某除雪車冷卻系統漏液解決方案

周丹云

（中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司，廣西 柳州 525112）

0 引言

除雪車的散熱系統主要由散熱器、散熱風扇、不銹鋼管和膠管等組成。散熱系統的可靠性對發動機的使用壽命影響很大，因為發動機工作時缸體內的溫度高達1800 ～2000 ℃,而燃燒產生的熱能中只有30%～40% 轉變為機械能,有18% ～25%被冷卻液帶走[1]。如果發動機漏冷卻液將導致發動機過熱，那么發動機運動機件將會受熱膨脹破壞正常的配合間隙導致運動異常，同時發動機過熱也會導致機油失效，不但機件缺乏潤滑而卡死，而且機件因高溫導致機械強度降低甚至損壞，發動機功率不足等不良反應[2]。我公司某型號除雪車出現冷卻液滲漏問題。泄漏量不大，泄漏點出主要出現在膠管和鋼連接處；滲漏的時間比較統一，主要在車輛轉運過程和除雪作業后。這影響了客戶正常使用車輛，同時也威脅到發動機的壽命。為了讓發動機獲得更穩定可靠的散熱系統，本文從材料、安裝、溫度等方面研究分析并提出了解決方案。

1 原因分析

從泄漏的位置判斷橡膠出現的問題的可能性比較大，如圖1 所示。因為現在工業常用的橡膠制品受環境影響很大，高溫時橡膠硬度變軟、彈性變差、壽命變短，低溫時橡膠變硬變脆密封性差。我司除雪車生產基地常溫為20°左右，膠管的制造環境和除雪車的安裝環境溫差不大，膠管的物理特性沒有發生很大變化。然而車輛從產地運送到作業地時（環境溫度是-2°左右），環境溫度由高變低，溫度交替變化后管路塑性變形無法恢復到出廠狀態，鋼管與膠管的配合受到破壞間隙變大，并且安裝卡箍無扭矩自補償功能，所以冷卻液從間隙滲漏下來。

圖1 下水管漏液

2 改進方案

為了解決問題，采用逆向思維法，從材料、結構、環境等方面找出影響管子安裝間隙的相關因素，在此基礎上改善不利因素，以解決問題。

2.1 橡膠管材料

橡膠管是連接兩鋼管的橋梁，起到連接和減振的作用。使用橡膠管路連接散熱管路可以減少發動機的振動專遞到散熱器上，避免共振導致強度弱的散熱器損壞。橡膠是膠管的主要材料，橡膠的耐溫特性直接關系到膠管的使用工況，常用的膠管材料見表1[3]。

表1 常用的膠管材料性能比較

除雪車的存儲溫度要求在-40 ～+80 ℃，發動機的水溫最高在102 ℃左右。冷卻液的主要成分是乙二醇，乙二醇在使用中易生成酸性物質對金屬有腐蝕作用。選擇的材料要耐低溫同時有一定的耐酸性。從上述表1 看出三種常用膠管材料耐低溫性能都能滿足要求，但是EPDM 在-40 ℃后變得硬和脆，脆化后減振效果變差甚至受力后直接開裂。EPDM 的彈性也沒有VMQ 好。EPDM 最突出的特性是耐臭性和抗老化好，而VMQ 的特性是使用溫度寬廣，能長期使用在-60 ～+200 ℃之間。一般車輛的管路材料選用EPDM 可滿足要求，但是除雪車是長期工作在低溫環境下，如果使用EPDM 管路壽命變短脆化風險非常大。TPO 是一種新型材料，它生產過程工藝復雜技術要求高，更重要的是，它比前面兩種材料價格要高。所以綜合考慮發動機冷卻管的材料為硅橡膠材料比較合適。

2.2 膠管結構

現在一般常用的管路結構是全膠結構（圖2）和管壁嵌骨架結構（圖3）。全膠結構膠管耐壓不大，一般用壓力不大的工況，如輸液管、農業低壓灌溉管等。嵌骨架構的管耐壓好，因為骨架層是膠管的承壓層，賦予管體強度和剛度。膠管的工作壓力取決于骨架層的材料和結構。骨架可以是鋼絲或是帆布，針織等材料。根據不同的使用工況選用不同的結構，本車型除雪車使用的是康明斯發動機，發動機冷卻系統管內最大壓力為0.407 MPa。發動機冷卻系統屬于低壓工況使用帆布作為骨架就可以滿足要求。帆布布置位置在壁厚的2/3 位置密封性好，如圖4 所示。這樣硅膠在卡箍的作用下容易貼緊管壁，帆布的層數太多或是帆布布置的位置太靠近配合面由于剛度太大反而貼不緊管壁達不到密封作用。

