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        商用車管路系統(tǒng)快速管接頭的開發(fā)應(yīng)用

        2012-12-23 06:10:22喬坤黎新孫建軍
        汽車零部件 2012年3期
        關(guān)鍵詞:卡套管接頭管件

        喬坤,黎新,孫建軍

        (1. 湖北歐博汽車部件有限公司,湖北十堰442002;2. 湖北汽車工業(yè)學(xué)院機械工程系,湖北十堰442002;3. 東風(fēng)汽車有限公司商用車技術(shù)中心,湖北武漢430056)

        0 引言

        汽車制動系統(tǒng)是汽車非常重要的組成部分,而制動管接頭是連接氣制動系統(tǒng)各回路的關(guān)鍵部件,其性能的優(yōu)劣會直接影響汽車管路的技術(shù)性能和整車的安全性能[1]。在過去的幾十年里,管路接頭的改進(jìn)與發(fā)展一直沒能引起國內(nèi)卡車廠商和用戶的足夠重視,國內(nèi)商用車管路系統(tǒng)普遍采用的都是卡套式管接頭,這種管接頭在汽車總裝配線上安裝時需要手工擰緊,裝配煩瑣,且密封性能差。隨著重型化、大噸位卡車安全技術(shù)要求的逐步提高,卡車制動管路越來越復(fù)雜,特別是車架縱梁內(nèi)側(cè)、駕駛室前圍等空間狹小處,電氣線束、制動管束等往往擠在一起,傳統(tǒng)卡套式管接頭在氣密性、裝配互換性等方面都難以滿足設(shè)計要求。在此情況下,一種能夠承受更大氣壓、密封性及裝配性更好的新型快速管件應(yīng)運而生??觳骞芙宇^改變了用扳手?jǐn)Q緊的傳統(tǒng)裝配方式,采用軟管與接頭直接插接,不但節(jié)省了人工成本和設(shè)備損耗成本,還提高了裝配效率、節(jié)省了裝配空間;同時也解決了卡套式管接頭與閥體等連接端局部存在偏長的現(xiàn)象,大大改善了管線的質(zhì)量[2]。

        目前,歐美發(fā)達(dá)國家的商用車管路系統(tǒng)都已采用性能優(yōu)良的快速管接頭取代卡套式管接頭,國內(nèi)商用車管路系統(tǒng)管接頭僅處于研發(fā)試用階段,因此開發(fā)和應(yīng)用具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能車用快速管接頭具有重要的現(xiàn)實意義[3]。

        1 汽車管路接頭的結(jié)構(gòu)及性能特點

        1.1 卡套式管接頭結(jié)構(gòu)特點及性能分析

        目前國內(nèi)商用車氣壓管路系統(tǒng)普遍采用的都是卡套式管接頭,俗稱“三件套”,其結(jié)構(gòu)如圖1 所示??ㄌ资焦芙宇^主要由接頭本體1、卡套螺母2、襯套3 和固定套4 組成,在裝配時需要將襯套、卡套與尼龍管預(yù)先裝配好,然后裝入卡套螺母,再將卡套螺母與接頭本體聯(lián)接。這種管接頭有如下缺點:

        (1)密封性差。該管接頭的密封,僅靠卡套與接頭本體之間的剛性錐面密封,經(jīng)過一段時間的使用,螺紋會發(fā)生松動造成密封不嚴(yán)而發(fā)生漏氣、漏油和漏水,即現(xiàn)有管接頭普遍存在的“三漏”問題,故需經(jīng)常緊固卡套螺母。

        (2)裝配技術(shù)復(fù)雜,裝配效率低下。由于受裝配空間的限制,現(xiàn)有卡套管接頭存在著裝配效率低、更換困難、可靠性差、綜合成本高等一系列問題??ㄌ资焦芙宇^裝配時,須將尼龍管裁剪一定長度,使用專用工裝將襯芯固定并壓入后才能與管接頭進(jìn)行聯(lián)接。聯(lián)接時易受空間的限制,極大地增加了裝配難度及人工成本;此外使用時如發(fā)生損壞,須將管接頭與尼龍管同時更換,加大了更換難度,增加了更換成本;另外車輛行駛過程中的震動,也易引起螺紋連接松動而導(dǎo)致聯(lián)接失效,管接頭的可靠性難以保證。

