壓緊式管接頭優化后對拔脫性能的影響

范駿波

摘要：壓緊式管接頭是軌道交通車輛制動系統中常用的管接頭類型之一，由于結構特性，壓緊式管接頭安裝后主要通過管路回路設置固定支架防拔脫。為避免管接頭脫落，管接頭中的卡環進行了優化，設計了帶齒結構，通過增大摩擦力來增強管接頭的防拔脫性能。本文通過相應的拉伸試驗，驗證結構優化后的壓緊式管接頭安裝后對管接頭防拔脫性能的影響。

關鍵詞：壓緊式管接頭;卡環優化;拔脫性能

中圖分類號：TH131? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0060-02

0? 引言

空氣制動系統作為城市軌道車輛的重要部分，直接涉及到車輛的運行安全和性能。做為制動系統壓縮空氣的載體，管路與管接頭要求具有良好的密封性。

我國于20世紀70年代開始推廣使用壓緊式和卡套式管接頭以及快插接頭，壓緊式管接頭由于無需做任何準備工作，便于安裝（安裝時無需專用工具）以及節省時間，常被用于安全要求嚴格的環境（沖擊、振動等）和系統（制動系統，無線電防護等）中，廣泛應用于工程機械、汽車制造、機床工業、船舶工業、電力機車等行業。在軌道交通車輛制動系統中，由于結構的特殊性，壓緊式管接頭安裝后主要通過管路回路設置固定支架防拔脫[1]。為提高管接頭的防拔脫性能，對管接頭中的卡環進行優化，設計了帶齒結構，本文主要通過相應的拉伸試驗，驗證結構優化后的壓緊式管接頭安裝后對管接頭防拔脫性能的影響。

1? 壓緊式管接頭

1.1 壓緊式管接頭工作原理

壓緊式管接頭（如圖1）主要由外套螺母、卡環、密封圈和墊圈組成。連接管路時，管路插入管接頭后，外套螺母在接頭體上順時針轉動，卡環由于外套螺母的擠壓產生一個軸向力和一個徑向力。其軸向力使卡環帶動平墊圈擠壓密封圈，填充接頭體與管路間的間隙產生密封作用。徑向力使帶缺口的卡環收口，進而夾緊管路，直至到達規定扭矩值[2]。卡環及密封圈與管路的緊密貼合，具有抗振動、防沖擊性能，同時也起到防漏、防松的作用。

1.2 壓緊式管接頭的優點

壓緊式管接頭由于結構特性，具有工藝簡單、連接牢靠、耐高壓、耐高溫、耐低溫、密封性和反復性良好、安裝檢修方便、工作安全可靠、造型美觀、經濟實用等優點，是軌道交通車輛制動系統主要的管接頭連接形式。

1.3 結構優化的壓緊式管接頭

盡管壓緊式管接頭具有良好的密封性能，在軌道交通車輛復雜的運行工況下，壓緊式管接頭安裝完成后，仍然偶有因熱脹冷縮、沖擊振動、安裝操作不當或者管路接頭缺少固定，導致管接頭鎖緊力矩減小，進而引發管路泄露甚至管接頭脫落等情況，影響車輛行車安全[3]。為避免由于沖擊振動和拉伸導致管接頭松動，壓緊式管接頭進行了結構優化，卡環設計了螺紋帶齒的結構，理論上，采用結構優化的壓緊式管接頭，增大了卡環與管路的摩擦力，進一步提升管接頭的防拔脫性能。

2? 管接頭拔脫力試驗

2.1 不同工況下的拔脫力試驗

2.1.1 試驗目的

通過試驗手段，對比結構優化的壓緊式管接頭和未優化的壓緊式管接頭在不同工況（溫度、振動）下的拔脫力試驗，記錄不同的接頭在相應工況下管路被拔出時的拉力[4]，驗證結構優化后的壓緊式管接頭的防拔脫性能，進而為改進管接頭連接工藝提供依據。

