挖掘機(jī)冷卻系統(tǒng)卡箍應(yīng)用探析

徐 威，宋之克，耿家文，陳欽法，張朝陽

（徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

工程機(jī)械冷卻管路裝配的過程中，通常采用卡箍緊固，以保證系統(tǒng)中介質(zhì)的正常循環(huán)，維持整機(jī)的正常工作。這種連接方式雖然便捷，但是由于膠管多采用三元乙丙橡膠、硅膠等材質(zhì)，卡箍擰緊后膠管發(fā)生緩慢的蠕變，造成裝配扭矩衰減。在進(jìn)行管路及系統(tǒng)的設(shè)計時，需要根據(jù)管路特點及使用環(huán)境選用合適的卡箍以提高系統(tǒng)和管路的可靠性，從而有效地規(guī)避滲、漏水故障的發(fā)生，節(jié)約成本。本文從挖掘機(jī)冷卻系統(tǒng)卡箍故障分析入手，經(jīng)過模擬實驗進(jìn)行分析、討論并改進(jìn)。

1 卡箍故障

某中型挖掘機(jī)冬季路試過程中冷卻管路出現(xiàn)滲漏，需頻繁補(bǔ)注冷卻液，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度。經(jīng)查散熱器入水口、冷卻接頭與管路連接處滲漏，二次緊固后故障消失，初步分析為卡箍松動導(dǎo)致的滲漏。主要原因是膠管內(nèi)介質(zhì)與環(huán)境溫差變大時卡箍無法補(bǔ)償由于膠管的老化、膠管自身塑性變形及膠管的熱脹冷縮帶來的間隙，卡箍不能自動調(diào)節(jié)箍緊導(dǎo)致緊固力不足。

2 實驗驗證

整機(jī)使用過程中，振動、溫度等都影響卡箍的扭矩衰減。為探尋結(jié)論，本文從溫度入手開展實驗驗證。25℃環(huán)境中，選取10個卡箍分2組按照5Nm裝配扭矩安裝在不銹鋼管和橡膠管上（見圖1、圖2），按照規(guī)定的時間間隔分別測試參與扭矩數(shù)值。隨時間的變化，2組卡箍殘余扭矩的均值見圖3。

圖1 鋼管緊固扭矩衰減測試

圖2 膠管緊固扭矩衰減測試

圖3 卡箍鋼管/膠管殘余扭矩隨時間變化

從測試結(jié)果看，不銹鋼管剛性較大，緊固變形量小，卡箍的扭矩變化量小，放置規(guī)定時間內(nèi)扭矩殘余量較大。緊固橡膠管的卡箍規(guī)定時間內(nèi)平均衰減1.9Nm左右，與緊固不銹鋼管的參與扭矩對比后不難發(fā)現(xiàn)，卡箍扭矩在安裝后的24h之內(nèi)急劇衰減，橡膠管緊固后的塑性變形是卡箍扭矩衰減的直接原因。

由于滲漏故障發(fā)生在冬季，考慮橡膠管內(nèi)介質(zhì)的冷熱交變的影響，進(jìn)行常溫（25℃）、介質(zhì)最高工作溫度（100℃）、冰點（0℃）、整機(jī)低溫極限工作溫度（-35℃）卡箍扭矩衰減測試。按照圖4時間順序?qū)o固橡膠管的卡箍進(jìn)行溫度加載，殘余扭矩變化見圖4。

圖4 緊固膠管卡箍殘余扭矩隨時間-溫度變化

從上圖可以看出，環(huán)境溫度達(dá)到100℃的高溫區(qū)時，因橡膠管受熱膨脹抵消了高溫軟化導(dǎo)致的扭矩衰減，殘余扭矩跟常溫狀態(tài)下變化不大。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到-35℃低溫區(qū)時，平均殘余扭矩只有1.5Nm。扭矩的衰減主要集中在環(huán)境溫度25℃與0℃區(qū)域之間，而從0℃降至-35℃時，扭矩衰減趨勢不大。由此可見，溫度降低造成扭矩大幅度衰減，其主要原因是橡膠管在溫度降低區(qū)造成膠管極度收縮，消減了管箍對橡膠管的緊固力。

通過低溫實驗后，再將實驗樣件恢復(fù)到常溫25℃，最終測試扭矩基本保持在3Nm左右。按照DIN3017-1蝸輪蝸桿卡箍要求管路系統(tǒng)密封扭矩為3Nm，此種狀態(tài)下管路系統(tǒng)出現(xiàn)滲漏的風(fēng)險加大。以上圖表分析得出，在正常扭矩安裝時，卡箍緊固橡膠管主要集中在橡膠管收縮量較大時出現(xiàn)滲漏，低溫時尤為明顯。

提高卡箍安裝扭矩或增加橡膠管收縮補(bǔ)償是提升卡箍殘余扭矩的有效手段。常溫下，分別選取卡箍和帶補(bǔ)償功能的新型卡箍（見圖5）各5個以8Nm裝配扭矩安裝在橡膠管上，井按照規(guī)定的時間間隔分別測試參與扭矩數(shù)值。隨時間的變化，2組卡箍殘余扭矩的均值見圖6。

圖5 帶補(bǔ)償功能的卡箍

圖6 提高扭矩（新）卡箍殘余扭矩隨時間變化

從上圖可以看出，提升扭矩及新型卡箍緊固橡膠管的殘余扭矩提升不明顯，但均大于5Nm，管路密封效果良好。順序進(jìn)行常溫（25℃）、介質(zhì)最高工作溫度（100℃）、冰點（0℃）、整機(jī)低溫極限工作溫度（-35℃）卡箍扭矩衰減測試，按照圖6時間順序?qū)o固橡膠管的卡箍進(jìn)行溫度加載，殘余扭矩變化如圖7所示。

圖7 提高扭矩緊固膠管卡箍殘余扭矩隨時間-溫度變化

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，提高安裝扭矩至8Nm后，-35℃時殘余扭矩平均只有2Nm，只是恢復(fù)常溫后殘余扭矩大于3Nm。提高安裝扭矩可以提高殘余扭矩，減少管路系統(tǒng)泄漏的發(fā)生，但是-35℃的低溫區(qū)對剩余扭矩提高改善不大。新型卡箍在同樣8Nm的安裝扭矩下，-35℃時殘余扭矩平均大于3Nm，恢復(fù)到常溫后殘余扭矩大于5Nm。說明帶有補(bǔ)償功能的新型卡箍在常溫下的殘余扭矩跟高扭矩安裝卡箍效果一致，但在低溫及劇烈溫度交變時效果良好，可以有效規(guī)避滲漏。

3 結(jié)束語

挖掘機(jī)冷卻管路用卡箍的緊固效果主要受環(huán)境溫度變化、膠管材料等影響，本文僅從環(huán)境溫度變化角度試驗、分析。常溫下卡箍的使用效果良好，遇到溫度交變特別是冬季時需要提升初始安裝扭矩和主動檢點、緊固提升殘余扭矩，避免管路滲漏。帶補(bǔ)償功能的新型卡箍適應(yīng)高低溫使用環(huán)境，可以提高冷卻系統(tǒng)管路系統(tǒng)可靠性，節(jié)約維保成本。至于與冷卻系統(tǒng)應(yīng)用息息相關(guān)的卡箍結(jié)構(gòu)形式、箍帶材料、裝配工藝等，還需要進(jìn)一步研究。