汽車軟管的一般選型原則

劉懷現，馮 剛，張崇森

（1.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000；2.山東美晨工業集團有限公司，山東 諸城 262200）

軟管是一種使用骨架增強的、柔軟的橡膠制品，其將材料或能量從一個點輸送至另一個點。軟管是管路系統的重要部件，廣泛應用于汽車、工程機械、石油、化工、摩托車等領域。汽車軟管是汽車各管路系統中的重要連接部件，承擔著緩沖振動和吸收裝配誤差的作用。

汽車軟管的材質、生產工藝、工作介質、增強層結構、空間形狀、裝配方式和使用方式對軟管的性能、使用壽命和配套設備的安全性及可靠性有著極大影響。汽車設計相關人員應對軟管的種類和結構全面了解，在實際工作中選材恰當、結構設計合理、裝配得當，避免配套設備使用過程出現異常。若軟管的使用壽命不能達到設計壽命，會導致頻繁檢修、材料浪費，造成不必要的經濟損失[1-3]。

隨著汽車發動機艙的零件布置越來越緊湊，汽車軟管的種類和使用的材料（橡膠、塑料和增強層材料等）種類越來越多，其所處工作環境也越來越惡劣，技術要求越來越高。因受橡膠材料、增強層材料和增強層結構的影響，不同工藝軟管的承壓能力和成本差別較大。因此，應了解汽車軟管的基本性能，正確地選擇、安裝和使用，以避免非預期質量問題的發生。

1 汽車軟管結構

汽車軟管的典型結構如圖1所示。最里層是內襯層，用于接觸被輸送的材料。內襯層材料，無論是橡膠還是塑料，都必須與輸送的物料有良好的不相容性。內襯層材料和厚度取決于預期用途。內襯層外為增強層，由金屬（網或絲）、聚合物和/或織物覆蓋物組成，使軟管能夠承受內部和外部的壓力和損害。最外層是外覆層，需要采用耐候型的合成橡膠制成，保護增強層，避免增強層暴露于環境、流體污染和物理損害而發生損壞。在某些軟管中，增強層也可以作為外覆層。

2 增強層結構

增強層是軟管承壓的部分，要求具有較高的剛度和強度[4]。常用的增強織物包括棉纖維、聚酯纖維、芳綸纖維和人造絲等。增強層決定軟管承壓能力，按照承壓能力要求不同，可以采用編織（單層或多層編織）結構、纏繞結構、針織結構和夾布結構（見圖2）。在相同層數、規格、材質條件下，承壓能力從大到小順序為編織結構、纏繞結構、針織結構（夾布結構基本無單層，不參與排序）。

針織軟管采用不同的針織結構，其承受壓力的能力也不相同。針織軟管在軸向單位長度內承受徑向壓力的紗線根數越多，其徑向承受的負荷越大，爆破壓力也越大。與編織、纏繞增強層結構相比，針織網花伸縮性較大，導致同規格針織軟管的爆破壓力最小，相同壓力下其外徑膨脹率最大。

3 汽車軟管分類

汽車軟管是汽車各子系統的關鍵零件，品種主要包括汽車冷卻及加熱系統軟管、汽車燃油系統軟管、汽車轉向系統軟管、汽車制動系統軟管、汽車空調系統軟管、汽車進氣系統軟管、汽車變速箱油冷系統軟管和汽車車身附件系統軟管[5]。

汽車冷卻與加熱系統軟管主要包含汽車水箱、暖風機、副水箱、散熱器的連接管路，其一般采用耐高溫、耐防凍液的合成橡膠[以三元乙丙橡膠（EPDM）為主]，工作介質是防凍液。為解決低溫滲漏問題，汽車廠對橡膠低溫壓縮永久變形的要求越來越嚴格。

汽車燃油系統軟管包含油泵、燃油濾清器、發動機和尾氣處理之間的連接管路。其主要由耐燃油滲透的合成橡膠、復合樹脂或合成橡膠與樹脂的共聚物加上增強層構成，主要工作介質是汽油或柴油。為滿足相關排放標準，汽車廠對燃油系統軟管的燃油流經滲透量的要求越來越嚴格。

汽車轉向系統軟管包含儲油杯（油壺）、助力轉向泵、助力轉向器的連接管路。其一般由耐高溫、耐屈撓的合成橡膠和耐高壓增強層構成，軟管兩端與碳鋼或不銹鋼金屬管路連接，工作介質為液壓油（動力轉向油）。

汽車制動系統軟管主要包含離合器總泵、真空助力器、制動分泵和空氣壓縮泵的連接管路。其一般由烯烴類合成橡膠、尼龍樹脂及帶有金屬接頭的碳鋼管等構成。工作介質主要為制動液或壓縮空氣。目前制動液的主要牌號是DOT3或DOT4。

汽車空調系統軟管主要包含空調散熱器、冷凝器、干燥罐的連接管路。其一般為純橡膠軟管或橡膠/樹脂復合軟管，有時與碳鋼或輕合金管路組合成總成件，主要工作介質是空調冷媒。目前主流的冷媒為1，1，1，2-四氟乙烷（R134a）、四氟丙烯（R1234YF）和二氧化碳等。