2.1.2 試驗設備

①拉拔試驗：Zwick Roell Z 050材料試驗機、濟南時代試金 WDW-B200微機控制電子式萬能試驗機。

②振動：ES-60W-455/LT 1515的電動振動系統和HTHV8000-40W2的三綜合試驗箱。

③溫度控制：環境溫箱。

2.1.3 試驗組合

選定公稱直徑12和22的管路，采用不銹鋼壓緊式管接頭，分是否進行了結構優化（有齒）和未進行結構優化（無齒），在兩種溫度情況（低溫、高溫）和工況（有沖擊振動、無沖擊振動）下組裝完成，再進行拉伸試驗，驗證管接頭拔脫力，試驗各重復五次。

2.1.4 管接頭編號

管接頭編號共9位數字和字母組成：第1位字母G表示材料為不銹鋼;第2-3位表示公稱直徑，第4-5位表示卡環是否優化（有無帶齒），C0表示卡環無齒，C1表示卡環有齒;第6-7位表示試驗溫度，T0表示在低溫下進行，T2表示在高溫下進行;第8-9位表示是否有振動環境，V0表示沒有振動，V1表示有振動。

2.1.5 試驗規程

①組裝管路、構架、管卡和不銹鋼不帶齒卡環管接頭。

②組裝完成后做氣密性試驗，試驗壓力不小于10bar，保證各接頭用測漏液檢查不到漏氣現象。

③將試驗裝置固定到震動試驗臺上，按IEC61373中2類設備標準進行震動試驗。

④將管路固定在試驗臺上進行拔脫力試驗（如圖2），記錄管路被拔出時的拉力。

2.2 拔脫力試驗結果

從表1中的試驗數據來看，受溫度和振動的影響，卡環是否優化（有無帶齒）對拔脫力的影響規律不夠明晰。如圖3所示，在低溫非振動環境下，公稱直徑為？準12、卡環帶齒的管接頭拔脫力比無齒的要大;但是在公稱直徑為？準22管接頭中，卡環帶齒的管接頭拔脫力比無齒的要小;而公稱直徑為？準12管接頭在高溫非振動環境下，卡環是否優化，對管接頭拔脫力幾乎無影響。

溫度的影響：但高溫狀態下，振動對拔脫力的影響不夠明顯。在低溫狀態下，振動沖擊對拔脫力的影響比較明顯，與無振動狀態下的拔脫力相比，振動使得拔脫力下降幅度達7～47%。

振動的影響：如圖3所示，在無振動工況下，不論卡環是否優化，拔脫力都衰減了約40～50%。如圖4所示，振動工況下，不論卡環是否優化，對壓緊式管接頭拔脫的規律不夠明顯。

3? 結論

壓緊式管接頭的設計結構、安裝方式、連接的緊固力矩以及安裝操作等均會影響其密封性能。當軌道交通車輛經歷長時間運行后，列車管路隨溫度變化、車輛沖擊振動，管路接頭處密封有可能失效，發生泄漏，進而影響車輛行車安全。因此對制動管路連接工藝可靠性研究具有重要的工程應用意義。

通過相應的工藝試驗，對結構優化后的壓緊式管接頭分不同的溫度和沖擊振動情況，進行了工藝可靠性研究，獲得了相應工況下的拔脫力數據，總結了相關的影響規律，為壓緊式管接頭扭矩復驗、防拔脫性能和復扭周期等提供了依據。同時相應的工藝試驗數據也有助于新項目開發設計時的選型匹配，減少了軌道交通車輛制動系統的異常狀況，從而提高列車制動可靠性。

參考文獻：

[1]劉豫湘，陸縉華，潘傳熙.DK-1型電空制動機與電力機車空氣管路系統[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]趙保春.鐵路貨車用壓緊式管接頭組裝工藝[J].機車車輛工藝，2009（5）.

[3]鄭霞.機車壓緊式管接頭脫落原因分析及防范措施[J].電力機車與城軌車輛，2013，36（3）：93-94.

[4]耿志學，鐘冬娟.卡套式管接頭拔脫力試驗裝置和試驗方法[J].液壓與氣動，2012（8）：131-133.