商用車三漏問(wèn)題的研究

摘" 要：漏氣、滲油、滲水問(wèn)題在商用車行業(yè)是一種頑疾。本文通過(guò)對(duì)商用車制動(dòng)鋼管接頭滲漏氣、轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲漏油以及緩速器鋼管與膠管連接滲漏水的問(wèn)題進(jìn)行了研究與分析，提出了在商用車制動(dòng)鋼管接頭處采用軟質(zhì)金屬特制密封圈密封、轉(zhuǎn)向機(jī)螺紋孔內(nèi)增加密封圈以及緩速器鋼管和膠管接頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化等系列改進(jìn)方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，本研究系列方案有效地解決了制動(dòng)鋼管接頭滲漏氣、轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油以及緩速器鋼管與膠管連接的滲水問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：管接頭；滲漏氣；滲漏油；滲漏水

中圖分類號(hào)：U472" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1005-2550（2023）05-0065-05

Research on Three Kinds of Leakage Problems in Commercial Vehicles

XU Jin-hai， SHI Jian-ke， GONG Fei， SHEN Peng-liang， HU Kai

（ Dong Feng Commercial Vehicle Vehicle Plant， Shiyan 442000， China）

Abstract： The problem of air， oil， and water leakage is a persistent problem in the commercial vehicle. In this paper， the problems of air leakage in the brake steel pipe joints， oil leakage in the steering joints， and water leakage in the connection between the retarder steel pipe and the rubber pipe have been analyzed， and a series of improvement plans are proposed， such as using soft metal special sealing rings at the brake steel pipe joints， adding sealing rings in the threaded holes of steering， and optimizing the structure of the retarder steel pipe and rubber pipe joints. The experimental results indicate that the series of solutions in this paper effectively solved the problems of air leakage in brake steel pipe joints， oil leakage in steering joints， water leakage in the connection between the steel pipe and the rubber pipe of the retarder.

Key Words： Pipe Joints; Air Leakage; Oil Leakage; Water Leakage

1" " 研究背景

在商用車行業(yè)中，三漏問(wèn)題歷年來(lái)都在改善，但是始終未能徹底消除。商用車的制動(dòng)氣體輸送管路主要是鋼管和尼龍管。隨著快插接頭被廣泛應(yīng)用，尼龍管滲漏氣問(wèn)題從技術(shù)上得到了革新，在采用優(yōu)質(zhì)的快插接頭情況下，尼龍管滲漏氣問(wèn)題已經(jīng)徹底解決。而從氣泵至干燥器這一段溫度較高管路，一般采用鋼管或其他耐高溫、易散熱材質(zhì)的管子進(jìn)行連接，而鋼管與鋼管連接的接頭部位仍是主要的滲漏氣點(diǎn)。為了解決鋼管接頭連接部位滲漏氣問(wèn)題，目前行業(yè)普遍采用的方法是涂1567密封膠。但密封膠涂抹是個(gè)技能活：要求只能涂抹在鋼管卡套的斜面上，不能進(jìn)入管口；密封膠涂抹不能太多，也不能太少。多了會(huì)造成浪費(fèi)，也容易導(dǎo)致密封膠進(jìn)入管口內(nèi)部，溢出又會(huì)造成外觀不美觀；涂膠少了或涂抹不均勻，密封效果較預(yù)期減弱。

轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油問(wèn)題歷年來(lái)也是屢見(jiàn)不鮮。售后出現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油時(shí)，常見(jiàn)的方法是對(duì)轉(zhuǎn)向接頭進(jìn)行復(fù)緊或更換。為防止轉(zhuǎn)向接頭滲油，主要是在轉(zhuǎn)向“直角”接頭與轉(zhuǎn)向機(jī)之間、接頭與空心螺栓之間采用紫銅墊片或復(fù)合型墊片密封，同時(shí)在空心螺栓螺紋部分涂1570密封膠，擰緊力矩為100N·m±15%管控。但此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲漏油問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生。

