商用車三漏問題的研究

摘" 要：漏氣、滲油、滲水問題在商用車行業是一種頑疾。本文通過對商用車制動鋼管接頭滲漏氣、轉向機接頭滲漏油以及緩速器鋼管與膠管連接滲漏水的問題進行了研究與分析，提出了在商用車制動鋼管接頭處采用軟質金屬特制密封圈密封、轉向機螺紋孔內增加密封圈以及緩速器鋼管和膠管接頭結構優化等系列改進方案。試驗結果表明，本研究系列方案有效地解決了制動鋼管接頭滲漏氣、轉向機接頭滲油以及緩速器鋼管與膠管連接的滲水問題。

關鍵詞：管接頭；滲漏氣；滲漏油；滲漏水

中圖分類號：U472" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2023）05-0065-05

Research on Three Kinds of Leakage Problems in Commercial Vehicles

XU Jin-hai， SHI Jian-ke， GONG Fei， SHEN Peng-liang， HU Kai

（ Dong Feng Commercial Vehicle Vehicle Plant， Shiyan 442000， China）

Abstract： The problem of air， oil， and water leakage is a persistent problem in the commercial vehicle. In this paper， the problems of air leakage in the brake steel pipe joints， oil leakage in the steering joints， and water leakage in the connection between the retarder steel pipe and the rubber pipe have been analyzed， and a series of improvement plans are proposed， such as using soft metal special sealing rings at the brake steel pipe joints， adding sealing rings in the threaded holes of steering， and optimizing the structure of the retarder steel pipe and rubber pipe joints. The experimental results indicate that the series of solutions in this paper effectively solved the problems of air leakage in brake steel pipe joints， oil leakage in steering joints， water leakage in the connection between the steel pipe and the rubber pipe of the retarder.

Key Words： Pipe Joints; Air Leakage; Oil Leakage; Water Leakage

1" " 研究背景

在商用車行業中，三漏問題歷年來都在改善，但是始終未能徹底消除。商用車的制動氣體輸送管路主要是鋼管和尼龍管。隨著快插接頭被廣泛應用，尼龍管滲漏氣問題從技術上得到了革新，在采用優質的快插接頭情況下，尼龍管滲漏氣問題已經徹底解決。而從氣泵至干燥器這一段溫度較高管路，一般采用鋼管或其他耐高溫、易散熱材質的管子進行連接，而鋼管與鋼管連接的接頭部位仍是主要的滲漏氣點。為了解決鋼管接頭連接部位滲漏氣問題，目前行業普遍采用的方法是涂1567密封膠。但密封膠涂抹是個技能活：要求只能涂抹在鋼管卡套的斜面上，不能進入管口；密封膠涂抹不能太多，也不能太少。多了會造成浪費，也容易導致密封膠進入管口內部，溢出又會造成外觀不美觀；涂膠少了或涂抹不均勻，密封效果較預期減弱。

轉向機接頭滲油問題歷年來也是屢見不鮮。售后出現轉向機接頭滲油時，常見的方法是對轉向接頭進行復緊或更換。為防止轉向接頭滲油，主要是在轉向“直角”接頭與轉向機之間、接頭與空心螺栓之間采用紫銅墊片或復合型墊片密封，同時在空心螺栓螺紋部分涂1570密封膠，擰緊力矩為100N·m±15%管控。但此結構的轉向機接頭滲漏油問題也時有發生。

緩速器連接膠管滲漏水問題是在液力緩速器出現之后被行業普遍關注的新問題。同時經過調查發現，水箱上下水管等部位也同樣存在滲漏問題。由于液力緩速器內的水壓比較大，所以該問題尤為突出。為此，業內提出將“補償性輕型卡箍”變更成“美式重型卡箍”的方案，通過力矩增加來提高可靠性，但此方案將導致成本增加。