        (3)工藝性較差。卡套式管接頭三件套在整車裝配過程中,必須先將襯套、固定套用專用工裝壓入尼龍管內(nèi),將卡套螺母通過尼龍管與固定套聯(lián)接,然后將卡套螺母與管接頭進(jìn)行螺紋聯(lián)接??ㄌ资焦芗嵨镅b配工藝過程如圖2 所示。

        此外現(xiàn)有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規(guī)格產(chǎn)品在螺紋固定聯(lián)接時都無法旋轉(zhuǎn),致使管路系統(tǒng)布線混亂,造成整車裝配空間的浪費,甚至出現(xiàn)裝配干涉等問題,給生產(chǎn)裝配帶來極大的困難。

        1.2 快速管接頭的結(jié)構(gòu)特點及性能分析

        1.2.1 快速管接頭結(jié)構(gòu)類型

        目前國內(nèi)外市場用于氣路系統(tǒng)的快速管接頭主要有三種結(jié)構(gòu)型式,如表1 所示[4]。

        表1 快速管接頭結(jié)構(gòu)特點

        (1)A 型結(jié)構(gòu):為快插不可拔型,其結(jié)構(gòu)通常分兩部分:一部分有支撐套插入管子中,露出端有一個或兩個O 型密封圈并在頭部設(shè)計有凹槽,另一部分帶有鎖環(huán)擰入閥體螺紋孔內(nèi)或連接板處。采用這種接頭的管子需要專用工具進(jìn)行預(yù)裝,完成后在整車裝配線上工人只需將接頭插入帶鎖環(huán)的另一半中即可完成管路組裝,大大縮短了裝配時間。這種接頭的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,對裝配要求高,屬一次性裝配,維修不便且成本較高,主要是歐洲采用。

        (2)B 型結(jié)構(gòu):為快插快拔型。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,不需要工具,用手即可裝、拆管子。這種接頭對尼龍管要求較低,首先將管子切割整齊,再用手直接將管子插到接頭底部即可完成密封和鎖緊;需要拆卸時,用手向接頭方向壓下釋放帽,管子就能很輕松地拔出來。全車管路可以在兩分鐘內(nèi)完成拆裝,非常方便,且管子能進(jìn)行反復(fù)裝拆而不影響密封性能。但制動管路為保安項,快拔難以排除人為因素的影響,因而存在較大安全隱患,一般使用在非惡劣的工作環(huán)境、對安全性要求不高的管路中,不適用于商用車管路系統(tǒng)。

        (3)C 型結(jié)構(gòu):為快插不快拔型。也是文中重點介紹的產(chǎn)品型式,其結(jié)構(gòu)是在B 型基礎(chǔ)上取消釋放帽,而用專用工具拆卸。該結(jié)構(gòu)是根據(jù)國內(nèi)商用車的特殊要求改進(jìn)開發(fā)的快插管接頭。管接頭為帶襯套內(nèi)插式結(jié)構(gòu),閥體聯(lián)結(jié)端為直螺紋,尼龍管聯(lián)結(jié)端為公制;接頭材料為鋼或銅;工作溫度:-40 ~+120 ℃;適用氣壓:≤5.5 MPa。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

        快插式管接頭,內(nèi)部的卡環(huán)將氣管牢固卡緊,機械振動和壓力波動被安全地吸收,不會損壞其表面。異型橡膠密封環(huán),采用氣壓自密封原理保證了標(biāo)準(zhǔn)外徑氣管和快插接頭之間的穩(wěn)定密封,無泄漏,并且具有耐溫、耐油、耐介質(zhì)等特點。可實現(xiàn)多種螺紋/氣管直徑的組合,裝配靈活,可在360°范圍內(nèi)重新定位并可相互組合。

