發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管松脫故障暴露的安全問題

胡悅，陳國鵬，常莉

中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所

本文介紹發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管松脫導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液泄漏的故障，分析冷卻液軟管松脫的原因，以及產(chǎn)品質(zhì)量、安裝環(huán)節(jié)、驗(yàn)收環(huán)節(jié)、檢修環(huán)節(jié)等方面存在的問題，提出具有針對(duì)性的解決措施，避免此類安全隱患發(fā)生。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要分系統(tǒng)，其功能是利用冷卻液水冷發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭，以及沖壓空氣，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。同時(shí)，為發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油系統(tǒng)提供冷卻源，其綜合性能不僅決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和工作穩(wěn)定性，更影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的核心組件，用于輸送發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液。為了保證冷卻液順暢流地入散熱器及閥體，冷卻液軟管采用了空間異型結(jié)構(gòu)。常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)配套的4根冷卻液軟管，分別連接液體-滑油散熱器、液冷裝置、冷卻液控制閥、發(fā)動(dòng)機(jī)水泵及發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹壺，形成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液閉環(huán)回路，冷卻系統(tǒng)分布詳見圖1。冷卻液軟管不僅應(yīng)滿足功能和安裝要求，也應(yīng)具有合理緊湊的布局。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)各組成分布圖。

故障與原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管通過HG-SS系列摩瑞喉箍與系統(tǒng)其他設(shè)備連接，圖2為一種典型連接示意圖。

圖2 冷卻液軟管與設(shè)備接頭連接的示意圖。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管的管徑較大，管內(nèi)充滿冷卻液后，管體自身重量及液體重量完全由軟管兩端與接頭的連接段支撐，發(fā)動(dòng)機(jī)開車后，振動(dòng)環(huán)境下的軟管垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)加劇，軟管兩端頭的安裝和連接尤為重要。

在一次發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)地面試驗(yàn)中，監(jiān)控界面顯示發(fā)動(dòng)機(jī)缸溫超過120℃、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油溫度超過130℃，超溫報(bào)警燈閃亮，操作員立即采取緊急措施，防止故障進(jìn)一步引發(fā)嚴(yán)重后果。工作人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)冷卻液軟管與三通接頭的連接處發(fā)生松脫，冷卻液大量泄漏，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭及潤滑油超溫，發(fā)動(dòng)機(jī)須返廠檢修。

檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)冷卻液軟管與三通接頭連接處安裝的卡箍未卡緊，這是導(dǎo)致本次松脫故障的主要原因。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，其他3根冷卻液軟管與機(jī)上液冷裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹壺等連接設(shè)備處也存在不同程度的松動(dòng)現(xiàn)象。

在后續(xù)地面開車過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)2號(hào)冷卻液軟管與發(fā)動(dòng)機(jī)水泵入口的接頭連續(xù)發(fā)生多次松脫，詳見圖3、圖4。

圖3 冷卻液軟管與三通接頭發(fā)生松脫。

圖4 冷卻液軟管與發(fā)動(dòng)機(jī)水泵的接頭發(fā)生松脫。

安裝方法不規(guī)范

在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，未規(guī)范冷卻液軟管的安裝方法。下面是實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)的7類問題。

（1）有的冷卻液軟管端面未插入所連接設(shè)備的接頭底部。

（2）有的被截短后出現(xiàn)軟管端面參差不齊。

（3）軟管現(xiàn)場比測安裝后，操作人員憑借經(jīng)驗(yàn)與感覺來裁剪軟管，導(dǎo)致同一型號(hào)軟管安裝后尺寸長短不一。

（4）有的卡箍箍帶兩邊切入軟管橡膠中，說明卡箍被擰得過緊。

（5）操作人員在安裝冷卻液軟管卡箍時(shí)，將不少冷卻液軟管卡箍卡到所安裝接頭的滾波上。

（6）有的冷卻液軟管卡箍擰緊力矩過小，安裝后冷卻液軟管與接頭的連接不牢固，單手可將冷卻液軟管從安裝接頭處拔脫。

（7）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)后，冷卻液軟管受到較大沖擊時(shí)，容易產(chǎn)生振動(dòng)，最終導(dǎo)致冷卻液軟管從設(shè)備接頭處脫落。

軟管安裝卡箍選用不當(dāng)

松脫的冷卻液軟管使用了一種箍帶寬度為12.8mm的摩瑞喉箍（見圖5），而發(fā)動(dòng)機(jī)水泵入口處接頭直線段長度為19.8mm（包含凸起的長度），卡箍安裝時(shí)容易卡到接頭的凸起上，造成卡緊力不均勻，且摩瑞喉箍箍帶的厚度較薄(厚度為0.62mm)，箍帶的空心卡槽及兩側(cè)邊較鋒利，卡緊后對(duì)軟管外表面膠料造成切拉損傷，這也是導(dǎo)致軟管松脫的主要原因之一。

圖5 摩瑞喉箍。

暴露的問題

產(chǎn)品質(zhì)量問題

（1）冷卻液軟管質(zhì)量

對(duì)試驗(yàn)安裝的不同批次冷卻液軟管進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，不同批次冷卻液軟管存在如下差異性。