緩速器連接膠管滲漏水問(wèn)題是在液力緩速器出現(xiàn)之后被行業(yè)普遍關(guān)注的新問(wèn)題。同時(shí)經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水箱上下水管等部位也同樣存在滲漏問(wèn)題。由于液力緩速器內(nèi)的水壓比較大，所以該問(wèn)題尤為突出。為此，業(yè)內(nèi)提出將“補(bǔ)償性輕型卡箍”變更成“美式重型卡箍”的方案，通過(guò)力矩增加來(lái)提高可靠性，但此方案將導(dǎo)致成本增加。

關(guān)于以上三個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因和解決辦法，行業(yè)內(nèi)有各自的見(jiàn)解。有人說(shuō)要提高鋼管卡套及接頭的加工精度；有人說(shuō)要提高控制“直角接頭”及空心螺栓的表面光潔度；有人說(shuō)涂膠不滿足工藝文件要求，要加大工藝紀(jì)律檢查；有人說(shuō)復(fù)合墊片本身質(zhì)量存在問(wèn)題；有人說(shuō)上水膠管材質(zhì)彈性不足；有人說(shuō)卡箍質(zhì)量差等等。通過(guò)對(duì)這些不同的見(jiàn)解進(jìn)行整理，我們認(rèn)為三漏問(wèn)題為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不足或制造工藝問(wèn)題，非工人對(duì)工藝的執(zhí)行問(wèn)題。

首先認(rèn)可行業(yè)中的各種見(jiàn)解是通過(guò)大量的現(xiàn)狀調(diào)查得出的結(jié)論，但是如何找到這三個(gè)問(wèn)題的根本成因才是本文的初衷。所有解決問(wèn)題的方案都必須從“必要性”“可行性”“經(jīng)濟(jì)性”三個(gè)維度進(jìn)行考量。下文將從成因分析、解決方案、方案可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行論述。

2" " 鋼管與鋼管連接的過(guò)渡接頭部位滲漏氣成因分析與對(duì)策

2.1" "鋼管連接的過(guò)渡接頭部位滲漏氣成因分析

為了準(zhǔn)確的找到滲漏氣成因，我們先了解了相關(guān)零件的基礎(chǔ)信息及制成工藝。相關(guān)主要零件：鋼管、卡套、擰緊螺母、接頭；鋼管——冷拔10號(hào)鋼，卡套——20鋼機(jī)加，擰緊螺母——35號(hào)鋼冷鐓，接頭——30號(hào)鋼鍛造或冷鐓。 氣泵鋼管的制程：首先將帶漆的無(wú)縫鋼管或電鍍無(wú)縫鋼管根據(jù)圖紙展開長(zhǎng)度進(jìn)行下料，其次是進(jìn)行三維成型，再次是套上螺母、安裝卡套（如圖1所示）；最后在卡鉗加持下，通過(guò)沖頭對(duì)卡套進(jìn)行鉚緊（如圖2所示）；鋼管與接頭的連接（如圖3所示）。螺母、卡套、接頭的結(jié)構(gòu)（如圖4所示）：

螺母、卡套、接頭的密封原理：螺母與接頭在擰緊過(guò)程中，卡套末端錐面與接頭內(nèi)錐面擠壓，當(dāng)卡套錐面上的某一個(gè)橢圓與接頭內(nèi)錐面橢圓完全切合實(shí)現(xiàn)密封（屬于線密封）。螺母末端的錐面與卡套末端的錐面配合，保證卡套向鋼管徑向擠壓，從而實(shí)現(xiàn)鋼管的密封。

從以上的密封原理，可以看到有兩個(gè)位置可能出現(xiàn)滲漏：第一是卡套與鋼管的貼緊位置。因?yàn)榭ㄌ椎膬?nèi)圓和鋼管的外圓不可能高度一致，加上鋼管和卡套材質(zhì)基本相同，所以 在貼緊過(guò)程無(wú)法保證卡套與鋼管之間實(shí)現(xiàn)完全密封。第二是卡套外圓與接頭錐面貼緊位置。因?yàn)榭ㄌ淄鈭A與接頭錐面內(nèi)圓無(wú)法達(dá)到高度一致，擰緊力也無(wú)法使卡套或接頭內(nèi)錐面產(chǎn)生塑性變形，所以在目前加工精度的情況下依靠線接觸密封，密封效果無(wú)法保證。