        三種類型氣路管接頭結(jié)構(gòu)特點對比如表1 所示。

        1.2.2 C 型快速管件的工作原理及結(jié)構(gòu)特點

        與現(xiàn)有卡套式管接頭相比,快速管接頭有效解決了現(xiàn)有管件產(chǎn)品存在的密封性與安全性差以及裝配效率低等問題,工作原理及結(jié)構(gòu)特點分析如下:

        (1)產(chǎn)品密封性。為了解決現(xiàn)有管接頭普遍存在的三漏問題(漏氣、漏油、漏水),文中所述快速管接頭采用氣壓自密封原理,異型密封圈和O 型密封圈雙重結(jié)合的彈性密封方式(圖3),保證了標(biāo)準(zhǔn)外徑氣管和快插接頭間的穩(wěn)定密封,并且雙O 型密封圈同時作用進(jìn)行二次密封和防塵,有效解決了現(xiàn)有卡套式接頭存在的三漏問題。

        (2)快速插拔及連接安全。商用車快速管接頭利用反錐面原理,實現(xiàn)快插時將尼龍管輕輕插進(jìn)接頭,在推力作用下,頂出環(huán)的上錐角使卡環(huán)張開一定角度,尼龍管即可快速插進(jìn)接頭,插入后在卡環(huán)的彈力作用下自動將尼龍管縮緊。實現(xiàn)快拔時,用拆卸工具向前輕推頂出環(huán),使卡環(huán)的內(nèi)錐面頂住頂出環(huán)的上錐面,卡環(huán)張開一定角度,此時即可將尼龍管輕松快速拔出。

        在接頭連接安全性方面,文中所述快插管接頭采用卡環(huán)卡緊尼龍管的設(shè)計,使用時將尼龍管插入到接頭體內(nèi)部臺階處,在預(yù)緊力作用下,卡環(huán)的錐型齒自動將尼龍管鎖緊,當(dāng)尼龍管在外力作用下向外運動時,卡環(huán)與壓緊環(huán)一起作用產(chǎn)生收縮力,將尼龍管緊緊鎖死,從而達(dá)到快速固定尼龍管的目的。外力越大卡環(huán)的鎖緊力就越大,安全性能完全達(dá)到汽車使用標(biāo)準(zhǔn)要求。

        (3)裝配效率及可旋轉(zhuǎn)性。現(xiàn)有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規(guī)格產(chǎn)品在螺紋固定時,無法進(jìn)行旋轉(zhuǎn),出現(xiàn)管路系統(tǒng)的布線混亂,浪費整車裝配空間??焖俟芙宇^利用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu),在其螺紋聯(lián)接端采用雙O 型密封圈密封以及彈性擋圈聯(lián)接的方式(圖4),在螺紋聯(lián)接頭本體和彎通接頭或三通接頭本體聯(lián)接處利用擋圈的固有彈性,裝配時首先將彈性擋圈裝入螺紋聯(lián)接頭本體的凹槽內(nèi),然后利用接頭本體的錐面將彈性擋圈壓縮,在彈性擋圈進(jìn)入彎通或三通接頭本體的凹槽時,彈性擋圈依靠彈性自動彈開,達(dá)到固定旋轉(zhuǎn)接頭體和接頭本體的目的,既實現(xiàn)了密封效果又滿足了旋轉(zhuǎn)性要求。

        快速管接頭可以保證管子反復(fù)多次插入或拔出,能夠適應(yīng)不同環(huán)境下的不同工況,解決了卡套式接頭安裝空間受限的問題。在改善管線布置方面,采用旋轉(zhuǎn)式快速管接頭,不但有效解決了管線布置問題,還大大改善了接頭的安裝效率。快速管接頭裝配時只需將接頭與閥體聯(lián)接固定后,將尼龍管輕輕插入接頭內(nèi)即可完成裝配,其裝配過程如圖5 所示。

