制動管束的設計要點和裝配優點及制作要求

魏成

(武漢元騰汽車技術有限公司,湖北 武漢 430000)

汽車的制動性能對于汽車的安全性非常重要。近幾年,中國一些載貨汽車更多地采用氣壓制動系統,其中制動管路與各種各樣的控制閥相聯。無論是客車還是載貨汽車,為提高整車裝配速度,整車主機廠都希望供應商將制動管路制作成管束成套供貨。但將車上立體的管路布局轉化成平面布局是一項復雜且細致的技術,不僅需熟悉每根氣管的走向,而且管路間的相對位置、接頭的方向都要準確,還要保證具有較好的裝配工藝性。

1 管路系統的組成

整車的氣壓制動管路系統包括從氣源到各功能部件輸送壓縮氣體的鋼管、膠管、金屬編織管和尼龍管。管束設計是將一系列不同規格、長度和形式的尼龍管,根據各功能部件在底盤上的位置,盡可能有序地排列和捆綁在一起,形成易于裝配的管束(見圖1)。

圖1 制動管束

2 影響制動管束設計的因素

制動管束需依據整車配置情況設計,同一車型,配置不同,布置不同,管路的明細和走向也不同。影響管束設計的因素包括：

(1)車輛類別。車輛類型不同,如燃油車、純電動車、氫燃料電動車、平板車、自卸車、牽引車等,配置的元件不同,管路明細不同。

(2)驅動形式。氣室數量不一樣,如4×2、6×2、6×4、8×4等,所需儲氣筒的容量和對應的控制元件不一樣,直接影響管路的數量和種類。

(3)軸距。制動總閥進氣和出氣,手制動閥進氣和出氣,從駕駛室前端到儲氣筒、氣室、制動閥都有氣路相接。同一類別的相同配置車型,如果軸距不一樣,則連接部分元件的管路尺寸也不一樣。

(4)儲氣筒、空氣干燥器、四回路的布置。空氣從氣源處經干燥器通過四回路分配到儲氣筒各氣腔儲存,三者的布置樣式直接決定底盤管束的集散程度,是影響管束設計的重要因素。

(5)發動機、電動空壓機位置和類型。發動機、電動空壓機位置和類型決定氣源位置,直接影響管束的變化。

(6)其他配置。車輛的其他配置如氣囊座椅、排氣制動、EPB(電子手剎制動系統)、空氣懸架、氣喇叭、變速箱氣助力換擋、關乎排放的氣助力尿素泵、氣助力離合分泵等都會影響管束的設計。

3 管束設計要點

管束設計目的是降低裝配難度,減少裝配時間。

3.1 集中布置底盤管路

首先考慮管束布置在車架的左側還是右側,在此基本上考慮以下幾點：

(1)儲氣筒的位置。如儲氣筒布置在車架的單側,則管束和儲氣筒布置在同側可避免管路橫跨車架；如儲氣筒布置在車架中間,則管束布置在車架左側或右側都可以。

(2)同側是否有其他管路和線束。如電動車有大量冷卻水路和高、低壓線束,燃油車有整車的低壓線束,自卸車有舉升油缸的助力油管,管束布置時需考慮如果將它們布置在車架同側空間位置是否會顯得局促。

(3)駕駛室的制動總閥、手制動閥、掛車閥和氣囊座椅等在駕駛室外的氣管路接口位置。這些接口布置在哪側,則優先將管束布置在同側,以減短管束中部分管路的長度。如圖2所示,駕駛室的手制動閥在駕駛室外的氣管路接口布置在車輛左側,則管束布置在左側可優化管路長度。

圖2 手制動閥駕駛室外管路接口示例

(4)大部分用氣元件布置位置集中在哪側,則管束布置在哪側。圖3為某4×2普通燃油車型的底盤管路布置情況,從中可見,發動機自帶空壓機(氣源)、儲氣筒、空氣干燥器帶四回路總成、駐車快放閥、排氣制動閥均布置在車架右側,管束布置在右側更合理。