2.2" "目前的應(yīng)對(duì)方法及存在問(wèn)題

行業(yè)內(nèi)主要應(yīng)對(duì)方法有：涂覆1567密封膠、采用進(jìn)口卡套 和“復(fù)合彈性卡套”?！皬?fù)合彈性卡套”是在傳統(tǒng)卡套的表面上硫化了一層橡膠。在目前已知的這三種方法中，涂膠對(duì)工人的技能水平要求較高，且從發(fā)動(dòng)機(jī)氣泵至干燥器，鋼管的溫度范圍是70℃-160℃，高分子密封膠在超過(guò)120℃的環(huán)境中，抗老化性能大幅被度削弱。這也就不難理解商用車在使用過(guò)一段時(shí)間后才會(huì)出現(xiàn)鋼管接頭位置滲漏氣現(xiàn)象；進(jìn)口卡套、“復(fù)合彈性卡套”可以解決卡套外圓與接頭錐面內(nèi)圓的密封問(wèn)題，但是無(wú)法有效解決卡套與鋼管貼合部位滲漏氣問(wèn)題，而且硫化橡膠在高溫下與密封膠1567存在同樣的老化問(wèn)題。從成本角度出發(fā)，進(jìn)口卡套比目前國(guó)產(chǎn)雙刃卡套綜合成本增加30%-46%，“復(fù)合彈性卡套”綜合成本增加15%-20%。

2.3" "解決方案

通過(guò)反復(fù)研究與分析，我們采用了軟質(zhì)金屬密封圈代替密封膠進(jìn)行鋼管接頭密封。軟質(zhì)金屬密封圈在螺母與接頭擰緊過(guò)程中會(huì)被擠壓變形，能夠充分填充兩個(gè)可能存在的間隙，使得卡套與接頭實(shí)現(xiàn)面接觸密封。軟質(zhì)金屬密封圈的絲徑約∮0.5mm（如圖5所示），擠壓后面接觸寬度達(dá)到3mm-4mm。（如圖6所示）。

對(duì)于軟質(zhì)金屬的材質(zhì)，從材質(zhì)硬度、可靠性、裝配力矩、成本四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，本試驗(yàn)選用了焊錫、軟鋁，軟質(zhì)金屬硬度為25HB左右。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)逐漸加壓和保壓測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)超過(guò)常規(guī)壓力3倍而不漏氣。當(dāng)擰緊力矩要求達(dá)到140N·m時(shí)，軟鋁塑性變形達(dá)到預(yù)期；軟鋁成本相對(duì)較低（推薦使用1100純鋁，其具有高的耐蝕性、密度小、塑性好、強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)）。

3" " 轉(zhuǎn)向機(jī)上“直角接頭”與空心螺栓連接滲漏油的成因分析與對(duì)策

3.1" "滲油位置及其密封原理分析

售后反饋滲油的位置是空心螺栓（如圖11）連接“直角接頭”（如圖8），及紫銅墊圈（如圖9）或復(fù)合墊圈（如圖10）的位置。該部件密封原理是：通過(guò)擰緊空心螺栓，在軸向壓緊“直角接頭”，通過(guò)紫銅墊圈的微量變形或復(fù)合墊圈對(duì)硫化橡膠部分產(chǎn)生的彈性壓縮作用來(lái)實(shí)現(xiàn)密封?？招穆菟ǖ牧匾鬄?00N.m。通過(guò)對(duì)擠壓后的紫銅墊圈和復(fù)合墊圈的尺寸進(jìn)行測(cè)量：壓縮后的紫銅墊圈厚度為1.35—1.38mm之間，變形量約0.12—0.15mm；復(fù)合墊圈因其基材是45號(hào)鋼，所以壓緊過(guò)程中基材幾乎不變形，硫化橡膠部分被軸向擠壓，向徑向變形與空心螺栓徑向形成密封（M18的空心螺栓外徑為∮17.5mm）。

