淺析散熱器水管設(shè)計(jì)

王文，漆杰，童元，趙少鋒

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淺析散熱器水管設(shè)計(jì)

王文，漆杰，童元，趙少鋒

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

散熱器水管對于發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱性能有著不可忽視的作用，同時水管在發(fā)動機(jī)艙的布置位置也很重要，這將影響到水管的使用壽命以及冷卻系統(tǒng)性能的發(fā)揮。文章從水管結(jié)構(gòu)、水管布置要求、水管設(shè)計(jì)方法等方面，同時綜合考慮發(fā)動機(jī)以及其他零部件的運(yùn)動情況，系統(tǒng)地闡述了水管設(shè)計(jì)過程需要注意的事項(xiàng)，為后續(xù)車型的水管設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

冷卻系統(tǒng)；散熱器水管；水管布置；水管設(shè)計(jì)方法

前言

發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的作用是將汽車發(fā)動機(jī)工作時高溫零件所吸收的熱量及時帶走，使它們保持在正常的溫度范圍內(nèi)工作，散熱器水管是連接散熱器與發(fā)動機(jī)的媒介，所以散熱器水管的設(shè)計(jì)對于冷卻系統(tǒng)性能的發(fā)揮有著非常重要的影響。本文從水管設(shè)計(jì)過程著手，從水管材料選擇、水管內(nèi)徑選擇、水管壁厚選擇、水管彎曲半徑選擇、水管擴(kuò)口設(shè)計(jì)要求、水管護(hù)套選擇、水管限位防錯設(shè)計(jì)、水管緩沖設(shè)計(jì)等方面，系統(tǒng)地闡述了水管設(shè)計(jì)方法，以及闡述了水管設(shè)計(jì)后的檢查要素。

1 散熱器水管設(shè)計(jì)過程

1.1 水管材料選擇

散熱器水管一般為膠管，膠管分為橡膠軟管和純膠管，橡膠軟管和純膠管由橡膠層和增強(qiáng)層或僅由橡膠層組成[1]。散熱器水管所用的增強(qiáng)層材料為纖維，纖維又分為天然纖維和合成纖維兩類，根據(jù)成本及性能要求選擇合適的結(jié)構(gòu)材料。應(yīng)采用恰當(dāng)?shù)姆柣蚩s略語對塑料件、橡膠件和熱塑性彈性體件的材料進(jìn)行標(biāo)注，材料標(biāo)識應(yīng)位于“＞”和“＜”號之間[2]，圖1是冷卻用橡膠水管常用材料性能比較。

圖1 冷卻用橡膠水管常用材料性能比較

1.2 水管內(nèi)徑選擇

散熱器水管一端與散熱器相連，另一端與發(fā)動機(jī)相連，為了保證裝配的密封效果及方便性，水管與接口件必須有一個合理的配合尺寸，可參照圖2，如下：

圖2 冷卻系統(tǒng)管路推薦尺寸

1.3 水管壁厚選擇

水管壁厚根據(jù)水管內(nèi)徑大小進(jìn)行確定，不同的內(nèi)徑對應(yīng)不同的壁厚，具體選擇可參照圖3[3]，如下：

圖3 橡膠軟管壁厚及公差選擇

1.4 水管彎曲半徑選擇

圖4 針織工藝管路水管彎曲半徑要求

圖5 全膠工藝管路水管彎曲半徑要求

圖6 針織工藝管路水管彎曲半徑要求

為了避免與其他零部件發(fā)生干涉，在設(shè)計(jì)水管時肯定會有彎曲的情況出現(xiàn)。不同結(jié)構(gòu)的水管，在內(nèi)徑不同的情況下，在彎曲角度不同的情況下，水管最小彎曲半徑各不相同，在設(shè)計(jì)時可參考如圖4、圖5、圖6。

1.5 水管擴(kuò)口設(shè)計(jì)要求

散熱器水管連接著散熱器與發(fā)動機(jī)，散熱器與發(fā)動機(jī)接口直徑會有所不同，在這種情況下，水管連接接口直徑大的那一端需要擴(kuò)口（內(nèi)徑變大），全膠工藝水管擴(kuò)口率應(yīng)≤60%，針織工藝水管擴(kuò)口率應(yīng)≤45%，編制工藝水管擴(kuò)口率應(yīng)≤20%，超過30%的擴(kuò)口率應(yīng)該考慮擴(kuò)口對管路端面的影響（即由于內(nèi)徑增大引起的膠管截面圓環(huán)厚度的變化），水管過渡距離可參考圖7，如下：

