轉向架用管接頭的常見失效問題分析

黃 瑤，鄒建文，王瑛琪

（中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京 280031）

引言

地鐵車輛的制動方式為電空混合制動，空氣制動的實際效果受氣路件的機械和密封性能影響較大；由于設計階段即存在的不足以及運行中的疲勞和沖擊作用，會破壞制動管路連接主要是管接頭的穩定性，使得制動失效頻發，嚴重影響行車安全。本文將主要分析接頭在應用中出現的問題與代入設計時要考慮的缺陷，對管接頭使用提出優化方案，避免疲勞等造成的失效，保證管路連接的可靠性。

1 管接頭型式

轉向架上主要使用卡套式和壓緊式接頭。卡套式接頭由三部分組成：接頭體、卡套和螺母。當卡套和螺母套在鋼管上插入接頭體后，旋緊螺母時，卡套前端外側與接頭體錐面貼合，內刃均勻地咬入無縫鋼管，形成有效密封[1]。

壓緊式接頭由接頭體、O型圈、墊圈、卡環和螺母等組成，主要由可適用于各種使用條件的密封圈達到密封效果[2]，墊圈可對密封圈形成保護，卡環一般是適用于管材的切口圓環，實現與管路的壓緊定位，此種結構由于不需要預壓管路，保證了管路外壁的完整性，使得管路可以重復使用。

2 管接頭失效問題

卡套式和壓緊式接頭在應用中均出現過連接失效，進而導致氣路故障，主要問題如下所述。

2.1 卡套式接頭無法拆卸

在某試驗車上經過一年的運行，卡套式三通無法從管路上退卸下來，管路亦偏轉了一定的角度。通過對原管路坐標的復核，此處是一段直管，且三通整體處于水平位置，分析為一側管路受到了一定的沖擊被折彎，取下螺母其螺紋部分已滑絲，管路與卡套完全嵌入到接頭體內，同時進行制動試驗有一定的漏氣，該連接失效。

進一步觀察管路其直線度在新造時即有一定的偏差，當受到軸向力時產生了徑向分力，對管路形成彎矩效果，將滑絲的螺母拆卸下來，螺紋部分干燥無潤滑，卡套極易在沖擊中與接頭體咬死，導致管路和接頭一起報廢。

2.2 壓緊式接頭管路彈出

螺母擰緊時，壓緊式接頭卡環收緊，與管壁之間的壓緊力、摩擦力阻止管路的軸向活動。某地鐵轉向架接車體軟管處管路在運營中突然彈出，對出廠時涂打的緊固防松標記進行檢查均能清晰可見，復擰螺母，扭矩顯示與產品推薦值有一定的降低，考慮到多個方面的因素如蠕變松弛、振動環境、溫度等對螺紋聯接松動的影響，上述兩值降低是正常現象，可排除扭矩不足使得管路無法壓緊。

從連接型式入手，由于設計階段設置的管卡緊固點距離接頭較遠，在振動中形成了以管卡為支點的抖動[3]，卡環逐漸由并緊狀態松開，到達某個臨界點后管接頭反而會將管路向外擠壓，彈出不可避免。

2.3 異徑接頭外螺紋部分斷裂

異徑接頭主要用在兩側被連接件尺寸規格不一致的場景，某車輛上接制動缸時出現G 1/2側從根部直接斷裂，斷裂的部分留在制動缸內無法取出，這種異徑接頭兩側連接體中心成90°，實現了轉向的效果。斷裂的方式分析為剪切失效，初步判斷由硬管端的沖擊或長期的振動造成，拆下管路進行重新預組，管路端面已經接觸到接頭內部配合端面，硬管端受到的任何沖擊都會直接傳遞到接頭體，異徑接頭本身是一種懸臂結構，外螺紋側斷裂概率較大。

3 問題的思考與解決

卡套式接頭結構可保證在螺母未脫開的情況下管路始終被緊固在接頭上[4]，然而一旦受到沖擊，且管路有一定的直線度偏離時，不銹鋼卡套和接頭極易出現咬死，增加管路生產時的質量管控，減小直線度偏離，螺母螺紋部分預涂潤滑油脂，或者更改螺紋表面鍍層，對保護接頭的壽命有很大幫助。

壓緊式接頭允許管路有非直線度3°的偏離，由于管路主要靠卡環并緊固定，松開螺母的情況下管路可以輕易取出，密封圈是橡膠件，無法涂抹油脂。因此對螺母和接頭螺紋部分的處理更加優良，不會出現卡死的情況，相比卡套式接頭是一種優勢。

然而在以某個接頭或管卡緊固點為支點時持續的振動會造成松脫，在靠近接頭的一端增加管卡緊固如圖1，降低管路的振幅，并在卡環內側設置環形齒，增加摩擦力，對管路的防脫有很好的效果。

接頭與制動缸連接時本身是懸空的，依靠旋入制動缸的部分受力，如果螺紋段太長，力臂過大，受到的剪切力矩更大，以符合ISO 228標準的制動缸內螺紋為例，與之配合的管接頭螺紋為G1/4，為了保證一定的空氣流量，接頭內徑不得小于8 mm，導致管接頭壁厚最小在2 mm左右，同時懸臂過長，受力變大造成折斷。

管路設計時，管路端面盡量不要接觸接頭內端面，接頭螺紋側長度設計不宜太長，硬管中心距螺紋側安裝端面L亦不能太長，或者采用軟管連接的方式，可有效避免接頭出現斷裂。

4 改進設計實例

4.1 壓緊式接頭防脫設計

某轉向架在設計踏面清掃連車體軟管方案時，使用了直通Φ10-M16×1.5，起初的設計方案僅考慮到在硬管側增加管卡緊固，防止管路振動過大，如圖2-1），實際上軟管由于整體懸空且過長，在車輛行駛過程中反復甩動，產生了向外側拔脫的力，存在硬管脫出的風險。根據其脫出方向增加隔板且將直通更換為隔板式直通，通過將接頭緊固在座板上，有效地限制了沿拔脫方向的移動，如圖2-2），管路易脫出是壓緊式接頭的一個缺點，此處可更換為卡套式接頭。

4.2 異徑接頭防斷裂設計

某項目制動缸進氣口與構架外側距離太遠，導致構架下蓋板遮住硬管出線位置，為了能改善這種不良，設計了加長版的接頭，盡管達到了預期的管路走線布局，接頭加長后成為一個非標件，前段螺紋端長度不變，懸臂較以前加長了，僅靠2 mm的壁厚強度可能不夠，為此選用過渡接頭配異徑接頭的聯接組合，如圖3所示通過過渡接頭增加長度，且插入的硬管不接觸接頭內部端面，過渡接頭和異徑接頭之間的聯接能夠對振動起到一定的緩沖，結構更加穩定。

5 結論

目前常用的兩種型式接頭均有在設計中要預先考慮的缺陷，避免當前已出現的失效可有以下建議：

1）卡套式接頭預先在螺紋部分涂抹潤滑油脂，硬管直線度精度要高，盡量在接頭附近增加緊固點，管路不要直接插到接頭端面，防止持續的振動沖擊直接作用到接頭體。

2）壓緊式接頭卡環增加齒形結構，如果遇到沿拔脫方向的作用力，增加隔板或管卡阻礙該方向的運動趨勢，避免設計出支點結構形式，有時可以搭配卡套式接頭使用，規避脫出風險。

3）異徑接頭或其他形成懸臂結構的接頭在使用時螺紋部分不要設計太長，可搭配過渡接頭實現更長距離的連接，有條件可以增加螺紋部分的壁厚，減少力臂長度亦可有效削弱剪切力矩，預防斷裂的發生。