        C 型快速管接頭裝配時,要求尼龍管口端面垂直、平整;尼龍管插入接頭時,要有明顯的插入到位手感;尼龍管規(guī)格要求滿足QC/T 80-93 汽車氣制動系尼龍管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

        汽車用與傳統(tǒng)卡套式管接頭相比,后者僅僅是單個零件,其加工方式相對簡單,產(chǎn)品精度要求不高,制造相對容易;快速管件已經(jīng)脫離了簡單零件的行列,確切說是由多個零件組成的一個小部件,其功能也已經(jīng)由簡單的連接作用延伸至保證氣密性、拉力、高低溫等多項性能指標(biāo),組成這一產(chǎn)品的各個零件的制造精度及制造方式都發(fā)生了改變。

        2 C 型快速管接頭的應(yīng)用

        (1)在商用車底盤氣制動系統(tǒng)的應(yīng)用。目前,我國中重型商用車采用的都是氣制動系統(tǒng),制動系統(tǒng)對汽車安全性起著決定作用。氣制動系統(tǒng)中連接各種控制閥的管路稱之為制動管路,而在各種控制閥和管路之間起聯(lián)接作用的就是管路接頭,采用何種管路接頭,對制動系統(tǒng)起著關(guān)鍵的不可忽視的作用,因此管路接頭的選用必須要考慮到以下要求:滿足制動系統(tǒng)性能的要求;盡可能地降低制動管路的成本;安全可靠;便于拆、裝。在氣制動系統(tǒng)中采用快速管接頭(圖6)不僅滿足了以上要求,還克服了現(xiàn)有卡套式接頭存在的不足,使整車性能得以提高[5]。

        (2)在發(fā)動機低壓油路系統(tǒng)的應(yīng)用。低壓油路一般由油箱、輸油管、油水分離器、燃油濾清器、輸油泵等組成(圖7),與高壓油路一起稱為發(fā)動機的供給系統(tǒng)。低壓油路的管路聯(lián)接系統(tǒng)在整個發(fā)動機系統(tǒng)中占據(jù)著重要作用,如果管路接頭密封性能不好極易造成負(fù)壓,使油路中形成氣泡而造成發(fā)動機故障,同時安全性和易拆卸性也是發(fā)動機低壓油路接頭需要考核的重要指標(biāo)。

        文中所述C 型快速管接頭為筆者自主開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品,通過了國家級臺架試驗檢定和整車試裝試驗,各方面的性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

        快速管接頭與傳統(tǒng)卡套式接頭相比,由于其良好的密封性能和結(jié)構(gòu)特點,不論是在底盤制動系統(tǒng),還是在發(fā)動機低壓油路上的應(yīng)用,不僅提高產(chǎn)品性能,同時也改善現(xiàn)有汽車管路的裝配方式,提高了工作效率,降低了綜合成本。

        3 市場前景及社會經(jīng)濟(jì)效益

        (1)市場前景。目前國內(nèi)市場的快速管接頭處于剛剛導(dǎo)入階段,其市場容量十分巨大,根據(jù)國家工信部最新公布數(shù)字,2011 年商用車全年產(chǎn)銷量分別為393.36 萬輛和403.27 萬輛,增長率雖比2010 年有所下降,但整體汽車市場仍處在快速發(fā)展階段,不管是重型載貨車、掛車還是大型客車銷量的增加,都將帶動汽車底盤銷量的上升,快插管接頭作為底盤制動系統(tǒng)的零部件,其市場容量都將逐步增大。因此快插管接頭市場前景十分廣闊。

        (2)經(jīng)濟(jì)效益。在全球眾多的汽車管件制造企業(yè)中,汽車快速管件的設(shè)計開發(fā)及推廣應(yīng)用已是必然趨勢。目前市場及技術(shù)條件已經(jīng)成熟,一旦付諸實施,必將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。根據(jù)現(xiàn)有試裝車測算,對于整車廠已可實現(xiàn)的具體指標(biāo)如下:

        整車管件裝配效率提高60%;

        工人勞動強度降低70%;

        整車管路系統(tǒng)重量降低30%;