①制造工藝差異

一種采用熱收縮膜硫化制造工藝，軟管外表面光滑，管體柔韌性較好；另一種采用水包布硫化制造工藝，軟管外表面有水包布印痕，管體柔韌性較差，安裝人員反饋安裝難度較大，軟管端頭與設(shè)備接頭對(duì)不上時(shí)，易產(chǎn)生較大的安裝應(yīng)力。

②冷卻液軟管壁厚差異

軟管內(nèi)徑24.7 ～25.3mm，軟管外徑35.5 ～36.8mm，壁厚范圍5.1 ～6.05mm，軟管拉脫對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同卡箍卡緊力矩下，壁厚值越大，軟管的抗拉脫性能越差。

③冷卻液軟管長度差異

由于冷卻液軟管為空間異型結(jié)構(gòu)，在軟管成型后出廠檢驗(yàn)時(shí)，軟管廠家并未給出合理可行的軟管外形尺寸測量方法，工人只能憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)軟管兩端進(jìn)行裁剪，導(dǎo)致同一編號(hào)軟管出現(xiàn)長短不一的現(xiàn)象。

④裝配不當(dāng)

發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)冷卻液軟管與三通接頭處松脫，是因?yàn)?號(hào)冷卻液軟管出廠時(shí)，軟管廠家未裝配好。軟管廠家應(yīng)保證軟管在運(yùn)輸或后續(xù)安裝過程中與三通接頭處的連接始終處于緊固狀態(tài)，否則，針對(duì)機(jī)上安裝，須說明應(yīng)對(duì)該處安裝質(zhì)量進(jìn)行重復(fù)檢查。

（2）設(shè)備接頭質(zhì)量

HB4-110-1983《滾波標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，設(shè)備接頭應(yīng)按滾波標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)備接頭內(nèi)徑為12 ～28mm時(shí)，滾波外徑D1與設(shè)備接頭外徑D應(yīng)滿足公式：D1=D+2mm。發(fā)動(dòng)機(jī)水泵入口處接頭及1號(hào)冷卻液軟管的三通接頭實(shí)際尺寸詳見表1。由表1可知，發(fā)動(dòng)機(jī)水泵入口處接頭及1號(hào)冷卻液軟管的三通接頭滾波高度均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)連接設(shè)備的接頭長度不能過短，否則影響軟管的連接性能。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，設(shè)備接頭長度應(yīng)不短于接頭外徑。發(fā)動(dòng)機(jī)水泵入口處接頭長度為19.8mm，遠(yuǎn)小于其接頭外徑27.7mm。

表1 安裝設(shè)備的接頭尺寸。

安裝問題

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管的安裝原理是，摩瑞喉箍的螺桿螺紋利用機(jī)械式推進(jìn)力，與箍帶上的卡槽精準(zhǔn)而有力的咬合，隨著螺桿的進(jìn)一步緊固，軟管受力壓縮，與連接設(shè)備的接頭外表面形成壓緊密封式結(jié)合。在實(shí)際工作中，安裝環(huán)節(jié)存在如下問題。

一是操作人員安裝冷卻液軟管時(shí)，未使用濕抹布將軟管端頭內(nèi)壁殘留的油脂性脫模劑清理干凈，未使用干抹布將冷卻液軟管兩連接端頭的內(nèi)壁及設(shè)備接頭的外壁擦拭干凈，降低了軟管內(nèi)壁與設(shè)備接頭的附著力。

二是操作人員安裝冷卻液軟管時(shí)，未將軟管插入機(jī)上連接設(shè)備接頭的底部，減小了軟管端頭與接頭的接觸面積。如果連接設(shè)備接頭的長度不夠，這種安裝方式將增大軟管松脫的風(fēng)險(xiǎn)。

三是由于冷卻液軟管交付尺寸不一致，在安裝前，軟管須進(jìn)行機(jī)上現(xiàn)場比試。由于沒有專用切割工具，現(xiàn)場人員借助臨時(shí)工具，憑借經(jīng)驗(yàn)裁剪，有的被截短后出現(xiàn)軟管端面參差不齊，有的同一型號(hào)軟管裁剪后長短不一，導(dǎo)致軟管與設(shè)備接頭位置無法準(zhǔn)確對(duì)接，安裝時(shí)進(jìn)行強(qiáng)行裝配，使軟管扭曲，存在一定裝配應(yīng)力。

四是對(duì)于形狀較為對(duì)稱的冷卻液軟管，如近似于“Z”字型的冷卻液軟管。在安裝前，軟管兩端未分別與連接設(shè)備的接頭進(jìn)行試裝確認(rèn)，造成錯(cuò)位安裝，出現(xiàn)異常安裝應(yīng)力。

五是冷卻液軟管安裝卡箍時(shí)擰緊力矩達(dá)不到要求。擰緊力矩超過卡箍的額定力矩時(shí)，卡箍箍帶兩側(cè)及卡槽切入軟管橡膠中，對(duì)軟管膠料造成損壞，同時(shí)影響卡箍自身的強(qiáng)度。擰緊力矩未達(dá)到卡箍建議的力矩值時(shí)，冷卻液軟管在接頭連接處可轉(zhuǎn)動(dòng)，容易被拔脫。

