某重型車輛發動機散熱系統膠管開裂問題分析

李強，楊少東，屠振池

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

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某重型車輛發動機散熱系統膠管開裂問題分析

李強，楊少東，屠振池

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

某重型車輛發動機散熱系統膠管開裂，導致系統出現滴滲防凍液現象。通過整車散熱系統壓力測試和開裂膠管分析，確定膠管開裂的根本原因，解決車輛發動機散熱系統因膠管開裂導致滴滲防凍液問題。

散熱系統；膠管；開裂

0 引言

重型車輛散熱系統管路容易出現滴漏防凍液問題，其中因連接膠管開裂導致該問題的發生占很大比例。文中根據國內某重型車輛發動機散熱系統膠管開裂問題的分析，確定膠管開裂的根本原因，從而改進發動機散熱系統的設計。

1 散熱系統簡介

某重型車輛裝配有變矩器和緩行器，其運行時產生大量熱能，需通過熱交換器將熱能傳遞給發動機冷卻液，冷卻液通過發動機散熱系統進行冷卻。

該散熱系統由散熱器、熱交換器、輸水鋼管、膠管組成。輸水鋼管與散熱器和熱交換器通過膠管連接，膠管外部設有卡箍，用于固定膠管兩端。

2 問題描述

車輛在使用過程中，經常發生膠管開裂問題，導致散熱系統滴滲防凍液，如圖1所示，針對膠管開裂進行問題分析。

3 問題原因分析

導致出現該問題的可能因素主要有兩方面，如下：

(1)冷卻系統水泵的最大壓力為240kPa，膠管技術要求耐壓能力為300kPa，水泵從散熱水箱吸水，送入發動機冷卻水道，經發動機冷卻水道后返回散熱水箱。車輛在實際運行過程中冷卻系統的局部壓力可能大于額定值，膠管長時間過載使用導致開裂。

(2)膠管圖紙中要求為：三元乙丙橡膠加一層纖維，耐熱，在壓力為300kPa、溫度為-40～120 ℃的環境下可長期使用。但膠管實際采用的材料、加工工藝等可能存在缺陷，其指標不能滿足HG/T2491-1993《汽車用輸水橡膠軟管執行標準》和車輛實際的使用要求。

4 試驗分析情況

針對以上兩方面可能原因，通過試驗和分析，確定膠管開裂的根本原因。試驗及分析如下：

4.1 冷卻系統壓力測試試驗

4.1.1 試驗過程

在發動機散熱系統的測試點安裝壓力傳感器,共4個點，分布于散熱器和發動機進出口。

壓力傳感器及信息采集器安裝完成后，運行車輛，待發動機節溫器開啟(冷卻水溫度達到85 ℃時以上)時，記錄發動機不同轉速下各點壓力值，并將數據整理，發現發動機轉速在2 300r/min時，各測試點壓力最高分別為103.65、113.36、190.93和140.84kPa。

4.1.2 試驗結論及分析

冷卻系統壓力測試試驗的各測試點包括了冷卻系統全部壓力點。冷卻系統實際運行的最大壓力在發動機轉速為2 300r/min時，壓力值最高為190.93kPa，不存在局部壓力大于額定值現象，排除膠管長時間過載使用的原因造成膠管破裂。