關于以上三個問題產生的原因和解決辦法，行業內有各自的見解。有人說要提高鋼管卡套及接頭的加工精度；有人說要提高控制“直角接頭”及空心螺栓的表面光潔度；有人說涂膠不滿足工藝文件要求，要加大工藝紀律檢查；有人說復合墊片本身質量存在問題；有人說上水膠管材質彈性不足；有人說卡箍質量差等等。通過對這些不同的見解進行整理，我們認為三漏問題為設計結構不足或制造工藝問題，非工人對工藝的執行問題。

首先認可行業中的各種見解是通過大量的現狀調查得出的結論，但是如何找到這三個問題的根本成因才是本文的初衷。所有解決問題的方案都必須從“必要性”“可行性”“經濟性”三個維度進行考量。下文將從成因分析、解決方案、方案可行性、經濟性等方面進行論述。

2" " 鋼管與鋼管連接的過渡接頭部位滲漏氣成因分析與對策

2.1" "鋼管連接的過渡接頭部位滲漏氣成因分析

為了準確的找到滲漏氣成因，我們先了解了相關零件的基礎信息及制成工藝。相關主要零件：鋼管、卡套、擰緊螺母、接頭；鋼管——冷拔10號鋼，卡套——20鋼機加，擰緊螺母——35號鋼冷鐓，接頭——30號鋼鍛造或冷鐓。 氣泵鋼管的制程：首先將帶漆的無縫鋼管或電鍍無縫鋼管根據圖紙展開長度進行下料，其次是進行三維成型，再次是套上螺母、安裝卡套（如圖1所示）；最后在卡鉗加持下，通過沖頭對卡套進行鉚緊（如圖2所示）；鋼管與接頭的連接（如圖3所示）。螺母、卡套、接頭的結構（如圖4所示）：

螺母、卡套、接頭的密封原理：螺母與接頭在擰緊過程中，卡套末端錐面與接頭內錐面擠壓，當卡套錐面上的某一個橢圓與接頭內錐面橢圓完全切合實現密封（屬于線密封）。螺母末端的錐面與卡套末端的錐面配合，保證卡套向鋼管徑向擠壓，從而實現鋼管的密封。

從以上的密封原理，可以看到有兩個位置可能出現滲漏：第一是卡套與鋼管的貼緊位置。因為卡套的內圓和鋼管的外圓不可能高度一致，加上鋼管和卡套材質基本相同，所以 在貼緊過程無法保證卡套與鋼管之間實現完全密封。第二是卡套外圓與接頭錐面貼緊位置。因為卡套外圓與接頭錐面內圓無法達到高度一致，擰緊力也無法使卡套或接頭內錐面產生塑性變形，所以在目前加工精度的情況下依靠線接觸密封，密封效果無法保證。

2.2" "目前的應對方法及存在問題

行業內主要應對方法有：涂覆1567密封膠、采用進口卡套 和“復合彈性卡套”。“復合彈性卡套”是在傳統卡套的表面上硫化了一層橡膠。在目前已知的這三種方法中，涂膠對工人的技能水平要求較高，且從發動機氣泵至干燥器，鋼管的溫度范圍是70℃-160℃，高分子密封膠在超過120℃的環境中，抗老化性能大幅被度削弱。這也就不難理解商用車在使用過一段時間后才會出現鋼管接頭位置滲漏氣現象；進口卡套、“復合彈性卡套”可以解決卡套外圓與接頭錐面內圓的密封問題，但是無法有效解決卡套與鋼管貼合部位滲漏氣問題，而且硫化橡膠在高溫下與密封膠1567存在同樣的老化問題。從成本角度出發，進口卡套比目前國產雙刃卡套綜合成本增加30%-46%，“復合彈性卡套”綜合成本增加15%-20%。

