商用車管路系統快速管接頭的開發應用

喬坤，黎新，孫建軍

(1. 湖北歐博汽車部件有限公司，湖北十堰442002;2. 湖北汽車工業學院機械工程系，湖北十堰442002;3. 東風汽車有限公司商用車技術中心，湖北武漢430056)

0 引言

汽車制動系統是汽車非常重要的組成部分，而制動管接頭是連接氣制動系統各回路的關鍵部件，其性能的優劣會直接影響汽車管路的技術性能和整車的安全性能［1］。在過去的幾十年里，管路接頭的改進與發展一直沒能引起國內卡車廠商和用戶的足夠重視，國內商用車管路系統普遍采用的都是卡套式管接頭，這種管接頭在汽車總裝配線上安裝時需要手工擰緊，裝配煩瑣，且密封性能差。隨著重型化、大噸位卡車安全技術要求的逐步提高，卡車制動管路越來越復雜，特別是車架縱梁內側、駕駛室前圍等空間狹小處，電氣線束、制動管束等往往擠在一起，傳統卡套式管接頭在氣密性、裝配互換性等方面都難以滿足設計要求。在此情況下，一種能夠承受更大氣壓、密封性及裝配性更好的新型快速管件應運而生。快插管接頭改變了用扳手擰緊的傳統裝配方式，采用軟管與接頭直接插接，不但節省了人工成本和設備損耗成本，還提高了裝配效率、節省了裝配空間;同時也解決了卡套式管接頭與閥體等連接端局部存在偏長的現象，大大改善了管線的質量［2］。

目前，歐美發達國家的商用車管路系統都已采用性能優良的快速管接頭取代卡套式管接頭，國內商用車管路系統管接頭僅處于研發試用階段，因此開發和應用具有我國自主知識產權的高性能車用快速管接頭具有重要的現實意義［3］。

1 汽車管路接頭的結構及性能特點

1.1 卡套式管接頭結構特點及性能分析

目前國內商用車氣壓管路系統普遍采用的都是卡套式管接頭，俗稱“三件套”，其結構如圖1 所示。卡套式管接頭主要由接頭本體1、卡套螺母2、襯套3 和固定套4 組成，在裝配時需要將襯套、卡套與尼龍管預先裝配好，然后裝入卡套螺母，再將卡套螺母與接頭本體聯接。這種管接頭有如下缺點:

(1)密封性差。該管接頭的密封，僅靠卡套與接頭本體之間的剛性錐面密封，經過一段時間的使用，螺紋會發生松動造成密封不嚴而發生漏氣、漏油和漏水，即現有管接頭普遍存在的“三漏”問題，故需經常緊固卡套螺母。

(2)裝配技術復雜，裝配效率低下。由于受裝配空間的限制，現有卡套管接頭存在著裝配效率低、更換困難、可靠性差、綜合成本高等一系列問題。卡套式管接頭裝配時，須將尼龍管裁剪一定長度，使用專用工裝將襯芯固定并壓入后才能與管接頭進行聯接。聯接時易受空間的限制，極大地增加了裝配難度及人工成本;此外使用時如發生損壞，須將管接頭與尼龍管同時更換，加大了更換難度，增加了更換成本;另外車輛行駛過程中的震動，也易引起螺紋連接松動而導致聯接失效，管接頭的可靠性難以保證。

(3)工藝性較差。卡套式管接頭三件套在整車裝配過程中，必須先將襯套、固定套用專用工裝壓入尼龍管內，將卡套螺母通過尼龍管與固定套聯接，然后將卡套螺母與管接頭進行螺紋聯接?？ㄌ资焦芗嵨镅b配工藝過程如圖2 所示。

此外現有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規格產品在螺紋固定聯接時都無法旋轉，致使管路系統布線混亂，造成整車裝配空間的浪費，甚至出現裝配干涉等問題，給生產裝配帶來極大的困難。

