壓緊式管接頭優(yōu)化后對拔脫性能的影響

范駿波

摘要：壓緊式管接頭是軌道交通車輛制動系統(tǒng)中常用的管接頭類型之一，由于結(jié)構(gòu)特性，壓緊式管接頭安裝后主要通過管路回路設(shè)置固定支架防拔脫。為避免管接頭脫落，管接頭中的卡環(huán)進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計了帶齒結(jié)構(gòu)，通過增大摩擦力來增強(qiáng)管接頭的防拔脫性能。本文通過相應(yīng)的拉伸試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的壓緊式管接頭安裝后對管接頭防拔脫性能的影響。

關(guān)鍵詞：壓緊式管接頭;卡環(huán)優(yōu)化;拔脫性能

中圖分類號：TH131? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0060-02

0? 引言

空氣制動系統(tǒng)作為城市軌道車輛的重要部分，直接涉及到車輛的運(yùn)行安全和性能。做為制動系統(tǒng)壓縮空氣的載體，管路與管接頭要求具有良好的密封性。

我國于20世紀(jì)70年代開始推廣使用壓緊式和卡套式管接頭以及快插接頭，壓緊式管接頭由于無需做任何準(zhǔn)備工作，便于安裝（安裝時無需專用工具）以及節(jié)省時間，常被用于安全要求嚴(yán)格的環(huán)境（沖擊、振動等）和系統(tǒng)（制動系統(tǒng)，無線電防護(hù)等）中，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車制造、機(jī)床工業(yè)、船舶工業(yè)、電力機(jī)車等行業(yè)。在軌道交通車輛制動系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)的特殊性，壓緊式管接頭安裝后主要通過管路回路設(shè)置固定支架防拔脫[1]。為提高管接頭的防拔脫性能，對管接頭中的卡環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計了帶齒結(jié)構(gòu)，本文主要通過相應(yīng)的拉伸試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的壓緊式管接頭安裝后對管接頭防拔脫性能的影響。

1? 壓緊式管接頭

1.1 壓緊式管接頭工作原理

壓緊式管接頭（如圖1）主要由外套螺母、卡環(huán)、密封圈和墊圈組成。連接管路時，管路插入管接頭后，外套螺母在接頭體上順時針轉(zhuǎn)動，卡環(huán)由于外套螺母的擠壓產(chǎn)生一個軸向力和一個徑向力。其軸向力使卡環(huán)帶動平墊圈擠壓密封圈，填充接頭體與管路間的間隙產(chǎn)生密封作用。徑向力使帶缺口的卡環(huán)收口，進(jìn)而夾緊管路，直至到達(dá)規(guī)定扭矩值[2]。卡環(huán)及密封圈與管路的緊密貼合，具有抗振動、防沖擊性能，同時也起到防漏、防松的作用。

1.2 壓緊式管接頭的優(yōu)點(diǎn)

壓緊式管接頭由于結(jié)構(gòu)特性，具有工藝簡單、連接牢靠、耐高壓、耐高溫、耐低溫、密封性和反復(fù)性良好、安裝檢修方便、工作安全可靠、造型美觀、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是軌道交通車輛制動系統(tǒng)主要的管接頭連接形式。

1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的壓緊式管接頭

盡管壓緊式管接頭具有良好的密封性能，在軌道交通車輛復(fù)雜的運(yùn)行工況下，壓緊式管接頭安裝完成后，仍然偶有因熱脹冷縮、沖擊振動、安裝操作不當(dāng)或者管路接頭缺少固定，導(dǎo)致管接頭鎖緊力矩減小，進(jìn)而引發(fā)管路泄露甚至管接頭脫落等情況，影響車輛行車安全[3]。為避免由于沖擊振動和拉伸導(dǎo)致管接頭松動，壓緊式管接頭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，卡環(huán)設(shè)計了螺紋帶齒的結(jié)構(gòu)，理論上，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的壓緊式管接頭，增大了卡環(huán)與管路的摩擦力，進(jìn)一步提升管接頭的防拔脫性能。

2? 管接頭拔脫力試驗(yàn)

2.1 不同工況下的拔脫力試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過試驗(yàn)手段，對比結(jié)構(gòu)優(yōu)化的壓緊式管接頭和未優(yōu)化的壓緊式管接頭在不同工況（溫度、振動）下的拔脫力試驗(yàn)，記錄不同的接頭在相應(yīng)工況下管路被拔出時的拉力[4]，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的壓緊式管接頭的防拔脫性能，進(jìn)而為改進(jìn)管接頭連接工藝提供依據(jù)。