        整體管路系統(tǒng)制造成本降低20%。

        同時對于汽車零部件制造商也是一個極大的機遇,快速管接頭一旦在商用車推廣應(yīng)用,其市場容量將是十分巨大的,以2011 年商用車產(chǎn)量計算,僅汽車管件全年總產(chǎn)值預(yù)計將達(dá)到60 億人民幣左右,因此快速管件在商用車上的快速應(yīng)用,不但會催生出一批專業(yè)化和規(guī)模化的先進(jìn)汽車零部件制造企業(yè),而且對整個汽車行業(yè)的發(fā)展也將起到極大的推進(jìn)作用。

        (3)社會效益。低碳經(jīng)濟(jì)已成為國家層面乃至全球經(jīng)濟(jì)共同追求的目標(biāo)。宏觀環(huán)境的變化也不可避免地輻射到微觀行業(yè),特別是汽車零部件行業(yè),這就要求汽車零部件企業(yè)應(yīng)該盡早進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級,提高自身技術(shù)含量。要有意識發(fā)展高附加值產(chǎn)品、發(fā)展自主核心技術(shù),生產(chǎn)高技術(shù)含量產(chǎn)品,由中國制造走向中國創(chuàng)造。文中涉及的汽車用快速管接頭,擁有自主知識產(chǎn)權(quán),不僅適應(yīng)了當(dāng)今市場的需求,提高了產(chǎn)品競爭力,同時在國內(nèi)汽車零部件同類行業(yè)中處于領(lǐng)先地位,快速管接頭的開發(fā)以及在商用車上的推廣應(yīng)用將會引導(dǎo)汽車零部件制造企業(yè)努力朝著研發(fā)和生產(chǎn)具有高附加值產(chǎn)品的方向發(fā)展,促進(jìn)汽車零部件行業(yè)的整體進(jìn)步。

        4 結(jié)束語

        中國汽車市場的高增長必將帶動汽車行業(yè)的全面發(fā)展和繁榮,汽車管路作為車輛中必不可少的系統(tǒng),特別是在底盤制動系統(tǒng)中更占據(jù)了十分重要的地位,其中管接頭的優(yōu)良是影響整個車輛安全的重要指標(biāo),快速管接頭不但提高了產(chǎn)品氣密封性,解決現(xiàn)有卡套式管接頭普遍存在的“漏氣”、 “漏油”、“漏水”等三漏問題;在滿足汽車使用安全性指標(biāo)的前提下實現(xiàn)了快速插拔;改變了汽車管件的裝配方式,提高工人工作效率,降低整車綜合成本。并同時解決了現(xiàn)有卡套式管接頭存在的裝配困難、安裝易受空間限制等問題;在彎通、三通以及四通管接頭上實現(xiàn)了可旋轉(zhuǎn)性。滿足管路系統(tǒng)整體氣密封性要求,解決了現(xiàn)有普通管路系統(tǒng)管線布置混亂以及安裝受限等問題;同等規(guī)格和數(shù)量的管接頭比現(xiàn)有卡套式管接頭重量減輕30%,降低了整車能耗,減少了廢氣排放,滿足國家節(jié)能環(huán)保要求,可達(dá)到商用車國Ⅸ排放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

        通過以上分析,快速管接頭在商用車上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,不但給相關(guān)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,同時還將引導(dǎo)汽車零部件的基礎(chǔ)行業(yè)逐步走向自主創(chuàng)新之路。

        【1】杜婷婷.快插接頭在氣制動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2006(4):59-61.

        【2】于峻峰. 國外卡車氣制動系統(tǒng)管接頭的發(fā)展[J]. 重型汽車,2005(2):18-19.

        【3】丁一,周福庚.快插式制動管路接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009(32):210-212.

        【4】何永輝,段旭東. 一種新型的快插式接頭結(jié)構(gòu)[J]. 專用汽車,2008(12):56-57.

        【5】楊慧鋼.制動管路對整車制動系統(tǒng)的影響[J]. 汽車科技,2009(6):68-71.

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