六是冷卻液軟管安裝卡箍在軟管上的安裝位置不規(guī)范。操作人員安裝卡箍時(shí)，可能卡到連接設(shè)備接頭的滾波上，導(dǎo)致卡箍安裝偏斜，卡緊力不均勻。另外，操作人員也可能將卡箍卡到軟管邊緣上，減小了卡箍箍帶與軟管接觸的面積，影響軟管的全方位密封性。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，冷卻液軟管的卡箍位置至軟管邊緣的距離等于軟管壁的厚度，這個(gè)距離最合適。

驗(yàn)收環(huán)節(jié)中的問題

（1）軟管入廠驗(yàn)收

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液軟管成品質(zhì)量檢驗(yàn)文件要求，須對(duì)冷卻液軟管的內(nèi)外徑、重量、長度、外表面及軟管三通接頭連接處的緊固情況進(jìn)行入廠驗(yàn)收。如果冷卻液軟管內(nèi)外徑、重量、長度及外表面質(zhì)量達(dá)不到要求，不能入廠使用。但是，1號(hào)冷卻液軟管三通接頭連接處存在松動(dòng)的情況，在實(shí)際工程驗(yàn)收過程中，驗(yàn)收人員并未發(fā)現(xiàn)和提出。

（2）軟管安裝驗(yàn)收

軟管安裝后，應(yīng)根據(jù)圖樣要求對(duì)安裝卡箍的擰緊力矩、緊固標(biāo)記線、安裝位置及軟管的端面裁剪質(zhì)量、緊固效果進(jìn)行驗(yàn)收。發(fā)動(dòng)機(jī)2號(hào)冷卻液軟管與發(fā)動(dòng)機(jī)水泵處接頭的連接卡箍安裝位置及緊固效果未達(dá)到驗(yàn)收要求，但在實(shí)際工程驗(yàn)收過程中，問題沒有被發(fā)現(xiàn)和提出。

檢修環(huán)節(jié)中的問題

冷卻液軟管發(fā)生松脫故障后，在檢查過程中應(yīng)檢查該軟管安裝卡箍的卡齒是否磨損，軟管端口內(nèi)外壁是否出現(xiàn)裂紋與缺損，設(shè)備安裝接頭是否有損壞等問題，并做詳實(shí)記錄。一般情況下，軟管從設(shè)備安裝接頭上松脫后，由于設(shè)備接頭上滾波的凸起段會(huì)將卡箍撐開，導(dǎo)致卡箍的卡槽出現(xiàn)磨損。軟管內(nèi)壁可能存在拉脫損傷，檢修時(shí)應(yīng)更換新的軟管及卡箍，若設(shè)備接頭存在損傷，也應(yīng)用新件更換損壞件。但是，在實(shí)際工程檢修過程中，有些單位沒有規(guī)范的故障后處理方法及步驟，導(dǎo)致檢修流程混亂，難以開展后續(xù)故障分析工作。

在日常檢查維護(hù)中，由于冷卻液軟管為橡膠材質(zhì)，易受環(huán)境溫度影響而變形，應(yīng)考慮軟管的熱脹冷縮引起卡緊力的變化，視情檢查冷卻液軟管安裝卡箍的緊固情況。

整改措施

第一，加強(qiáng)冷卻液軟管及設(shè)備安裝接頭的質(zhì)量管理，及時(shí)改進(jìn)不滿足質(zhì)量要求的冷卻液軟管，使用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)備安裝接頭及合適的安裝卡箍。

第二，充分檢查軟管現(xiàn)場安裝布設(shè)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，適當(dāng)在冷卻液軟管中段增加軟管固定支撐點(diǎn)，一般軟管每400mm處須增加一個(gè)支撐點(diǎn)，提高軟管緊固可靠性和安全性。

第三，加強(qiáng)常用軟管標(biāo)準(zhǔn)和操作檢修規(guī)范的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步掌握系統(tǒng)和機(jī)組設(shè)備工作原理。

第四，在涉及安裝、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，有疑問或者遇到不清楚的內(nèi)容，一定要將問題徹底弄明白，把工作做細(xì)做實(shí)。

第五，編寫發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液泄漏后故障取證與處理流程，并認(rèn)真學(xué)習(xí)，預(yù)防故障再次發(fā)生。

第六，加強(qiáng)備件庫存管理，應(yīng)儲(chǔ)備足夠數(shù)量的合格冷卻液軟管、安裝卡箍、冷卻液等物料，以免影響試驗(yàn)任務(wù)。

總結(jié)

本文從安全角度出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、安裝、驗(yàn)收、檢修等方面暴露的安全隱患進(jìn)行分析，提出相應(yīng)解決方案。冷卻液軟管松脫故障在無人機(jī)甚至汽車上時(shí)有發(fā)生，稍有不慎，輕則損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，重則造成重大事故，應(yīng)引起高度重視。■