2.3" "解決方案

通過反復研究與分析，我們采用了軟質金屬密封圈代替密封膠進行鋼管接頭密封。軟質金屬密封圈在螺母與接頭擰緊過程中會被擠壓變形，能夠充分填充兩個可能存在的間隙，使得卡套與接頭實現面接觸密封。軟質金屬密封圈的絲徑約∮0.5mm（如圖5所示），擠壓后面接觸寬度達到3mm-4mm。（如圖6所示）。

對于軟質金屬的材質，從材質硬度、可靠性、裝配力矩、成本四個方面進行評估，本試驗選用了焊錫、軟鋁，軟質金屬硬度為25HB左右。經過多次反復逐漸加壓和保壓測試，可實現超過常規壓力3倍而不漏氣。當擰緊力矩要求達到140N·m時，軟鋁塑性變形達到預期；軟鋁成本相對較低（推薦使用1100純鋁，其具有高的耐蝕性、密度小、塑性好、強度低等優點）。

3" " 轉向機上“直角接頭”與空心螺栓連接滲漏油的成因分析與對策

3.1" "滲油位置及其密封原理分析

售后反饋滲油的位置是空心螺栓（如圖11）連接“直角接頭”（如圖8），及紫銅墊圈（如圖9）或復合墊圈（如圖10）的位置。該部件密封原理是：通過擰緊空心螺栓，在軸向壓緊“直角接頭”，通過紫銅墊圈的微量變形或復合墊圈對硫化橡膠部分產生的彈性壓縮作用來實現密封。空心螺栓的力矩要求為100N.m。通過對擠壓后的紫銅墊圈和復合墊圈的尺寸進行測量：壓縮后的紫銅墊圈厚度為1.35—1.38mm之間，變形量約0.12—0.15mm；復合墊圈因其基材是45號鋼，所以壓緊過程中基材幾乎不變形，硫化橡膠部分被軸向擠壓，向徑向變形與空心螺栓徑向形成密封（M18的空心螺栓外徑為∮17.5mm）。

3.2" "轉向機接頭滲油原因分析

多數時候轉向機接頭滲油的原因被認為是螺栓沒有擰緊，力矩沒有達到工藝要求，或者是復合墊圈在擰緊過程中發生損壞，或者是“直角接頭”、空心螺栓表面有劃傷等，導致螺栓力矩衰減。經過研究分析，本文認為“振動”和“油壓”是導致螺栓力矩衰減的兩個主要因素。

“振動”導致空心螺栓力矩衰減分析：空心螺栓將“直角接頭”及墊片通過螺紋擰緊與轉向機連接，在連接螺紋位置形成應力集中，由于應力的不平衡性，振動就會使應力降低，其表現形式就是空心螺栓力矩衰減；“油壓”導致空心螺栓力矩衰減：空心螺栓順時針擰入轉向機，空心螺栓的螺紋與轉向機內螺紋不可能完全切合。當轉向機內部油壓達到15MPa--20MPa后，伴隨著轉向機的工作，高的油壓會順著螺紋逆時針方向給空心螺栓一個個間歇性反向沖擊力。如果把這種沖擊力的時間拉的足夠長，即使沒有振動，空心螺栓也會出現明顯的力矩衰減。

3.3" "針對力矩衰減的對策

根據研究分析結果，圍繞油壓沖擊致力矩衰減因素，我們在空心螺栓的末端增加1100軟鋁墊圈。軟鋁墊圈在空心螺栓擠壓后會使得螺紋口完全封閉。消除了高壓機油進入螺紋間隙中，對螺紋逆時針方向間歇性沖擊作用。圍繞空心螺栓振動致力矩衰減因素，我們設計了一個帶預置膠和臺階的墊圈。該墊圈內厚外薄，在薄的位置涂預置膠，涂膠厚度剛好是墊圈基材加工的厚薄差（如圖12所示）。