4.2 膠管材料及性能分析

4.2.1 材料及性能分析情況

對問題膠管及同批次膠管進行材料、性能分析對比，并對膠管開裂原因進行分析。

分析情況如下：

(1)形貌觀察

觀察開裂膠管的宏觀形貌：開裂位置位于膠管的中部區域，裂紋基本沿軸向擴展，開裂區域內外兩層膠層存在大面積分層現象，部分纖維布未見明顯浸膠現象。

采用機械方法將裂紋分解下來對裂紋斷面進行觀察：內層膠層裂紋源區附近相鄰軸向壓痕位置存在微裂紋。

將兩層膠層斷口分別置于掃描電鏡下進行形貌觀察，兩層膠層斷口的微觀形貌基本一致：裂紋源區主要呈撕裂+磨損形貌，擴展區均呈撕裂形貌。

(2)紅外光譜分析

從兩膠管分別取樣進行紅外光譜分析，表明兩個膠管所用橡膠均為乙丙橡膠，符合技術要求。

(3)力學性能測試及形貌觀察

在兩膠管上分別取5個力學性能試樣(沿軸向)，按照GB/T528-2009標準對上述10個試樣進行拉伸強度及斷裂伸長率測試。

測試結果表明：

(1)開裂膠管拉伸強度比新膠管的拉伸強度略低、伸長率高約28%，表明開裂膠管在使用一段時間后拉伸性能未見明顯的下降；

表1 膠管力學性能測試結果匯總表

(2)兩膠管的拉伸強度和斷裂伸長率低于汽車用輸水橡膠軟管標準中增強膠管拉伸強度和斷裂伸長率要求(拉伸強度不小于8.0MPa、斷裂伸長率不小于300%)，如表1所示。

(3)取部分試樣進行層間分離試驗，結果表明：膠管各層間的粘合強度較低，兩層膠層基本處于分層狀態，中間纖維布未起到有效的增強作用，且纖維布壓痕為應力集中區。

4.2.2 膠管材料及性能分析結論

通過對失效膠管的分析，認為由于膠管力學性能低于標準要求，且層間粘合強度較低，在使用內壓的作用下，首先從夾層纖維布壓痕應力集中區域萌生裂紋并擴展，進一步降低承載能力，最終導致膠管破裂。

5 結論

通過以上冷卻系統壓力測試試驗和膠管的材料及性能分析可知：

該重型車輛發動機散熱系統連接膠管開裂的原因是：膠管存在質量問題，力學性能指標不符合HG/T2491-1993《汽車用輸水橡膠軟管執行標準》的規定，層間粘合強度較低，在使用內壓作用下，從夾層纖維布壓痕應力集中區域萌生裂紋并擴展，最終導致膠管破裂。

6 結束語

發動機散熱系統連接膠管使用的橡膠為乙丙橡膠。乙丙橡膠是乙烯和丙烯的共聚體，抗臭氧性、耐紫外線、耐候性和耐老化性優異，居通用橡膠之首；電絕緣性、耐化學性、沖擊彈性很好，耐酸堿、比重小，可進行高填充配合；耐熱可達150 ℃，耐極性溶劑(酮、酯等)，但不耐脂肪烴和芳香烴，其他物理性能略次于天然橡膠而優于丁苯橡膠。

根據膠管開裂原因分析結果：膠管在生產過程中，材料性能和生產工藝存在缺陷，造成力學性能低于標準，層間粘合強度較低；車輛運行時，膠管長時間在85～95 ℃溫度環境下工作，最終造成膠管開裂。

【1】黃暉.發動機冷卻系統的研究與優化設計[D].濟南：山東大學,2005.

【2】林小珍.八橋全地面起重機冷卻系統效能研究[D].長春：吉林大學,2014.

【3】鄭文博.國內外汽車用橡膠軟管現狀及發展趨勢[J].橡膠科技市場,2013(6):5-9.

【4】徐世清.航空橡膠軟管低壓爆破失效分析[J].材料工程,1995(1):41-44.

AnalysisoftheHoseCrackingofaHeavyDutyVehicleEngineCoolingSystem

LIQiang,YANGShaodong,TUZhenchi

(TaianAerospaceSpecialVehicleCo.,Ltd.,TaianShandong271000,China)

Thehoseofenginecoolingsystemofaheavy-dutyvehiclecracked,resultinginthephenomenonoftheseepageofantifreeze.Bythevehiclecoolingsystempressuretestandcrackedhoseanalysis,therootcauseofthehosecrackingwasidentified,andtheproblemoftheseepageofantifreezecausedbythehoseofenginecoolingsystemcrackingwassolved.

Enginecoolingsystem；Hose；Cracking

2015-11-10

李強(1986—)，男，本科，助理工程師，研究方向為車輛工程。E-mail:15153829123@163.com。

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