淺談軍用空調制冷系統管路抗振動、抗沖擊工藝措施

方 偉 郭立芝

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著現代通信技術和武器裝備的發展，許多通信設備普遍采用集成電路、CPU控制、液晶顯示等高新技術，這些設備對其工作環境，特別是溫度要求比較苛刻，而裝車后通信車及其車載設備必須滿足《軍用通信車通用規范》的要求，即通信車應能在（-40～+55）℃的環境條件下正常工作，應能在（-50～+70）℃的環境條件下貯存。這樣車載通信設備的溫度敏感性與通信車的環境適應性就產生了矛盾，為解決上述問題，軍用空調由此誕生了。

軍用空調技術是從民用空調技術基礎上發展起來的。所以早期軍用空調設備基本上是由民用空調器改制而成，只是從抗振角度出發，將民用空調的自攻螺釘改成了螺栓連接；為適應車載方式，壓縮機采用了機械限位措施；為增加空調設備耐高溫性能，加大了冷凝面積和冷凝風量，為適應低溫要求，取消熱泵制熱方式而采用簡單的電加熱方式。

以上幾項技術創新，基本奠定了軍用空調技術的基礎。經過以上技術處理后的民用空調也就基本具有軍用空調設備的幾大特征，即抗振、抗沖擊，耐高溫、低溫等。這是軍用空調技術發展的第一階段，即改型軍用空調技術階段。此階段還局限于方艙用軍用空調領域。

自1992年開展根據用戶需要而專門設計匹配，軍用空調技術發展進入到第二階段。為進一步消除壓縮機的過振動對進出口管的影響，避震金屬軟管得到了廣泛的運用，壓縮機限位機構由金屬板卡箍改為柔性的鋼絲繩結構。

自1998年初開展某型號配套軍用空調設備開始，軍用空調技術發展進入到第三個階段，即全面發展階段。某型號項目成功后，標志軍用空調技術由單一的方艙空調技術向裝甲空調技術轉化成功。到2000年底，通過持續12年的技術探索和創新，已掌握了方艙、裝甲、坦克、汽車等多種軍用空調研制技術以及在抗沖擊、抗振動方面的經驗，為公司后續的快速發展積累了寶貴的技術基礎。

本文針對軍用空調系統管路出現的常見管路斷裂問題進行了原因分析，結合軍用空調在抗沖擊、抗振動方面的實踐和摸索，相應提出解決該問題的有效工藝措施。

1 制冷系統管路存在的常見管路斷裂問題

1.1 剛性連接引起的管路斷裂問題

系統管路因剛性連接方式受到振動而導致蒸發器管路根部斷裂的典型事例（圖1）。軍用空調制冷運行時，由于壓縮機轉動部件的質量中心偏離轉軸中心而產生振動，該振動以彈性波形式傳給與其連接的制冷系統管路，從而導致系統管路中的排氣管或回汽管（壓縮機出管與進管名稱）長時間受力振動，當振動達到系統管路疲勞極限時，排氣管或回汽管就會出現斷裂，從而引起制冷劑泄漏而無法正常工作。

圖1 某型號軍用空調換熱器管路根部斷裂位置示意圖

1.2 制冷元件未固定引起的管路斷裂問題

制冷元件未固定導致制冷元件根部斷裂的典型事例（圖2）。車輛在行駛過程中，因路況惡劣，軍用空調會受到車輛傳導過來的間歇式振動或沖擊，當沖擊振動幅度超過管路允許的變形極限時，系統管路薄弱環節就會出現斷裂現象，進而導致制冷劑泄漏而無法正常工作。

圖2 某型號軍用空調視鏡紫銅管焊接處斷裂位置示意圖

1.3 設計缺陷引起的管路斷裂問題

排氣管走向設計不合理導致排氣管斷裂的典型事例（圖3）。軍用空調制冷運行時，制冷系統管路受到來自壓縮機的振動，制冷系統管路在壓縮機工作時一直處于受力狀態。如果制冷系統管路走向設計不合理或管路折彎半徑設計過小時，在制冷系統管路與壓縮機或其它制冷元件的焊接處為薄弱處，受力大增，會較快達到疲勞極限而出現管路斷裂或撕裂現象。