圖2 全膠結構

圖3 全膠結構

圖4 膠管截面圖

2.3 接頭和膠管的配合

膠管和接頭最好是過渡配合。如果用小接頭配大膠管，卡箍卡緊以后會形成拱起的褶皺，冷卻液會從褶皺間隙中漏出來，如圖5 所示。大管配小卡箍，不易安裝，溫度變冷后膠管收縮容易在接頭處裂開。所以配合尺寸要控制合理范圍。可以參考表2[3]。

表2 冷卻系統管路推薦尺寸

圖5 膠管與卡箍安裝截面

2.4 卡箍選型

汽車管路中常用的卡箍主要有德式卡箍，美式卡箍和彈簧T 型自補償卡箍。德式卡箍和美式卡箍主要應用于管徑小于80 mm 且振動小的工況。德式卡箍和美式卡箍鋼帶的寬度為9 mm，卡箍的強度小，擰緊的扭矩較小，一般在4～5 N·m。彈簧T 型自補償卡箍能在硅膠管在塑性變形后自補償卡箍的扭矩，避免扭矩不夠導致卡箍漏防凍液。彈簧T 型自補償卡箍主要用于溫度變化大且口徑大的管路系統中，如發動機中冷管路，水冷管路等等[4]。

2.5 安裝工藝

膠管、接頭、卡箍三者的安裝主要考慮接頭上的凸環，該環有兩個作用，第一是防止膠管在拉扯中脫落下來；第二是起到O 型圈密封作用。卡箍壓在靠近凸環的位置時，凸環靠卡箍側受到一個向下的分力（圖6a），加上橡膠被漲大后自收縮產生的合力可以讓膠管緊緊地壓在凸環最高點，這樣起到很好密封作用。若卡箍安裝離凸環太遠達不到這種密封作用，太近卡箍容易翹邊導致漏液，更不能把卡箍壓在凸環上，如果把卡箍壓在凸環上，擰緊卡箍后凸環會把膠管截斷，更容易漏水。膠管、接頭、卡箍三者的安裝關系可以參考圖6（b）。

圖6 接頭、膠管、卡箍三者安裝配合面圖

2.6 膠管的固定

管子固定支撐不可以連接在不同振動頻率的零件上。若管子固定在2 個振動頻率不同的振源上，除雪車工作時由于頻率不一致，管子相互扯動接頭和管子相互移位然后出現間隙最后導致漏液。發動機是一個大的振動源，從發動機上連接的管子如果需要加固，一定要注意把振動源隔離出來，不能讓發動機的振動波沿管道或是管道支撐傳到其他物體上。對于振動較大的對接口應該加加強筋加固安裝，如圖7所示。

圖7 兩接頭對接加強板安裝示意圖

2.7 其他工藝

由于安裝和調試除雪車的環境溫度與使用溫度有差異，需要把設備運輸到作業場地后再啟動設備讓發動機水溫到達70 ～80 ℃，關閉設備待冷卻液冷卻至室溫后重新復緊卡箍。因為膠管經過一冷一熱的交替變化，膠管的收縮量適應了當地環境溫度，再復緊卡箍膠管塑性變形量變小，沒有熱脹冷縮現象卡箍和膠管緊緊貼在管壁，液體不再泄漏。

3 實行效果

根據以上的設計要求，試裝了CR550 除雪車和LCM3036 拋雪機，安裝圖如圖8 和圖9 所示。

圖8 CR550S 拋雪車膠管安裝圖

圖9 LSM3036 拋雪機膠管安裝圖

按以上工藝要求安裝設備，然后分別對15 臺CR550S 拋雪車模擬作業狀態試拋水6 h 和路試50 km，管路無泄漏。分別對4 臺LSM3036 拋雪機拋水6 h，管路也無泄漏。表明以上的改進解決了管路漏水問題。

4 結語

設計除雪車的散熱管路需經過膠管材料選擇、膠管結構優化、安裝工藝等。本研究的改進方案已運用于青海、新疆、黑龍江等地的除雪車上，經過長時間的使用未再發現發動機散熱管路漏液問題。