1.2 快速管接頭的結構特點及性能分析

1.2.1 快速管接頭結構類型

目前國內外市場用于氣路系統的快速管接頭主要有三種結構型式，如表1 所示［4］。

表1 快速管接頭結構特點

(1)A 型結構:為快插不可拔型，其結構通常分兩部分:一部分有支撐套插入管子中，露出端有一個或兩個O 型密封圈并在頭部設計有凹槽，另一部分帶有鎖環擰入閥體螺紋孔內或連接板處。采用這種接頭的管子需要專用工具進行預裝，完成后在整車裝配線上工人只需將接頭插入帶鎖環的另一半中即可完成管路組裝，大大縮短了裝配時間。這種接頭的結構較復雜，對裝配要求高，屬一次性裝配，維修不便且成本較高，主要是歐洲采用。

(2)B 型結構:為快插快拔型。它的特點是結構簡單、安裝方便，不需要工具，用手即可裝、拆管子。這種接頭對尼龍管要求較低，首先將管子切割整齊，再用手直接將管子插到接頭底部即可完成密封和鎖緊;需要拆卸時，用手向接頭方向壓下釋放帽，管子就能很輕松地拔出來。全車管路可以在兩分鐘內完成拆裝，非常方便，且管子能進行反復裝拆而不影響密封性能。但制動管路為保安項，快拔難以排除人為因素的影響，因而存在較大安全隱患，一般使用在非惡劣的工作環境、對安全性要求不高的管路中，不適用于商用車管路系統。

(3)C 型結構:為快插不快拔型。也是文中重點介紹的產品型式，其結構是在B 型基礎上取消釋放帽，而用專用工具拆卸。該結構是根據國內商用車的特殊要求改進開發的快插管接頭。管接頭為帶襯套內插式結構，閥體聯結端為直螺紋，尼龍管聯結端為公制;接頭材料為鋼或銅;工作溫度:－40 ～+120 ℃;適用氣壓:≤5.5 MPa。具體結構如圖3 所示。

快插式管接頭，內部的卡環將氣管牢固卡緊，機械振動和壓力波動被安全地吸收，不會損壞其表面。異型橡膠密封環，采用氣壓自密封原理保證了標準外徑氣管和快插接頭之間的穩定密封，無泄漏，并且具有耐溫、耐油、耐介質等特點。可實現多種螺紋/氣管直徑的組合，裝配靈活，可在360°范圍內重新定位并可相互組合。

三種類型氣路管接頭結構特點對比如表1 所示。

1.2.2 C 型快速管件的工作原理及結構特點

與現有卡套式管接頭相比，快速管接頭有效解決了現有管件產品存在的密封性與安全性差以及裝配效率低等問題，工作原理及結構特點分析如下:

(1)產品密封性。為了解決現有管接頭普遍存在的三漏問題(漏氣、漏油、漏水)，文中所述快速管接頭采用氣壓自密封原理，異型密封圈和O 型密封圈雙重結合的彈性密封方式(圖3)，保證了標準外徑氣管和快插接頭間的穩定密封，并且雙O 型密封圈同時作用進行二次密封和防塵，有效解決了現有卡套式接頭存在的三漏問題。

(2)快速插拔及連接安全。商用車快速管接頭利用反錐面原理，實現快插時將尼龍管輕輕插進接頭，在推力作用下，頂出環的上錐角使卡環張開一定角度，尼龍管即可快速插進接頭，插入后在卡環的彈力作用下自動將尼龍管縮緊。實現快拔時，用拆卸工具向前輕推頂出環，使卡環的內錐面頂住頂出環的上錐面，卡環張開一定角度，此時即可將尼龍管輕松快速拔出。

在接頭連接安全性方面，文中所述快插管接頭采用卡環卡緊尼龍管的設計，使用時將尼龍管插入到接頭體內部臺階處，在預緊力作用下，卡環的錐型齒自動將尼龍管鎖緊，當尼龍管在外力作用下向外運動時，卡環與壓緊環一起作用產生收縮力，將尼龍管緊緊鎖死，從而達到快速固定尼龍管的目的。外力越大卡環的鎖緊力就越大，安全性能完全達到汽車使用標準要求。

