重型汽車排氣制動閥失效分析及改進

摘 要：文章通過對重型汽車制動閥失效件的解剖分析，通過理化檢測等手段，從使用性能及結構分析入手，對失效模式及失效原因進行了細致的分析，并提出改進方案得以應用。

關鍵詞：重型汽車；排氣制動閥；閥體卡滯；氣缸漏氣

1 概述

排氣制動，即通過控制汽車尾氣的排放來實現汽車輔助制動。對于經常行駛于山區及濕滑路面的車輛，排氣制動對防止側滑、延長輪胎的使用壽命，節省燃料，以及保護行車制動器處于低溫狀態而延長其使用壽命具有重要的意義[1]。國產重型卡車采用蝶形排氣制動閥結構，其安裝位置及組成結構分別見圖1、圖2所示。

圖1 安裝位置

近年來，國產重卡蝶形排氣制動閥失效頻次極高，售后索賠額較高。通過對失效件的分析，發現主要失效方式有兩種：一、制動閥卡滯或卡死，二、氣缸卡塞、漏氣。

2 失效模式檢查及分析

2.1 制動閥卡滯或卡死失效

2.1.1 解剖分析

外觀檢查制動閥卡死的零件，連接板、氣缸等外觀完好無損傷，蝶閥片及其工作腔體內壁附著嚴重的銹蝕產物及少量黑色積炭。拆卸檢查，氣缸外觀良好，活塞桿拉出、復位無卡滯，氣缸、推桿連接處轉動靈活，連接板外觀完好，各連接處無脫開、松動等。蝶閥片在工作腔體內處于打開的最大位置，無法轉動。進一步解剖檢查（見圖3），安裝在固定端的壓縮彈簧銹蝕，連接板側腔體軸孔內軸套內壁及外端面銹蝕嚴重。將軸打出，卡死端軸和一軸套配合（見圖4），肉眼可見表面及軸套內壁有嚴重的高溫銹蝕。軸的轉動帶動閥片開啟關閉，軸和軸套高溫銹蝕卡死，導致閥片不能轉動。

2.1.2 理化檢查結果

對轉軸、軸套、閥片腔體、閥片等零件進行理化檢查，轉軸材料為40Cr，調質熱處理，基體硬度平均為311HV，軸套材料為鐵基粉末冶金材料，燒結制品，孔隙率較大。閥片為灰鑄鐵材料，金相組織良好，基體硬度平均為266HBW5/750，閥片腔體也是灰鑄鐵，金相組織良好，基體硬度平均為158HBW5/750。

2.1.3 分析結果

蝶閥片、閥片腔體、轉軸等零件質量基本正常，軸套孔隙率則較大。排氣制動閥工作在發動機排放的高溫、高水蒸氣含量、高氧化性氣氛含量等復雜環境中，碳鋼零件或表面未經任何防腐、防高溫氧化處理會被迅速氧化。高熱、高濕環境下，粉末冶金材料孔隙中儲存的油脂極易氣化逸出，導致其潤滑作用盡失，孔隙更利于氧化性氣氛浸入加速氧化，直接影響轉軸與軸孔的配合間隙量。在二者綜合作用下，轉軸與軸套之間轉動困難，最終造成制動閥零件卡死。

2.2 氣缸卡塞、漏氣失效

2.2.1 解剖分析

氣缸外觀及內部結構見圖5、圖6。卡塞的氣缸外觀無異常，活塞桿伸出端無防塵罩等結構。將氣缸中部環向切開觀察，可見內部各部件表面布滿黃褐色粉狀物及紅褐色附著物見圖7。經分析判斷，黃褐色粉狀物主要為泥漿脫水后的細小顆粒，紅褐色附著物則為鐵的低溫氧化銹蝕產物，O型橡膠圈及氣缸端蓋上亦附著此類物質。塑料缸蓋由于活塞桿處灰塵進入，往復運動磨損，缸蓋變形導致密封不良，造成氣缸漏氣，圖8為漏氣氣缸缸蓋（已磨損變形）。

2.2.2 理化檢驗結果

活塞桿導向套、彈簧支座、氣缸端蓋、缸蓋所采用的材料均為高性能工程塑料，缸體為ZL101鑄鋁合金，彈簧為65Mn彈簧鋼，組織性能良好，O型圈、活塞密封圈為PVDF-聚偏氟乙烯，防塵罩材料為EPDM三元乙丙橡膠。

2.2.3 結果分析

因氣缸內異物（粉塵、水珠等）進入，導致缸內各零部件或銹蝕、或互相黏著，導致活塞桿與活塞桿導向套間、或活塞密封圈與氣缸內壁間難以滑動，最終引起卡塞現象。由此判斷，卡塞氣缸內的金屬銹蝕產物及粉末狀粉塵是導致其卡塞的主要原因。

外來異物（粉塵、水珠等）首先堆積在破裂防塵罩處，活塞桿進入氣缸過程中，形成相對的負壓環境，堆積在防塵罩破裂口處的異物被動進入氣缸，吸附在活塞密封圈及活塞桿O型密封圈表面，當活塞桿工作時，這些吸附物刮擦并損傷密封圈、缸體內壁及活塞桿等，造成密封不嚴，導致氣缸漏氣。

3 解決方法

3.1 制動閥卡滯或卡死失效解決方案

排氣制動閥高溫高濕的工作環境，軸和軸套的銹蝕造成卡滯或卡死，導致了功能的失效，所以提高軸和軸套的耐蝕性是唯一的解決途徑，故改進采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼的軸和軸套，解決了制動閥卡死的失效故障。

3.2 氣缸卡塞、漏氣失效解決方案

失效氣缸為塑料缸蓋帶呼吸孔，外加橡膠防塵罩，在實際使用中，防塵罩脫落或破裂，吸入大量的塵土和水汽，造成氣缸內腐蝕和活塞桿磨損，導致卡塞和漏氣失效，解決方案主要是防止灰塵進入，將缸蓋用鋁合金材料代替原來的塑料缸蓋，用外裝消音器取代原來的塑料缸蓋的呼吸孔，同時去掉防塵罩，解決了氣缸卡塞、漏氣失效故障。見圖9、圖10。

4 結束語

重型汽車排氣制動閥閥片卡滯、卡死失效，氣缸卡塞、漏氣失效均為腐蝕引起的失效故障，閥體和排氣管相連，處于發動機排放產生的高溫高濕環境，軸和軸套選用普通鋼鐵材料易造成銹蝕，改用不銹鋼材料解決了腐蝕卡死失效故障；氣缸在防塵罩脫落或破裂的情況下，塑料缸蓋呼吸孔吸入塵土、水汽，造成腐蝕卡塞及磨損變形漏氣失效。改變為鋁合金缸蓋加裝消音器結構，解決了該故障。改進后的方案已批量裝車，并試驗驗證效果良好。

參考文獻

[1]蔣雪生.輔助制動系統在客車上的使用[J].客車技術與研究，2004，

4（26）：30-32.

作者簡介：徐萍（1984，03-），就職于陜西重型汽車有限公司，工程師。