該墊片我們稱之為“預置膠復合密封墊圈”。該密封墊圈基材采用紫銅或者30HB—40HB的1000系列鋁材加工，然后外邊緣薄的平面上涂預置膠。這樣空心螺栓在壓緊預置膠復合密封墊圈時，即可有效避免對油道污染，又可以將轉向機端面、預置膠復合密封墊圈基材、直角接頭、空心螺栓端面進行鎖至，有效解決因振動造成的力矩衰減。

4" " 膠管與鋼管連接位置滲漏水原因的分析與對策

4.1" "現有鋼管和膠管接口密封原理進行分析

鋼管和膠管接口尺寸如圖13和圖14所示。從圖可見，鋼管外徑基礎尺寸和膠管內徑基礎尺寸都是57mm。假設在沒有卡箍情況下，膠管與鋼管的密封完全靠鋼管端頭1.6mm高的臺階。假設膠管內徑走上差，鋼管外徑走下差，我們很容易計算出，膠管在鋼管凸臺位置最多的壓縮量是0.6mm。

從圖15可以明顯看出，膠管末端是張口的，而且張口間隙大約1mm—2mm。按照這樣的一種現狀，當卡箍擰緊后，凸臺在密封方面將不起任何作用。

4.2" "膠管與鋼管連接滲漏水的解決方案

目前通行的解決方案是將“補償性輕型卡箍”變更成“美式重型卡箍”， 通過力矩加大增加其可靠性。但是這種加大力矩的做法，會導致膠管彈性變形能力減退，最終的表現形式就是卡箍力矩衰減。基于上述分析，我們按照“O型密封圈原理”進行了重新設計。我們在鋼管與膠管對接重疊的中間位置設計一個凹槽；膠管內壁上設計一圈凸起的密封筋，凸起密封筋在安裝時正對鋼管的凹槽。設計尺寸按照：“O型密封圈”選型及溝槽尺寸設計原理進行設計。通過實驗，采用本研究采用方案，采用補償性輕型卡箍，擰緊力矩5N.m。與傳統結構進行對比，本研究新方案拉脫承載力是傳統結構拉脫承載力的3倍。

5" " "總結

對于商用車三漏問題，本文基于“必要性”，“技術可行性”，“經濟性”三方面進行考慮，并進行分析、研究、試驗。對于漏氣問題，通過研究給出的最佳方法是：通過可塑性軟金屬密封墊圈彌補加工精度或工藝方法缺陷導致的滲漏氣。對于轉向機接頭滲漏油問題，給出的有效方法是：通過塑性軟金屬墊圈，對空心螺栓末端進行封堵，避免油壓在螺紋中產生反向力矩；采用特制的預置膠墊圈，對連接部位進行有效鎖至。對于膠管與鋼管連接滲漏水問題，給出的有效方法是：更改現有結構，在鋼管上做凹筋，在膠管內部做凸的密封筋。設計尺寸按照：“O型密封圈”選型及溝槽尺寸設計原理進行設計，可以有效解決滲漏水問題。本文提供的方法可以節約成本，降低工人勞動強度，提升效率，提升可靠性，徹底解決三漏問題。為商用車行業關于三漏問題提供了一種經濟有效的解決方法。

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[5]孫占軍，闞曉東.汽車滲漏故障診斷分析[J].城市建設理論研究，2015年.

專家推薦語

康" "明

東風商用車技術中心" 工藝研究所所長

材料科學與工程研究員級高級工程師

本文通過對商用車制動鋼管接頭滲漏氣、轉向機接頭滲漏油以及緩速器鋼管與膠管連接滲漏水的問題進行了研究與分析，提出了在商用車制動鋼管接頭處采用軟質金屬特制密封圈密封、轉向機螺紋孔內增加密封圈以及緩速器鋼管和膠管接頭結構優化等系列改進方案。試驗結果表明，本研究系列方案有效地解決了制動鋼管接頭滲漏氣、轉向機接頭滲油以及緩速器鋼管與膠管連接的滲水問題。

本文具有一定的實用價值和創新性，對生產實踐具有一定的參考價值。