摘 要：介绍铁路车辆制动管系法兰用C形组合密封圈的研制背景、技术方案、试验验证及装车运用考验情况。试验及装车运用考验结果表明：C形组合密封圈可与既有制动管系密封圈互换使用，减少目前铁路车辆制动管系法兰接头低温漏泄的故障。
关键词：车辆；制动管；C形；密封圈
制动系统是铁路车辆的重要组成部分，制动系中的管路连接、密封的可靠性直接关系到列车的运行安全。过去由于车辆运用过程中制动管振动、紧固螺栓松动、密封圈破坏等因素，造成制动管系泄漏、影响列车运行的情况较多。为进一步提高铁路车辆制动管系密封可靠性，从解决密封圈破损问题的角度出发，南车二七车辆有限公司研制了C形组合密封圈，并按照相关标准进行了密封可靠性试验、车辆制动管系装配工艺试验、拆换工艺试验及两年的装车运用考验。试验及运用考验结果表明：C形组合密封圈可满足既有车辆制动管系密封可靠性的要求，改善了低温密封性能，可与既有密封圈产品互换使用。
1 技术路线分析
密封圈安装在车辆制动管系相连接的法兰接头体之间，安装完成后处于受压缩状态；使用环境温度为-50～70 ℃，存在偶尔110 ℃保温3 h的解冻库工况；密封介质为最高600 kPa压缩空气。目前铁路货车制动管系法兰装配图见图1。
法兰为分体式结构，密封沟槽也是分体式，密封圈安装在接头体上，依靠其内径和接头体定位；接头体间贴合，法兰体间留有间隙。过去密封圈采用矩形截面橡胶密封圈，矩形密封圈没有自密封功能，密封可靠性不高；之后将密封圈改进为E形密封圈，E形密封圈在高温环境下工作体积膨胀时，受安装沟槽及自身制造误差的影响，密封圈体积比密封沟槽体积还大，导致E形密封圈从沟槽挤出、密封唇口破坏，当气温降低密封圈体积收缩、密封唇口压力不够时，容易导致制动管系泄漏。
图1 铁路货车制动管系法兰装配图
由于法兰连接在国内铁路货车上已广泛使用，为减少既有货车制动管系漏泄故障，尽量降低技术改进成本，研制一种可与既有E形密封圈互换、具有自密封功能、可进一步提高制动管系密封性能的新型密封圈势在必行。
2 密封圈技术方案
2.1 密封圈结构
普通C形密封圈结构轻巧且挠曲性好，适于气动环境中自密封作用发挥，克服密封圈长期受压后的弹性降低及使用过程中制动管系法兰偏斜、松脱等不利因素。但普通C形密封圈结构刚性差，容易变形，使用过程中密封圈在密封沟槽中有窜动现象。为解决上述问题，经过综合分析，采用C形组合密封结构，是一种兼顾优点的选择。图2所示新型C形组合密封圈由C形橡胶圈和塑料支撑环两部分组成，其中C形组合密封圈起密封作用，支撑环起支撑、安装导向作用。
C形组合密封圈装配受压缩使主唇密封、副唇防尘；支撑环内径定位，使用中高压气体通过支撑环中间的导气槽可顺利将气体压力作用于C形组合密封圈的主密封唇上产生自密封作用。
图2 新型C形组合密封圈示意
2.2 密封圈材料
密封圈安装后，长期处于压缩状态及在-50～70 ℃高低温交替作用的环境中。通过大量的配方调整及试验验证，确定C形橡胶圈材料采用某种牌号的丁晴橡胶，材料硬度为邵氏A70±5；低温脆性不高于-60 ℃；材料压缩永久变形不大30%，材料的抗拉强度不低于12 MPa。
由于支撑环主要作用是为橡胶密封体提供刚性支撑、安装导向的作用，经过分析研究和大量试验验证，确定材料采用某种塑料，硬度为邵尔D75±5，屈服抗拉强度不小于55 MPa，维卡软化温度不小于140 ℃。
3 试验验证
为验证新型密封圈的密封可靠性、装配工艺性和拆换工艺性，对C形组合密封圈进行了实验室密封性能试验，并分别在新造铁路车辆和检修铁路车辆上进行装车试验、车辆密封性能试验和拆换试验。作为对比，同时进行了既有密封圈的部分性能试验。
3.1 实验室密封性能试验
（1）常温泄漏试验：在室温下将工装整体完全浸入干净水中，通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（2）常温模拟间隙组装泄漏试验：法兰两边加1.8 mm调整垫装配，在室温下将工装整体完全浸入干净水中，通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（3）常温模拟倾斜装配泄漏试验：法兰单边加0.35 mm调整垫装配，在室温下将工装整体完全浸入干净水中，通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（4）模拟夹杂杂质装配泄漏试验：密封圈密封面局部涂抹油漆，晾干24 h后装配，在室温下将工装整体完全浸入干净水中，通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（5）破裂试验：法兰两边加1.5 mm调整垫装配，在室温下将工装整体完全浸入干净水中，通入0.8 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（6）低温泄漏试验：将工装整体完全浸入已降温至-50 ℃的无水酒精中，保温时间分别不少于1.5 h和24 h，然后通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（7）低温模拟间隙组装泄漏试验：法兰两边加1.8 mm调整垫装配，将工装整体完全浸入已降温至-50 ℃的无水酒精中，保温不少于1.5 h，然后通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（8）低温模拟倾斜装配泄漏试验：法兰单边加0.35 mm调整垫装配，将工装整体完全浸入已降温至-50 ℃的无水酒精中，保温不少于1.5 h，然后通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（9）低温模拟夹杂杂质装配泄漏试验：密封圈密封面局部涂抹油漆，晾干24 h后装配，将工装整体完全浸入已降温至-50 ℃的无水酒精中，保温1 h，然后通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
（10）模拟解冻库试验：将装配好的工装升温至110 ℃并保温3 h后，逐步降温至- 50℃并保温1 h，然后通0.6 MPa气压，保温3 min，观察气密性和压力降低情况等。
C形组合密封圈
（11）高低温交变密封试验：将装配好的工装整体完全浸入已降温至-50 ℃的无水酒精中，保温停放不少于24 h，然后升温至110 ℃保温3 h，取出逐步降至室温，通入0.6 MPa气压保压3 min，观察气密性和压力降低情况等。
通过试验验证，C形组合密封圈满足相关技术要求，其低温密封性能优于既有密封圈。
3.2 装车试验与运用考验
为验证C形组合密封圈的车辆密封性能、装配工艺性及拆换工艺性，对C形组合密封圈进行试装车试验和2年的运用考验。
装车试验结果表明，C形组合密封圈既可适用于新造车辆，也可适用于检修车辆，可与既有密封圈完全互换，具有良好的密封性能、装配工艺性及拆换工艺性。
2年的运用考核结果表明，C形组合密封圈性能可靠，装用C形组合密封圈的车辆没有因密封圈问题导致的车辆制动管系漏泄故障。
4 研制结论
由于C形组合密封圈采用了特殊的截面设计，增加了刚性支撑体，可有效发挥密封结构的自密封性能，同时提高结构的组装可靠性。试验表明，在常温、低温和交变温度环境条件下，C形组合密封圈具有较优秀的结构刚性和密封性能。C形组合密封圈可与既有密封圈互换组装，可在既有车辆制动结构不变的情况下，减少铁路货车制动管系法兰接头漏泄尤其是低温漏泄的惯性故障。