圖3 某型號軍用空調排氣管根部斷裂位置示意圖

2 解決管路斷裂的工藝措施

2.1 解決壓縮機振動引起的排氣管或回汽管斷裂的工藝措施

振源產生振動，通過介質傳至受振對象，從而引起管路震裂。因此，減弱壓縮機傳給支撐結構的振動及限制壓縮機振幅是解決該問題最直接、最有效的工藝措施。

2.1.1 壓縮機傳給支撐結構的控制

圖4為軍用空調壓縮機和管路由剛性連接調整為彈性連接的典型結構。為減弱壓縮機傳給支撐結構的振動，可以在壓縮機與支撐結構之間安裝彈性構件，如彈簧、橡膠墊等，軍用空調壓縮機安裝時采用橡膠減震塊，且效果最佳。當壓縮機安裝橡膠減震塊后，壓縮機本身的振動會顯著增強，這對具有剛性連接的系統管路和壓縮機本身非常不利，可能導致系統管路或壓縮機損壞，因此適當限制橡膠減震塊的振幅，以及在壓縮機進出口處采用安裝金屬軟管或減震環等工藝措施來解決壓縮機振動引起管路斷裂的問題。如圖4，圖中壓縮機安裝橡膠減震墊后，采用限位銷控制壓縮機振幅，再采用鎖緊螺母防松，此結構基本解決了壓縮機傳給支撐結構引起的沖擊振動；在壓縮機進、出口處安裝金屬軟管，此結構將排氣管、回汽管與壓縮機剛性連接變更為彈性連接，進而從根本上解決了壓縮機自身振動引起排氣管或回汽管因剛性連接產生的斷裂。

圖4 某型號軍用空調壓縮機和管路彈性連接結構示意圖

2.1.2 壓縮機振幅的控制

壓縮機為細長型部件，其在振動過程中和隨車行駛過程中，壓縮機會產生一定的擺動，因此必須控制壓縮機擺動的幅度。如圖5，圖中壓縮機限位卡組件、鋼絲繩與壓縮機間隙均調整為3～5 mm（鋼絲繩通過鎖緊螺母固定在壓機限位卡組件上），從而有效控制了壓縮機擺幅。

圖5 某型號軍用空調控制壓縮機擺幅結構示意圖

按GJB 1913A-2006《軍用方艙空調設備通用規范》中的振動和沖擊試驗要求進行試驗驗證，上述工藝結構有效解決了因壓縮機振動而造成排汽管或回汽管被震裂的問題。

2.2 解決系統管路薄弱環節因受到沖擊而斷裂的工藝措施

車輛在行駛過程中，軍用空調系統管路會受到嚴重的沖擊。長期下去，當系統管路（基本為紫銅管）達到其疲勞極限時，在管路焊接處就會很容易被震裂或被震變形。為解決該問題，本文提出了3項解決工藝措施：

1）加大系統管路壁厚。根據大量實踐，制冷系統管路壁厚一般采用1 mm（民用空調一般0.75 mm），以此增加系統管路的強度與剛度，提高系統管路抗振動、抗沖擊的能力。

2）在系統管路薄弱環節加裝管夾。軍用空調蒸發器、冷凝器沿用民用空調的蒸發器、冷凝器結構，其壁厚較薄，只有0.35 mm，是整個制冷系統較薄弱環節。根據近幾年沖擊、振動試驗表明，試驗失敗十之八九是蒸發器、冷凝器進出管根部斷裂。為解決上述問題，現采取蒸發器和冷凝器進出管固定方式，即將進出管路固定到框架或者蒸發器、冷凝器管板上，避免管路在沖擊振動中發生位移，導致進出管根部斷裂，從而有效解決了蒸發器、冷凝器進出管根部斷裂問題。

3）系統管路跨度過大或管路之間互相接觸摩擦。管路之間跨度過大，在沖擊振動過程中，管路擺動過大，會導致管路容易震裂。一般在管路最容易擺動的位置加管路支架，用管卡將管路固定到支架上，限制管路在沖擊、振動過程中的擺動幅度。對管路與管路之間的摩擦問題，一般采用橡塑泡沫管隔振，以此防止管路之間、管路與接觸零件之間發生摩擦而導致管路破裂或變形等質量問題。

