客車制動管路氣密性提升研究

周金洲, 史月亮

(比亞迪汽車工業(yè)有限公司 客車研究院，廣東 深圳 518118)

目前大中型客車均采用氣壓制動，制動管路的密封性能非常重要。管路漏氣量過大會造成車輛無法正常起步、空氣壓縮機(jī)頻繁起動、能耗增加、空氣壓縮機(jī)及附件的使用壽命降低等一系列問題。本文對制動管路漏氣過快問題開展分析，探索氣密性提升方案，并經(jīng)過實(shí)車驗證合格，為后續(xù)類似問題的解決提供技術(shù)參考。

1 制動氣管漏氣故障原因分析

某機(jī)場客戶投訴我司客車氣路壓力下降過快，影響正常用車。該車制動氣路由主要閥體、儲氣筒、管路、接頭組成，其中儲氣筒、閥體、管路均為整體件且為行業(yè)內(nèi)通用零部件，而接頭部位則由我司自行組裝，初步分析漏氣過快的部位主要集中在接頭與氣管的連接處和接頭與閥體的連接處，如圖1所示。經(jīng)對漏氣接頭拆解后發(fā)現(xiàn)問題有：①卡套變形；②卡套尾端劃傷；③卡套前端接觸不良；④螺紋處密封圈破損。

結(jié)合現(xiàn)場故障照片及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，問題出現(xiàn)原因分析[1-5]如下：在氣管與接頭的連接處，管路中壓縮空氣的泄漏路徑有1、2，其中路徑1中的關(guān)鍵密封點(diǎn)有管路螺母與接頭螺紋連接面a和管路螺母前端和卡套前端配合面b兩處；路徑2中的關(guān)鍵密封點(diǎn)有管路螺母前端和卡套前端配合面b、卡套與氣管路外壁接觸面c、卡套后端與管路螺母后端的配合面d三處，在閥體與接頭連接處泄漏路徑有3、4，且均通過螺紋位置e處流出。

圖1 接頭與氣管連接處和與閥體連接處的泄漏路徑

以上問題可歸結(jié)為接頭組件接觸面滲漏。接頭泄漏流速Q(mào)估算公式如下：

Q=πdΔ3p(1+3/2ε2)/(12μL)

(1)

式中：d為環(huán)形孔直徑；Δ為間隙量；p為間隙兩端壓力差；μ為動力粘度；L為間隙長度；ε為偏心率。

由式(1)可知，接頭泄漏速度與接觸面縫隙的3次方成正比關(guān)系，所以接頭組件之間接觸緊密度直接影響氣密性能。分析導(dǎo)致氣路接頭組件接觸面接觸不良的主要原因：①接觸面精度等級低；②接頭組件緊固程度不合適；③空間限制無法定扭緊固。

由于目前使用接頭均為標(biāo)準(zhǔn)件，且為行業(yè)通用零部件，提升零部件粗糙度等級成本較高，故現(xiàn)采取密封接觸面、優(yōu)化接頭螺紋緊固力矩和改變接頭型式及擰緊方式的方法來提升管路氣密性。

2 改進(jìn)方案及驗證結(jié)果

2.1 接頭接觸面密封方案及驗證

按圖2所示對接頭與氣管連接處和與閥體連接處泄漏路徑采用涂厭氧性密封膠密封后，將管路按照圖3所示連接后充氣至10.5 bar，然后測量泄漏情況。

圖2 接頭與氣管連接處和與閥體連接處的密封改進(jìn)示意圖

圖3 氣管路與閥體連接示意圖

涂膠后測試24 h最大泄漏量約為3.0 kPa，未涂膠測試泄漏量為900 kPa，涂膠密封方案改善效果顯著。

2.2 接頭扭矩優(yōu)化及驗證

接頭與閥體連接處由于在擰緊過程中不產(chǎn)生卡套擠壓的情況，按照規(guī)定扭矩值擰緊后均未出現(xiàn)明顯變形。

對改進(jìn)前后的扭矩值樣件分別做拉脫力測試，得出扭矩改進(jìn)后的拉脫力均大于改進(jìn)前的拉脫力，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 拉脫力測試數(shù)據(jù)

2.3 改變接頭型式和擰緊方式

1) 針對接頭擰緊操作空間不足的位置，將卡套式接頭更換為快插式接頭[12]，減少接頭對擰緊力矩的依賴。

2) 對于不能采用快插式接頭替換的部位，通過將擰緊扭矩等效轉(zhuǎn)化為開口扳手的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，用以代替空間限制部位的扭矩扳手緊固。接頭擰緊前在螺栓和螺母連接處畫線，采用扭矩扳手?jǐn)Q緊到規(guī)定力矩值時記錄螺母旋轉(zhuǎn)的等效圈數(shù)，以開口扳手旋轉(zhuǎn)螺母相應(yīng)有效圈數(shù)可解決現(xiàn)有空間限制無法使用扭矩扳手定扭緊固的問題。

2.4 改進(jìn)方案實(shí)車驗證

通過對競品同等車型摸底測試后，確定制動管路密封性標(biāo)準(zhǔn)為車輛靜置狀態(tài)下，15 min壓降≤1 kPa和24 h壓降≤100 kPa。

實(shí)車采用上述的三種方案整改后選取其中3輛車保持車輛靜置，分別進(jìn)行15 min和24 h測試，得出15 min壓降最大值0.8 kPa，24 h壓降最大值70 kPa，均滿足要求。提升后的密封標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到競品同等車型的密封性水平。

3 結(jié)束語

通過制動管路漏氣故障分析與改進(jìn)方案的制定，解決了我司制動管路的漏氣問題，減少了因漏氣過快導(dǎo)致的客戶投訴，挽回了市場口碑。