黃 瑤，鄒建文，王瑛琪

（中車南京浦鎮(zhèn)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(shí)際效果受氣路件的機(jī)械和密封性能影響較大；由于設(shè)計(jì)階段即存在的不足以及運(yùn)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(wěn)定性，使得制動失效頻發(fā)，嚴(yán)重影響行車安全。本文將主要分析接頭在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題與代入設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的缺陷，對管接頭使用提出優(yōu)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(zhuǎn)向架上主要使用卡套式和壓緊式接頭?？ㄌ资浇宇^由三部分組成：接頭體、卡套和螺母。當(dāng)卡套和螺母套在鋼管上插入接頭體后，旋緊螺母時(shí)，卡套前端外側(cè)與接頭體錐面貼合，內(nèi)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(huán)和螺母等組成，主要由可適用于各種使用條件的密封圈達(dá)到密封效果[2]，墊圈可對密封圈形成保護(hù)，卡環(huán)一般是適用于管材的切口圓環(huán)，實(shí)現(xiàn)與管路的壓緊定位，此種結(jié)構(gòu)由于不需要預(yù)壓管路，保證了管路外壁的完整性，使得管路可以重復(fù)使用。

2 管接頭失效問題

卡套式和壓緊式接頭在應(yīng)用中均出現(xiàn)過連接失效，進(jìn)而導(dǎo)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(yàn)車上經(jīng)過一年的運(yùn)行，卡套式三通無法從管路上退卸下來，管路亦偏轉(zhuǎn)了一定的角度。通過對原管路坐標(biāo)的復(fù)核，此處是一段直管，且三通整體處于水平位置，分析為一側(cè)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(nèi)，同時(shí)進(jìn)行制動試驗(yàn)有一定的漏氣，該連接失效。

進(jìn)一步觀察管路其直線度在新造時(shí)即有一定的偏差，當(dāng)受到軸向力時(shí)產(chǎn)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(dǎo)致管路和接頭一起報(bào)廢。

2.2 壓緊式接頭管路彈出

螺母擰緊時(shí)，壓緊式接頭卡環(huán)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(zhuǎn)向架接車體軟管處管路在運(yùn)營中突然彈出，對出廠時(shí)涂打的緊固防松標(biāo)記進(jìn)行檢查均能清晰可見，復(fù)擰螺母，扭矩顯示與產(chǎn)品推薦值有一定的降低，考慮到多個(gè)方面的因素如蠕變松弛、振動環(huán)境、溫度等對螺紋聯(lián)接松動的影響，上述兩值降低是正?，F(xiàn)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(shè)計(jì)階段設(shè)置的管卡緊固點(diǎn)距離接頭較遠(yuǎn)，在振動中形成了以管卡為支點(diǎn)的抖動[3]，卡環(huán)逐漸由并緊狀態(tài)松開，到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)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?jǐn)嗔?/h3>

異徑接頭主要用在兩側(cè)被連接件尺寸規(guī)格不一致的場景，某車輛上接制動缸時(shí)出現(xiàn)G 1/2側(cè)從根部直接斷裂，斷裂的部分留在制動缸內(nèi)無法取出，這種異徑接頭兩側(cè)連接體中心成90°，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)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(jìn)行重新預(yù)組，管路端面已經(jīng)接觸到接頭內(nèi)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(jié)構(gòu)，外螺紋側(cè)斷裂概率較大。

3 問題的思考與解決

卡套式接頭結(jié)構(gòu)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?jīng)_擊，且管路有一定的直線度偏離時(shí)，不銹鋼卡套和接頭極易出現(xiàn)咬死，增加管路生產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量管控，減小直線度偏離，螺母螺紋部分預(yù)涂潤滑油脂，或者更改螺紋表面鍍層，對保護(hù)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(huán)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(yōu)良，不會出現(xiàn)卡死的情況，相比卡套式接頭是一種優(yōu)勢。

然而在以某個(gè)接頭或管卡緊固點(diǎn)為支點(diǎn)時(shí)持續(xù)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(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)的制動缸內(nèi)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(nèi)徑不得小于8 mm，導(dǎo)致管接頭壁厚最小在2 mm左右，同時(shí)懸臂過長，受力變大造成折斷。

管路設(shè)計(jì)時(shí)，管路端面盡量不要接觸接頭內(nèi)端面，接頭螺紋側(cè)長度設(shè)計(jì)不宜太長，硬管中心距螺紋側(cè)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(xiàn)斷裂。

4 改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 壓緊式接頭防脫設(shè)計(jì)

某轉(zhuǎn)向架在設(shè)計(jì)踏面清掃連車體軟管方案時(shí)，使用了直通Φ10-M16×1.5，起初的設(shè)計(jì)方案僅考慮到在硬管側(cè)增加管卡緊固，防止管路振動過大，如圖2-1），實(shí)際上軟管由于整體懸空且過長，在車輛行駛過程中反復(fù)甩動，產(chǎn)生了向外側(cè)拔脫的力，存在硬管脫出的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)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(gè)缺點(diǎn)，此處可更換為卡套式接頭。

4.2 異徑接頭防斷裂設(shè)計(jì)

某項(xiàng)目制動缸進(jìn)氣口與構(gòu)架外側(cè)距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致構(gòu)架下蓋板遮住硬管出線位置，為了能改善這種不良，設(shè)計(jì)了加長版的接頭，盡管達(dá)到了預(yù)期的管路走線布局，接頭加長后成為一個(gè)非標(biāo)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(qiáng)度可能不夠，為此選用過渡接頭配異徑接頭的聯(lián)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(nèi)部端面，過渡接頭和異徑接頭之間的聯(lián)接能夠?qū)φ駝悠鸬揭欢ǖ木彌_，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

5 結(jié)論

目前常用的兩種型式接頭均有在設(shè)計(jì)中要預(yù)先考慮的缺陷，避免當(dāng)前已出現(xiàn)的失效可有以下建議：

1）卡套式接頭預(yù)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(diǎn)，管路不要直接插到接頭端面，防止持續(xù)的振動沖擊直接作用到接頭體。

2）壓緊式接頭卡環(huán)增加齒形結(jié)構(gòu)，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(yùn)動趨勢，避免設(shè)計(jì)出支點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式，有時(shí)可以搭配卡套式接頭使用，規(guī)避脫出風(fēng)險(xiǎn)。

3）異徑接頭或其他形成懸臂結(jié)構(gòu)的接頭在使用時(shí)螺紋部分不要設(shè)計(jì)太長，可搭配過渡接頭實(shí)現(xiàn)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(yù)防斷裂的發(fā)生。