閥卡死的失效故障。

3.2 氣缸卡塞、漏氣失效解決方案

失效氣缸為塑料缸蓋帶呼吸孔，外加橡膠防塵罩，在實(shí)際使用中，防塵罩脫落或破裂，吸入大量的塵土和水汽，造成氣缸內(nèi)腐蝕和活塞桿磨損，導(dǎo)致卡塞和漏氣失效，解決方案主要是防止灰塵進(jìn)入，將缸蓋用鋁合金材料代替原來(lái)的塑料缸蓋，用外裝消音器取代原來(lái)的塑料缸蓋的呼吸孔，同時(shí)去掉防塵罩，解決了氣缸卡塞、漏氣失效故障。見(jiàn)圖9、圖10。

4 結(jié)束語(yǔ)

重型汽車排氣制動(dòng)閥閥片卡滯、卡死失效，氣缸卡塞、漏氣失效均為腐蝕引起的失效故障，閥體和排氣管相連，處于發(fā)動(dòng)機(jī)排放產(chǎn)生的高溫高濕環(huán)境，軸和軸套選用普通鋼鐵材料易造成銹蝕，改用不銹鋼材料解決了腐蝕卡死失效故障；氣缸在防塵罩脫落或破裂的情況下，塑料缸蓋呼吸孔吸入塵土、水汽，造成腐蝕卡塞及磨損變形漏氣失效。改變?yōu)殇X合金缸蓋加裝消音器結(jié)構(gòu)，解決了該故障。改進(jìn)后的方案已批量裝車，并試驗(yàn)驗(yàn)證效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣雪生.輔助制動(dòng)系統(tǒng)在客車上的使用[J].客車技術(shù)與研究，2004，

4（26）：30-32.

作者簡(jiǎn)介：徐萍（1984，03-），就職于陜西重型汽車有限公司，工程師。