3.2" "轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油原因分析

多數(shù)時(shí)候轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油的原因被認(rèn)為是螺栓沒(méi)有擰緊，力矩沒(méi)有達(dá)到工藝要求，或者是復(fù)合墊圈在擰緊過(guò)程中發(fā)生損壞，或者是“直角接頭”、空心螺栓表面有劃傷等，導(dǎo)致螺栓力矩衰減。經(jīng)過(guò)研究分析，本文認(rèn)為“振動(dòng)”和“油壓”是導(dǎo)致螺栓力矩衰減的兩個(gè)主要因素。

“振動(dòng)”導(dǎo)致空心螺栓力矩衰減分析：空心螺栓將“直角接頭”及墊片通過(guò)螺紋擰緊與轉(zhuǎn)向機(jī)連接，在連接螺紋位置形成應(yīng)力集中，由于應(yīng)力的不平衡性，振動(dòng)就會(huì)使應(yīng)力降低，其表現(xiàn)形式就是空心螺栓力矩衰減；“油壓”導(dǎo)致空心螺栓力矩衰減：空心螺栓順時(shí)針擰入轉(zhuǎn)向機(jī)，空心螺栓的螺紋與轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)螺紋不可能完全切合。當(dāng)轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部油壓達(dá)到15MPa--20MPa后，伴隨著轉(zhuǎn)向機(jī)的工作，高的油壓會(huì)順著螺紋逆時(shí)針?lè)较蚪o空心螺栓一個(gè)個(gè)間歇性反向沖擊力。如果把這種沖擊力的時(shí)間拉的足夠長(zhǎng)，即使沒(méi)有振動(dòng)，空心螺栓也會(huì)出現(xiàn)明顯的力矩衰減。

3.3" "針對(duì)力矩衰減的對(duì)策

根據(jù)研究分析結(jié)果，圍繞油壓沖擊致力矩衰減因素，我們?cè)诳招穆菟ǖ哪┒嗽黾?100軟鋁墊圈。軟鋁墊圈在空心螺栓擠壓后會(huì)使得螺紋口完全封閉。消除了高壓機(jī)油進(jìn)入螺紋間隙中，對(duì)螺紋逆時(shí)針?lè)较蜷g歇性沖擊作用。圍繞空心螺栓振動(dòng)致力矩衰減因素，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)帶預(yù)置膠和臺(tái)階的墊圈。該墊圈內(nèi)厚外薄，在薄的位置涂預(yù)置膠，涂膠厚度剛好是墊圈基材加工的厚薄差（如圖12所示）。

該墊片我們稱之為“預(yù)置膠復(fù)合密封墊圈”。該密封墊圈基材采用紫銅或者30HB—40HB的1000系列鋁材加工，然后外邊緣薄的平面上涂預(yù)置膠。這樣空心螺栓在壓緊預(yù)置膠復(fù)合密封墊圈時(shí)，即可有效避免對(duì)油道污染，又可以將轉(zhuǎn)向機(jī)端面、預(yù)置膠復(fù)合密封墊圈基材、直角接頭、空心螺栓端面進(jìn)行鎖至，有效解決因振動(dòng)造成的力矩衰減。

4" " 膠管與鋼管連接位置滲漏水原因的分析與對(duì)策

4.1" "現(xiàn)有鋼管和膠管接口密封原理進(jìn)行分析

鋼管和膠管接口尺寸如圖13和圖14所示。從圖可見(jiàn)，鋼管外徑基礎(chǔ)尺寸和膠管內(nèi)徑基礎(chǔ)尺寸都是57mm。假設(shè)在沒(méi)有卡箍情況下，膠管與鋼管的密封完全靠鋼管端頭1.6mm高的臺(tái)階。假設(shè)膠管內(nèi)徑走上差，鋼管外徑走下差，我們很容易計(jì)算出，膠管在鋼管凸臺(tái)位置最多的壓縮量是0.6mm。