圖3 底盤管路布置示例

3.2 確定制動原理圖

圖4為某4×2普通燃油車型的制動原理圖(省去打氣泵、干燥器和四回路)。該圖為最基本的雙回路氣壓制動原理圖,其余用氣元件分支只需在主路中添加即可。分支一般在前剎、手剎和輔助用氣回路中添加。

圖4 制動原理圖示例

3.3 確定氣路分支數量和形式

一般情況下,氣路主要有4路,分別為前剎、后剎、手剎、輔助用氣,對應的儲氣筒氣腔也有4個,如少于4個,則管路上會有分支或使用多通接頭。由于腳剎(前剎和后剎)使用頻次較高,最好不要再設置氣路分支。對于使用多通接頭的情況,只需先確定分支點處,再確定管路長度即可。

對于在管路上有分支的情況,同樣需先確定分支點處,再確定分支形式。管路上接頭形式常用有6種(見表1)。

表1 管路上接頭常用形式

如圖3所示,輔助用氣有排氣制動閥和離合器助力器,而且分居車架內側的左右端,管路分支可設計為圖5兩種形式,其中A端為儲氣筒出氣口端,B端為排氣制動閥端,C端為離合器助力器端。使用H形接頭時,尼龍管彎弧半徑需保證。

圖5 管路分支形式一

如圖3所示,儲氣筒位于車架右側,管路需貫穿大梁過氣孔到大梁內側,可設計為圖6兩種形式,其中A端為接車架內側,B端為儲氣筒端,型管段僅限于該段,在高溫箱里制作,其余為流動管狀態。

圖6 管路分支形式二

3.4 選擇管束中的管路

為保證所設計管束的裝配工藝性,不能將所有氣管都組裝進管束。以圖3為例,可根據以下幾點進行選擇：

(1)儲氣筒供氣到腳制動閥和腳制動閥出氣到前剎和后剎的4根管、儲氣筒供氣到手制動閥和手制動閥出氣到駐車快放閥的2根管路及儲氣筒供氣到用氣元件的1根主管路因長度較大,作為管束管路是最主要的選擇。

(2)四回路到儲氣筒的管路長度較短,且在車架外側,無法捆扎到管束里。

(3)前剎快放閥和ABS電磁閥組合閥到車架上隔壁式管接頭的型管及散熱管到干燥器的型管在管束裝配前即可完成裝配,無需捆扎到管束里。

3.5 管束中管路的定位

管束包含數根單個管路,管路間的相對位置及管路各分支的方向需明確,遵循“以定定動”的原則。第一個“定”是指零部件定位后管束裝配方式變化較小的元素,“動”是指受裝配工藝影響而變化較多的元素。因此,管束中各管路的長度和分支點的確定可以儲氣筒作為參照物。圖7為某車型的管束在儲氣筒處的管路分支(即儲氣筒出氣分支)圖,共有4個分支A、B、C、D,其中A和B重合,C和D重合,AD間的長度f即為儲氣筒的氣孔間距,b、c為儲氣筒1的氣孔到管束的距離,a、d為儲氣筒2的氣孔到管束的距離。

圖7 儲氣筒處的管路分支圖

3.6 根據布置情況合理設計管束中各部分的尺寸

根據管束的定位點和管路走向確定各部分的尺寸,需保證管束主向和分支較多之處的誤差小。如果管束布置中存在彎曲情況,則可適當放寬該部分的尺寸。如連接駕駛室面板的腳制動閥接頭板上的4根氣管,由于要考慮駕駛室跳動和駕駛室翻轉后的余量,這部分預留偏長一些。如果管束布置較平直,則要嚴格控制其尺寸,制作誤差控制在±20 mm。裝配偏差可通過控制管束縱向松緊程度來彌補,既能保證管束在裝配后較美觀,又可避免因尺寸偏短而連接不上的問題。

3.7 管束中各氣管的分支數量盡量少

即優先在管接頭上實現氣路分支。制動管束中的氣管通過制動管接頭與各用氣元件相接,管接頭形式直接影響氣管的形式。從包裝、運輸和裝配的便捷性考慮,管束各氣管分支越少越好。