根據以上分析，圖1、圖2的管路斷裂問題就迎刃而解了。

2.2.1 軍用空調換熱器管路根部斷裂原因分析

該型號軍用空調室內機蒸發器使用的銅管為Φ7X0.27+0.15的紫銅管，管壁厚為0.27 mm；與換熱器焊接的紫銅管壁厚為1 mm，考慮到換熱器與空調框架采取剛性連接，在振動、沖擊過程中，換熱器與框架之間不產生相對位移，與換熱器焊接的紫銅管由于受振動、沖擊作用會與換熱器本身產生微小的位移，換熱器上的紫銅管因受力產生微小變形，而換熱器上紫銅管因其兩邊的邊板固定，焊接點與邊板的距離非常近，應力集中在邊板與換熱器紫銅管接觸處，因此導致換熱器紫銅管容易在根部出去斷裂。

2.2.2 軍用空調換熱器管路根部斷裂問題工藝優化措施

在換熱器焊接處增加固定塊，固定塊與換熱器采取剛性連接，再將與換熱器焊接的紫銅管與固定塊焊接，使換熱器紫銅管在振動、沖擊中不受力，讓應力傳遞到與換熱器焊接的紫銅管，由于與換熱器焊接的紫銅管壁厚為1 mm，且該管相對較長，承受應力時比較分散，改進后的軍用空調設備按GJB 1913A-2006《軍用方艙空調設備通用規范》中的振動和沖擊試驗要求進行試驗驗證，沒有再次發生管路斷裂現象（如圖6）。

圖6 換熱器端部出管固定示意圖

2.2.3 軍用空調視鏡紫銅管焊接處斷裂原因分析

視鏡處管路因視鏡懸空且視鏡較重，故該處管路為管路薄弱環節。該處管路在受到較大沖擊時，視鏡振幅大于兩端管路振幅，視鏡兩端管路焊接處會受到較大應力，待應力集中達到紫銅管疲勞極限時，視鏡兩端焊接處即會出現斷裂。

2.2.4 軍用空調視鏡紫銅管焊接處斷裂問題工藝優化措施

在視鏡下方添加視鏡架，將視鏡架固定在框架上，再用視鏡卡將視鏡固定在視鏡架上，使該處管路隨軍用空調框架一起振動，消除局部應力產生的疲勞損傷。按GJB 1913A-2006《軍用方艙空調設備通用規范》中的振動和沖擊試驗要求進行試驗驗證，改進后的軍用空調設備沒有再次發生管路斷裂現在（如圖7）。

2.3 解決系統管路因結構設計不合理而斷裂的工藝措施

系統管路走向設計不合理，往往容易發生管路斷裂。因此，在系統管路與壓縮機、氣液分離器或其它制冷元件連接時，不能直接連接，應增加“減震彎”，以此增加管路撓度及增強管路吸震能力。因此，圖3排氣管發生斷裂就不難理解了。

2.3.1 軍用空調排氣管根部斷裂原因分析

在軍用空調設備隨車振動過程中，壓縮機隨之振動，為保護壓縮機內部零件如電機、閥片等不被震壞，在壓縮機與空調底盤連接處設置減震橡膠墊，通過壓縮機外部的位移來減少壓縮機內部的振動。此位移與振動將傳遞到壓縮機剛性連接的排氣管上。排氣管因設計考慮不周，沒有預留“減震彎”，且管路長度過短，折彎半徑過小，缺少圓弧彎曲等增加管路撓度的措施；另外，排氣管根部距排氣管被固定卡卡死處不足200 mm，位移基本被限制。所以排氣管吸收振動能力差。當振動的壓縮機與基本沒有位移且撓度差的排氣管剛性連接在一起時，管路連接處必然斷裂。

2.3.2 軍用空調排氣管根部斷裂問題工藝優化措施

首先，增加排氣管折彎處的折彎半徑，在排氣管上設置圓弧彎曲，即“減震彎”，以提高管路撓度，增加管路吸震能力；其次，加長排氣管根部至排氣管固定卡處管路長度，使排氣管可以承受一定程度的位移。根據上述工藝措施重新設計壓縮機排氣管，按GJB 1913A-2006《軍用方艙空調設備通用規范》中的振動和沖擊試驗要求進行試驗驗證，改進后的排氣管沒有再次發生斷裂現象（如圖8）。

圖8 新排氣管示意圖

3 結論

通過以上事例分析，軍用空調一般常用的解決管路斷裂的工藝措施總結如下：在冷凝器或蒸發器進管與出管端添加管卡；在毛細管上加減振阻尼塊；在過濾器、膨脹閥或其他制冷元件處均添加支架和管卡；管路增加減震彎等，以此加強該薄弱處管路抗振動、抗沖擊的能力。通過以上改進的工藝措施，軍用空調系統管路出現的常見管路斷裂問題已得到有效解決。