圖7 不同擴(kuò)口率過渡距離要求

1.6 水管護(hù)套選擇

水管一般固定在支架上，同時水管在車輛劇烈運(yùn)動時難免會與其他零部件發(fā)生干涉，為了防止水管被磨破，這時需要護(hù)套來進(jìn)行保護(hù)。護(hù)套有各種材料，海綿護(hù)套、尼龍編織護(hù)套、PE熱縮護(hù)套、熱塑布護(hù)套、錫箔護(hù)套等護(hù)套有各自在隔熱、防磨、成本等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，海綿護(hù)套隔熱性能好但熱老化、防磨性能差，尼龍編織護(hù)套防磨性能好但隔熱性能差，錫箔護(hù)套性能極佳但成本極高，PE熱縮護(hù)套和熱縮布護(hù)套都有優(yōu)異的綜合性能?？梢愿鶕?jù)成本及實(shí)際情況選擇合適的護(hù)套，推薦使用尼龍護(hù)套。

1.7 水管限位防錯設(shè)計(jì)

水管裝配時必須保證正確的走向，如果不設(shè)計(jì)防錯措施，生產(chǎn)線員工在裝配水管時很容易裝錯，會導(dǎo)致后續(xù)工序發(fā)生其他問題，所以水管要有安裝、限位防錯標(biāo)記，水管環(huán)箍凸耳朝向與水管標(biāo)識方向一致，水管環(huán)箍凸耳位置根據(jù)生產(chǎn)線裝車在圖紙中增加要求，設(shè)計(jì)實(shí)例如圖8。

圖8 水管限位防錯設(shè)計(jì)實(shí)例

1.8 水管緩沖設(shè)計(jì)

為了降低發(fā)動機(jī)傳遞給散熱器的振動，水管設(shè)計(jì)必須有減振拐彎，水管如果直接連接，會導(dǎo)致振動性能偏差而致使管路滑脫，兩個連接點(diǎn)之間一般至少需要3個拐彎，如圖9：

圖9 水管緩沖設(shè)計(jì)實(shí)例

1.9 水管設(shè)計(jì)檢查事項(xiàng)

水管設(shè)計(jì)后，需要檢查與其他零部件的間隙情況。水管與周邊固定部件的間隙應(yīng)≥10mm，水管與周邊運(yùn)動部件的間隙應(yīng)≥25mm，水管與周邊裝配精度不易控制的固定部件（類似水管與風(fēng)扇本體）應(yīng)≥15mm。

1.10 水管基本性能要求

水管爆破壓力當(dāng)按GB/T 5563規(guī)定，在GB/T 2941規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度下，最小爆破壓力應(yīng)為：純膠管0.2Mpa,直徑小于等于18mm的橡膠軟管1.2Mpa，直徑大于等于18mm小于等于35mm的橡膠軟管0.9Mpa，直徑大于等于35mm的橡膠軟管0.5Mpa。粘合強(qiáng)度當(dāng)按GB/T 14905中適合程序進(jìn)行測定時，未老化軟管的層間粘合強(qiáng)度應(yīng)不小于1.75kN/m，對于經(jīng)老化、浸油和振動疲勞后的軟管層間粘合強(qiáng)度應(yīng)不小于1.25kN/m。低溫曲撓性、耐吸扁性、耐彎折性、耐膨脹性、耐電化學(xué)降解性、耐臭氧性、耐熱老化性、壓縮永久變形、耐潤滑油表面污染性、壓力/振動/溫度試驗(yàn)的要求參照GB/T 18948-2009。

2 結(jié)束語

本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及參考汽車行業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從散熱器水管材料選擇、設(shè)計(jì)過程中的要求、到最后設(shè)計(jì)完成后的檢查事項(xiàng)，詳細(xì)地介紹了水管的設(shè)計(jì)流程，供水管設(shè)計(jì)者參考。

[1] GB/T 18948-2009內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)用橡膠軟管和純膠管規(guī)范.

[2] QCT 797-2008汽車塑料件,橡膠件和熱塑性彈性體件.

[3] HGT 2491汽車用輸水橡膠軟管.

[4] GB/T 5563橡膠和塑料軟管及軟管組合件靜液壓試驗(yàn)方法.

[5] GB/T 2941橡膠物理試驗(yàn)方法試樣制備和調(diào)節(jié)通用程序.

[6] GB/T 14905橡膠和塑料軟管各層間粘合強(qiáng)度的測定.

A brief analysis of radiator water pipe design

Wang Wen, Qi Jie, Tong Yuan, Zhao Shaofeng

( Center of Technology, Anhui Jianghuai Automobile CO. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The radiator water pipe has a great influence on the heat dispersion of cooling system,at the same time,the location of the radiator water pipe in the engine compartment is also very important, it will has influence on the working life of the water pipe and the performance of the cooling system.This paper systematically expounds the things we need to pay attention to in the design process of the radiator water pipe, it includes the water pipe structure, the water pipe layout requirements, the water pipe design method and so on,we also synthetically considered the movement of the engine and other components in the design process.It provides a reference of the water pipe design for subsequent vehicles.

Cooling system;Radiator water pipe; Water pipe arrangenment;Water pipe design method

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1671-7988(2018)21-106-03

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王文 (1991- ) 男，工學(xué)學(xué)士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，主要從事：乘用車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.037