3.8 合理設計管束中預留的氣管分支位置

不同規格的氣管有不同的最小彎曲半徑(見表2),一旦小于這個值,氣管就會折疊,導致氣路不暢。在設計管束分支時,要確保彎曲半徑大于對應的數值,一般比該值大50～100 mm為宜。

表2 氣管的最小彎曲半徑 mm

3.9 其他

管束裝配中會出現與車架、各類支架的刃口、車架螺栓及其他運動件直接接觸等情況,設計管束時應在管束主向上纏裹一層尼龍管保護帶,管束分支根據需要纏裹,防止管路損傷磨損,也可起到隔熱的作用。裝配過程中,應避免過分拉伸和壓縮,以免造成尼龍管損傷。每隔400 mm,采用適宜的管夾固定管束,固定時不得扭曲尼龍管或把管路壓癟。

管束設計需依托完整的數據,而管束狀態的最終固化還需輔以數次的裝車驗證。在裝配驗證過程中,氣路長度、分支位置及裝配的工藝性等才能進一步優化。

4 管束裝配的優點和制作要求

與單根零散氣管的裝配方式相比,使用管束裝配具有以下優點：1)美觀整齊,避免多根氣管零散雜亂堆積的現象。2)能顯著減少管路在流水線上裝配的工作量,提高相應工位管路的裝配速度。管束相當于將部分管路的捆扎工作轉移給了管路供應商,最直接的一點就是減少了管路貫穿橫梁的重復性動作和多根零散管路裝配后再包裹纏皮的需要。3)降低管路裝配對裝配人員的專業性要求。整車的管路系統較復雜,種類和數量較多,采用管束進行裝配,大部分氣管在管束中已按照各種用氣元件的布置情況預先組裝好,裝配時只需找準定位點,即可有序地與各用氣元件相接。4)減少不同裝配人員由于操作技能等因素對裝配狀態的影響,提高裝配的一致性,保證裝配質量的穩定性。

與單根零散氣管的裝配方式相比,管束制作對管束供應商提出了更高要求：1)對管束中各根氣管的氣密性、耐久性等要求更高。管束裝上車后氣路調試時如存在氣路故障,確定是管束問題后通常需整套管束更換。另外,在后期氣路維修時,管束會增加氣路故障的排查難度,集成度越高排查越繁雜。2)管束中各氣管分支定位要求較嚴苛。在裝配管束時,如定位不合適,易出現與某些用氣元件連接不上、氣管過長或過短、部分氣管緊繃或扭曲等情況,導致管束裝配事倍功半。

5 管束的制作步驟

明確了管束中各管路的分支點、管徑和接頭形式后,管束供應商即可根據主機廠提供的圖紙制作管束。制作步驟如下：

(1)制作明細表。根據管束總成圖紙,提取內部制作所需參數,包括每根尼龍管的接頭形式、長度、管徑和顏色標記。表3為某車型管束明細表。

表3 管束明細表示例

續表3

(2)制定管路制作工藝流程。管束中各管路的接頭形式、長度、管徑、顏色標記明確后,接頭(主要是直角筍型和三通筍型,卡套式、A型直通/直角快插不需考慮)的壓裝方向、各管路的間距和排列層疊順序需有嚴格的工藝流程指導和保證。制作過程為切管(將盤管切成需要的管段)→壓裝接頭(利用壓裝設備在工裝上通過管子的彈性變形將各種管路接頭與管段連接在一起)→粘貼顏色標記(便于實現快速裝配連接)→鋪管纏裹保護套并捆緊(需弄清楚各管路的相對位置、接頭的正確方向)。

6 結語

制動管路布置是一項看似容易,實際上要做好并不容易的技術,管束設計和制作對設計人員和管路供應商都提出了更高要求。管束的集成化、模塊化已是大勢所趨,如何取舍分割出最優的組合以適應主機廠自身特點和系統環境,需要廣大技術人員不斷探索、嘗試和總結。