2.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

①拉拔試驗(yàn)：Zwick Roell Z 050材料試驗(yàn)機(jī)、濟(jì)南時代試金 WDW-B200微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)。

②振動：ES-60W-455/LT 1515的電動振動系統(tǒng)和HTHV8000-40W2的三綜合試驗(yàn)箱。

③溫度控制：環(huán)境溫箱。

2.1.3 試驗(yàn)組合

選定公稱直徑12和22的管路，采用不銹鋼壓緊式管接頭，分是否進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化（有齒）和未進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化（無齒），在兩種溫度情況（低溫、高溫）和工況（有沖擊振動、無沖擊振動）下組裝完成，再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，驗(yàn)證管接頭拔脫力，試驗(yàn)各重復(fù)五次。

2.1.4 管接頭編號

管接頭編號共9位數(shù)字和字母組成：第1位字母G表示材料為不銹鋼;第2-3位表示公稱直徑，第4-5位表示卡環(huán)是否優(yōu)化（有無帶齒），C0表示卡環(huán)無齒，C1表示卡環(huán)有齒;第6-7位表示試驗(yàn)溫度，T0表示在低溫下進(jìn)行，T2表示在高溫下進(jìn)行;第8-9位表示是否有振動環(huán)境，V0表示沒有振動，V1表示有振動。

2.1.5 試驗(yàn)規(guī)程

①組裝管路、構(gòu)架、管卡和不銹鋼不帶齒卡環(huán)管接頭。

②組裝完成后做氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不小于10bar，保證各接頭用測漏液檢查不到漏氣現(xiàn)象。

③將試驗(yàn)裝置固定到震動試驗(yàn)臺上，按IEC61373中2類設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行震動試驗(yàn)。

④將管路固定在試驗(yàn)臺上進(jìn)行拔脫力試驗(yàn)（如圖2），記錄管路被拔出時的拉力。

2.2 拔脫力試驗(yàn)結(jié)果

從表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，受溫度和振動的影響，卡環(huán)是否優(yōu)化（有無帶齒）對拔脫力的影響規(guī)律不夠明晰。如圖3所示，在低溫非振動環(huán)境下，公稱直徑為？準(zhǔn)12、卡環(huán)帶齒的管接頭拔脫力比無齒的要大;但是在公稱直徑為？準(zhǔn)22管接頭中，卡環(huán)帶齒的管接頭拔脫力比無齒的要小;而公稱直徑為？準(zhǔn)12管接頭在高溫非振動環(huán)境下，卡環(huán)是否優(yōu)化，對管接頭拔脫力幾乎無影響。

溫度的影響：但高溫狀態(tài)下，振動對拔脫力的影響不夠明顯。在低溫狀態(tài)下，振動沖擊對拔脫力的影響比較明顯，與無振動狀態(tài)下的拔脫力相比，振動使得拔脫力下降幅度達(dá)7～47%。

振動的影響：如圖3所示，在無振動工況下，不論卡環(huán)是否優(yōu)化，拔脫力都衰減了約40～50%。如圖4所示，振動工況下，不論卡環(huán)是否優(yōu)化，對壓緊式管接頭拔脫的規(guī)律不夠明顯。

3? 結(jié)論

壓緊式管接頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)、安裝方式、連接的緊固力矩以及安裝操作等均會影響其密封性能。當(dāng)軌道交通車輛經(jīng)歷長時間運(yùn)行后，列車管路隨溫度變化、車輛沖擊振動，管路接頭處密封有可能失效，發(fā)生泄漏，進(jìn)而影響車輛行車安全。因此對制動管路連接工藝可靠性研究具有重要的工程應(yīng)用意義。

通過相應(yīng)的工藝試驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的壓緊式管接頭分不同的溫度和沖擊振動情況，進(jìn)行了工藝可靠性研究，獲得了相應(yīng)工況下的拔脫力數(shù)據(jù)，總結(jié)了相關(guān)的影響規(guī)律，為壓緊式管接頭扭矩復(fù)驗(yàn)、防拔脫性能和復(fù)扭周期等提供了依據(jù)。同時相應(yīng)的工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)也有助于新項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計時的選型匹配，減少了軌道交通車輛制動系統(tǒng)的異常狀況，從而提高列車制動可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉豫湘，陸縉華，潘傳熙.DK-1型電空制動機(jī)與電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]趙保春.鐵路貨車用壓緊式管接頭組裝工藝[J].機(jī)車車輛工藝，2009（5）.

[3]鄭霞.機(jī)車壓緊式管接頭脫落原因分析及防范措施[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2013，36（3）：93-94.

[4]耿志學(xué)，鐘冬娟.卡套式管接頭拔脫力試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法[J].液壓與氣動，2012（8）：131-133.