汽車進氣系統軟管主要包括空濾器、渦輪增壓器、中冷器、發動機、曲軸通風箱之間的連接管路。不同位置的軟管工作溫度差異較大。工作介質為高溫、中壓的油氣混合氣、空氣。

汽車油冷系統軟管主要為自動變速箱、變速箱散熱器之間的連接管路，主要工作介質是高溫、高壓的變速箱潤滑油。

4 一般選型原則

應根據應用系統和安裝位置而選擇合適的軟管、鏈接和軟管總成，并考慮軟管的尺寸、軟管的工作溫度（環境溫度及介質溫度）、系統工作壓力和系統介質種類等因素。

4.1 軟管尺寸

為了使介質保持適當的流量和流速，軟管的內徑選擇非常重要。軟管內徑過小會造成介質流速過快，內徑過大會造成管內壓力達不到要求。由于不同軟管總成的端口尺寸有差異，許多軟管需要設置變徑。針織軟管和夾布軟管的變徑利用軟管模具實現。針織軟管的變徑率一般不大于30%；夾布軟管的變徑率不受限制，但是考慮對流速和壓力的影響，變徑率不能過大；編織軟管和纏繞軟管受增強層結構的影響，變徑率一般建議不超過10%，過大的變徑率可以利用扣壓接頭實現。

4.2 工作溫度

軟管的工作溫度范圍由介質溫度和環境溫度決定。無論是正常使用溫度還是瞬時使用溫度，都不能超過軟管的工作溫度極限，否則軟管性能會降低，縮短軟管使用壽命[6-9]。

不同橡膠材料的適應溫度范圍如表1所示。

表1 不同橡膠材料的適用溫度范圍 ℃

汽車軟管工作溫度不僅需要考慮膠料的耐熱性能，還需要考慮增強層的耐熱性能，如聚酯纖維不能在高于150 ℃的環境中長期使用。

4.3 使用條件

由于汽車用異型軟管對性能要求的多樣性，軟管可選擇的橡膠品種越來越多，并要求不斷出現新材料，以滿足高性能的需要。選擇汽車軟管時，了解產品的應用目的是非常重要的，包括產品安裝的總成所屬系統或安裝位置。如汽車軟管在冷卻系統還是燃油系統使用，使用條件直接決定汽車軟管的橡膠材料和增強層結構選擇。

在選擇橡膠材料時，不僅需要考慮滿足使用要求的技術條件，還要考慮其加工工藝性、經濟性和成本。汽車軟管大多安裝在發動機或散熱器周圍，隨著整車機艙內布置越來越緊湊，不同零件間的間距也越來越小，由100 mm減小至15 mm。在汽車發動之后，發動機周圍環境溫度迅速升高，軟管所需承受溫度也不斷上升，在高溫條件下，軟管的耐油和耐熱性能下降，加速軟管的老化，縮短其使用壽命。現代汽車對軟管提出了新的要求，主要是由于發動機周邊溫度的提高、高芳烴無鉛燃料應用和乙醇改性和其他添加劑加入燃料的應用。因此，汽車軟管的使用條件，除要求耐特定介質外，還要求極好的耐熱老化性能及在受力狀態下的耐動態臭氧老化性能。

4.4 工作介質

工作介質是指軟管輸送的物料，如液態石油基油類、植物油、有機溶劑、酸堿液或其混合物，狀態分為液體、氣體。介質的性能及狀態決定著軟管內襯層的耐介質和耐摩擦性能。根據不同介質可選用適合的橡膠品種和配方設計。如選擇不合適，會導致內襯層溶脹、脫落，從而造成配套設備故障。明確了工作介質，軟管的材質就有一個明確的界定。如輸送冷卻液的軟管，應選擇水管材質與其匹配。如輸送特殊化學品等，則需要根據橡膠材料對于化學品的耐受程度慎重選擇。常用橡膠材料的耐介質性能對比如表2所示。

表2 常用橡膠的耐介質性能對比

4.5 工作壓力

工作壓力是軟管設計的關鍵因素，其最小推薦工作壓力不得小于最大系統壓力，壓力瞬時峰值也須評估。冷卻系統和進氣系統用橡膠軟管的爆破壓力一般是最大工作壓力的3～4倍，試驗壓力是最大工作壓力的1.33倍；燃油系統用橡膠軟管和動力轉向系統用高壓橡膠軟管的爆破壓力一般是最大工作壓力的5～10倍，試驗壓力是最大工作壓力的2倍。汽車軟管的一般工作壓力、試驗壓力和爆破壓力要求如表3所示。

表3 汽車軟管的壓力要求 MPa

4.6 空間形狀

汽車軟管在實際設計過程中受空間因素的影響，針織軟管的形狀更容易設計為各種復雜形狀。但從軟管性能考慮，軟管中心線夾角不應小于90°，夾角越小，在流體輸送過程中形成的流體沖擊和壓降就會越大。

5 結語

綜上所述，汽車軟管的選擇原則為：根據外部工作環境及與內襯層粘合要求選擇軟管外覆層橡膠材料及其配方設計；根據所輸送介質選擇軟管內襯層材料及其配方設計；根據使用條件選擇軟管端部連接結構（如扣壓結構、快插結構和卡箍結構等）形式，其中扣壓結構適用于高壓條件下使用，雙耳彈性卡箍結構適合低壓條件下使用；根據工作條件（如設計工作壓力、環境溫度、工作溫度、振動振幅及頻率）選擇軟管增強層材料，確定軟管增強層結構設計和最小爆破壓力；根據接頭配合方式確定軟管內徑，選擇安全使用的最小彎曲半徑。如軟管選擇嚴格按照上述程序進行，就可以保證軟管選擇合理、使用安全、可靠、經濟，可取得較好效果，避免非預期失效問題的產生，保障配套裝備的安全使用。