動(dòng)車組列車管路密封性研究

馬佰全 萬佳

摘要：動(dòng)車組列車以其安全、高效、舒適的優(yōu)勢一直作為人們中長途出行的首選方式。隨著近些年高速動(dòng)車組行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)車輛各方面性能都有了更深層次的研究。列車管路在車上最重要的作用是傳遞氣壓保障列車制動(dòng)力的存在，而管路密封也成了重點(diǎn)研究的對(duì)象。本文從列車管路的材質(zhì)、螺紋結(jié)構(gòu)等方面著手，淺析列車管路連接密封性的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組列車;材質(zhì);螺紋結(jié)構(gòu);管路密封

1? 研究背景

隨著近些年 “八縱八橫”、“一帶一路”戰(zhàn)略的提出與推進(jìn)，加速了我國高速動(dòng)車組行業(yè)的快速發(fā)展，人們的出行也變得更為便利。但是隨著動(dòng)車組列車運(yùn)行速度等級(jí)的提升，車輛上搭載的各類部件都受到了極大的挑戰(zhàn)。列車管路作為車上制動(dòng)力穩(wěn)定工作的保障，密封性一直是人們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。管路密封問題比較復(fù)雜，它涉及到機(jī)械學(xué)、材料科學(xué)以及摩擦學(xué)等多個(gè)學(xué)科，一直是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)難題。尤其本文研究的高速動(dòng)車組列車，在運(yùn)營過程中輪軌作用力巨大，列車管路長期受到振動(dòng)及交變載荷的作用，使管路工作環(huán)境十分惡劣。本文從管路材質(zhì)要求，螺紋結(jié)構(gòu)等方面著手分析，探究影響管路密封性的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)。

2? 管路材質(zhì)

材質(zhì)的選擇是保障管路密封性的首要任務(wù)。動(dòng)車組列車常年奔跑在各類線路環(huán)境中，長期收到雨水、雪水、風(fēng)沙等的影響，腐蝕性嚴(yán)重，所以管路材質(zhì)首先需要保證耐腐蝕性。根據(jù)根據(jù)TB/T 3305.2的要求，動(dòng)車組用不銹鋼管路需使用奧氏體不銹鋼，該類不銹鋼管材綜合性優(yōu)良，具有無磁性且高韌性和塑性的特征，能夠耐腐蝕抗氧化，廣泛應(yīng)用在動(dòng)車組列車中，管材牌號(hào)及化學(xué)成分如表1所示。

3? 管螺紋分類

管路連接主要依靠管螺紋進(jìn)行連接，分為英寸制管螺紋和米制管螺紋兩大類。其中，英寸制管螺紋按牙型又可分為55°管螺紋和60°管螺紋兩種，如表2所示。

管路螺紋密封連接形式常見的有兩種：圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋配合以及圓錐內(nèi)螺紋與圓柱外螺紋的配合。兩種配合方式都具有密封性，但是密封原理存在差異性。圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋配合是一種利用兩個(gè)圓錐面貼合進(jìn)行密封的方式，屬于面貼合密封;圓錐內(nèi)螺紋與圓柱外螺紋的配合是圓錐面與圓柱上一環(huán)貼合進(jìn)行密封的方式，屬于線貼合密封，兩種貼合方式見圖1。由于面貼合密封的接觸面比較大，在遇到劇烈振動(dòng)、沖擊的情況下貼合面不容易被破壞，管路螺紋依舊可以保證良好的密封性，所以動(dòng)車組列車上更傾向于面貼合的密封方式。而線貼合方式往往使用在靜作用力的狀態(tài)下，如水、煤氣等管路的連接。

4? 管路密封研究

4.1 提升接觸壓力

列車管路連接為金屬與金屬配合，當(dāng)密封面上的接觸壓力大于內(nèi)部流體壓力時(shí)，管路接頭密封可靠，可以保證管路密封性良好。但是理想中的光滑接觸面是不存在的，在管螺紋加工過程中加工出的接觸面必然是連續(xù)的波峰波谷組成，若在接觸位置的流體壓力超過管路連接壓力，此處就會(huì)出現(xiàn)泄漏。但是在螺紋連接狀態(tài)下，螺紋以及其他連接不為會(huì)尤其壓緊力的作用使金屬材料發(fā)生微變，縮減了接觸面泄露面的截面面積，也增大了接觸面壓力，使其無法發(fā)生泄漏。所以，在設(shè)計(jì)管路接頭時(shí)，為了使金屬和金屬密封結(jié)構(gòu)具有良好的密封性能，應(yīng)保證密封面接觸壓力盡可能大，以減小泄漏路徑的面積;并提高密封面接觸面積，避免泄漏。

4.2 改變連接方式

管路螺紋連接是常見的連接方式，但是卡套式連接方式也慢慢出現(xiàn)在各類管路連接中。卡套式管接頭通常由三部分組成：接頭管，卡套，螺母。利用卡套壓力機(jī)將卡套壓在接頭管路上，使卡套和螺母套在管路上插入接頭管后，旋緊螺母時(shí)，卡套前段外側(cè)與接頭管錐面貼合，內(nèi)刃均勻的咬入無縫鋼管形成密封，見圖2所示。卡套式連接不受螺紋加工情況的限制，但對(duì)管路材質(zhì)及表面狀態(tài)有很高的要求。薄壁管路多采用卡套式連接方式，動(dòng)車組列車還是使用管路螺紋連接密封較多。

4.3 增加密封劑

密封劑能夠在連接處增加一層密封防護(hù)，填充螺紋連接部位，保證密封性。密封劑的選擇首先需要保證其固化時(shí)間快、填隙能力強(qiáng)、防松效果好。尤其在動(dòng)車組列車上使用的管路密封劑需要具有合適的粘度及強(qiáng)度，適用于任何用途與環(huán)境，包括在各種嚴(yán)酷和惡劣的環(huán)境條件下的應(yīng)用。該厭氧型螺紋鎖固劑在室溫固化后形成不同強(qiáng)度的熱固性塑料，使螺紋緊固件耐沖擊、耐振動(dòng)、不滲漏、不銹死、耐腐蝕的特點(diǎn)。

5? 總結(jié)

我國地域遼闊，人口眾多，對(duì)于中長途的交通運(yùn)輸需求十分巨大。動(dòng)車組列車憑借其安全、快速、準(zhǔn)時(shí)、舒適等優(yōu)點(diǎn)成為人們出行的首選方式。但是隨著高速動(dòng)車組列車運(yùn)行速度等級(jí)的不斷提升，車輛受到的交變載荷以及振動(dòng)沖擊在不斷能提升。列車管路作為動(dòng)車組列車上傳遞制動(dòng)力的關(guān)鍵部件，管路密封性直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全性。本文從管路本身開始討論，論述了列車管路多為奧氏體不銹鋼，螺紋結(jié)構(gòu)為圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋配合方式，淺析了影響管路密封性的關(guān)鍵項(xiàng)點(diǎn)，如螺紋連接壓力、是否帶有密封劑以及是否采用卡套式連接等。

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