(3)裝配效率及可旋轉性?，F有彎通接頭、三通接頭以及四通接頭等規格產品在螺紋固定時，無法進行旋轉，出現管路系統的布線混亂，浪費整車裝配空間。快速管接頭利用旋轉式結構，在其螺紋聯接端采用雙O 型密封圈密封以及彈性擋圈聯接的方式(圖4)，在螺紋聯接頭本體和彎通接頭或三通接頭本體聯接處利用擋圈的固有彈性，裝配時首先將彈性擋圈裝入螺紋聯接頭本體的凹槽內，然后利用接頭本體的錐面將彈性擋圈壓縮，在彈性擋圈進入彎通或三通接頭本體的凹槽時，彈性擋圈依靠彈性自動彈開，達到固定旋轉接頭體和接頭本體的目的，既實現了密封效果又滿足了旋轉性要求。

快速管接頭可以保證管子反復多次插入或拔出，能夠適應不同環境下的不同工況，解決了卡套式接頭安裝空間受限的問題。在改善管線布置方面，采用旋轉式快速管接頭，不但有效解決了管線布置問題，還大大改善了接頭的安裝效率?？焖俟芙宇^裝配時只需將接頭與閥體聯接固定后，將尼龍管輕輕插入接頭內即可完成裝配，其裝配過程如圖5 所示。

C 型快速管接頭裝配時，要求尼龍管口端面垂直、平整;尼龍管插入接頭時，要有明顯的插入到位手感;尼龍管規格要求滿足QC/T 80-93 汽車氣制動系尼龍管行業標準。

汽車用與傳統卡套式管接頭相比，后者僅僅是單個零件，其加工方式相對簡單，產品精度要求不高，制造相對容易;快速管件已經脫離了簡單零件的行列，確切說是由多個零件組成的一個小部件，其功能也已經由簡單的連接作用延伸至保證氣密性、拉力、高低溫等多項性能指標，組成這一產品的各個零件的制造精度及制造方式都發生了改變。

2 C 型快速管接頭的應用

(1)在商用車底盤氣制動系統的應用。目前，我國中重型商用車采用的都是氣制動系統，制動系統對汽車安全性起著決定作用。氣制動系統中連接各種控制閥的管路稱之為制動管路，而在各種控制閥和管路之間起聯接作用的就是管路接頭，采用何種管路接頭，對制動系統起著關鍵的不可忽視的作用，因此管路接頭的選用必須要考慮到以下要求:滿足制動系統性能的要求;盡可能地降低制動管路的成本;安全可靠;便于拆、裝。在氣制動系統中采用快速管接頭(圖6)不僅滿足了以上要求，還克服了現有卡套式接頭存在的不足，使整車性能得以提高［5］。

(2)在發動機低壓油路系統的應用。低壓油路一般由油箱、輸油管、油水分離器、燃油濾清器、輸油泵等組成(圖7)，與高壓油路一起稱為發動機的供給系統。低壓油路的管路聯接系統在整個發動機系統中占據著重要作用，如果管路接頭密封性能不好極易造成負壓，使油路中形成氣泡而造成發動機故障，同時安全性和易拆卸性也是發動機低壓油路接頭需要考核的重要指標。

文中所述C 型快速管接頭為筆者自主開發、具有自主知識產權的產品，通過了國家級臺架試驗檢定和整車試裝試驗，各方面的性能均達到標準要求。

快速管接頭與傳統卡套式接頭相比，由于其良好的密封性能和結構特點，不論是在底盤制動系統，還是在發動機低壓油路上的應用，不僅提高產品性能，同時也改善現有汽車管路的裝配方式，提高了工作效率，降低了綜合成本。