從圖15可以明顯看出，膠管末端是張口的，而且張口間隙大約1mm—2mm。按照這樣的一種現(xiàn)狀，當(dāng)卡箍擰緊后，凸臺(tái)在密封方面將不起任何作用。

4.2" "膠管與鋼管連接滲漏水的解決方案

目前通行的解決方案是將“補(bǔ)償性輕型卡箍”變更成“美式重型卡箍”， 通過(guò)力矩加大增加其可靠性。但是這種加大力矩的做法，會(huì)導(dǎo)致膠管彈性變形能力減退，最終的表現(xiàn)形式就是卡箍力矩衰減。基于上述分析，我們按照“O型密封圈原理”進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。我們?cè)阡摴芘c膠管對(duì)接重疊的中間位置設(shè)計(jì)一個(gè)凹槽；膠管內(nèi)壁上設(shè)計(jì)一圈凸起的密封筋，凸起密封筋在安裝時(shí)正對(duì)鋼管的凹槽。設(shè)計(jì)尺寸按照：“O型密封圈”選型及溝槽尺寸設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，采用本研究采用方案，采用補(bǔ)償性輕型卡箍，擰緊力矩5N.m。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，本研究新方案拉脫承載力是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)拉脫承載力的3倍。

5" " "總結(jié)

對(duì)于商用車三漏問(wèn)題，本文基于“必要性”，“技術(shù)可行性”，“經(jīng)濟(jì)性”三方面進(jìn)行考慮，并進(jìn)行分析、研究、試驗(yàn)。對(duì)于漏氣問(wèn)題，通過(guò)研究給出的最佳方法是：通過(guò)可塑性軟金屬密封墊圈彌補(bǔ)加工精度或工藝方法缺陷導(dǎo)致的滲漏氣。對(duì)于轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲漏油問(wèn)題，給出的有效方法是：通過(guò)塑性軟金屬墊圈，對(duì)空心螺栓末端進(jìn)行封堵，避免油壓在螺紋中產(chǎn)生反向力矩；采用特制的預(yù)置膠墊圈，對(duì)連接部位進(jìn)行有效鎖至。對(duì)于膠管與鋼管連接滲漏水問(wèn)題，給出的有效方法是：更改現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，在鋼管上做凹筋，在膠管內(nèi)部做凸的密封筋。設(shè)計(jì)尺寸按照：“O型密封圈”選型及溝槽尺寸設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效解決滲漏水問(wèn)題。本文提供的方法可以節(jié)約成本，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提升效率，提升可靠性，徹底解決三漏問(wèn)題。為商用車行業(yè)關(guān)于三漏問(wèn)題提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的解決方法。

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專家推薦語(yǔ)

康" "明

東風(fēng)商用車技術(shù)中心" 工藝研究所所長(zhǎng)

材料科學(xué)與工程研究員級(jí)高級(jí)工程師

本文通過(guò)對(duì)商用車制動(dòng)鋼管接頭滲漏氣、轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲漏油以及緩速器鋼管與膠管連接滲漏水的問(wèn)題進(jìn)行了研究與分析，提出了在商用車制動(dòng)鋼管接頭處采用軟質(zhì)金屬特制密封圈密封、轉(zhuǎn)向機(jī)螺紋孔內(nèi)增加密封圈以及緩速器鋼管和膠管接頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化等系列改進(jìn)方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，本研究系列方案有效地解決了制動(dòng)鋼管接頭滲漏氣、轉(zhuǎn)向機(jī)接頭滲油以及緩速器鋼管與膠管連接的滲水問(wèn)題。

本文具有一定的實(shí)用價(jià)值和創(chuàng)新性，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有一定的參考價(jià)值。