3 市場前景及社會經濟效益

(1)市場前景。目前國內市場的快速管接頭處于剛剛導入階段，其市場容量十分巨大，根據國家工信部最新公布數字，2011 年商用車全年產銷量分別為393.36 萬輛和403.27 萬輛，增長率雖比2010 年有所下降，但整體汽車市場仍處在快速發展階段，不管是重型載貨車、掛車還是大型客車銷量的增加，都將帶動汽車底盤銷量的上升，快插管接頭作為底盤制動系統的零部件，其市場容量都將逐步增大。因此快插管接頭市場前景十分廣闊。

(2)經濟效益。在全球眾多的汽車管件制造企業中，汽車快速管件的設計開發及推廣應用已是必然趨勢。目前市場及技術條件已經成熟，一旦付諸實施，必將給企業帶來巨大的經濟及社會效益。根據現有試裝車測算，對于整車廠已可實現的具體指標如下:

整車管件裝配效率提高60%;

工人勞動強度降低70%;

整車管路系統重量降低30%;

整體管路系統制造成本降低20%。

同時對于汽車零部件制造商也是一個極大的機遇，快速管接頭一旦在商用車推廣應用，其市場容量將是十分巨大的，以2011 年商用車產量計算，僅汽車管件全年總產值預計將達到60 億人民幣左右，因此快速管件在商用車上的快速應用，不但會催生出一批專業化和規模化的先進汽車零部件制造企業，而且對整個汽車行業的發展也將起到極大的推進作用。

(3)社會效益。低碳經濟已成為國家層面乃至全球經濟共同追求的目標。宏觀環境的變化也不可避免地輻射到微觀行業，特別是汽車零部件行業，這就要求汽車零部件企業應該盡早進行結構調整和轉型升級，提高自身技術含量。要有意識發展高附加值產品、發展自主核心技術，生產高技術含量產品，由中國制造走向中國創造。文中涉及的汽車用快速管接頭，擁有自主知識產權，不僅適應了當今市場的需求，提高了產品競爭力，同時在國內汽車零部件同類行業中處于領先地位，快速管接頭的開發以及在商用車上的推廣應用將會引導汽車零部件制造企業努力朝著研發和生產具有高附加值產品的方向發展，促進汽車零部件行業的整體進步。

4 結束語

中國汽車市場的高增長必將帶動汽車行業的全面發展和繁榮，汽車管路作為車輛中必不可少的系統，特別是在底盤制動系統中更占據了十分重要的地位，其中管接頭的優良是影響整個車輛安全的重要指標，快速管接頭不但提高了產品氣密封性，解決現有卡套式管接頭普遍存在的“漏氣”、 “漏油”、“漏水”等三漏問題;在滿足汽車使用安全性指標的前提下實現了快速插拔;改變了汽車管件的裝配方式，提高工人工作效率，降低整車綜合成本。并同時解決了現有卡套式管接頭存在的裝配困難、安裝易受空間限制等問題;在彎通、三通以及四通管接頭上實現了可旋轉性。滿足管路系統整體氣密封性要求，解決了現有普通管路系統管線布置混亂以及安裝受限等問題;同等規格和數量的管接頭比現有卡套式管接頭重量減輕30%，降低了整車能耗，減少了廢氣排放，滿足國家節能環保要求，可達到商用車國Ⅸ排放技術標準。

通過以上分析，快速管接頭在商用車上的產業化應用，不但給相關企業帶來巨大的經濟效益，同時還將引導汽車零部件的基礎行業逐步走向自主創新之路。

【1】杜婷婷.快插接頭在氣制動系統中的應用［J］.電子工業專用設備，2006(4):59－61.

【2】于峻峰. 國外卡車氣制動系統管接頭的發展［J］. 重型汽車，2005(2):18－19.

【3】丁一，周福庚.快插式制動管路接頭的結構設計［J］. 合肥工業大學學報:自然科學版，2009(32):210－212.

【4】何永輝，段旭東. 一種新型的快插式接頭結構［J］. 專用汽車，2008(12):56－57.

【5】楊慧鋼.制動管路對整車制動系統的影響［J］. 汽車科技，2009(6):68－71.