压紧式管接头优化后对拔脱性能的影响

0 引言

空气制动系统作为城市轨道车辆的重要部分，直接涉及到车辆的运行安全和性能。做为制动系统压缩空气的载体，管路与管接头要求具有良好的密封性。

我国于20 世纪70 年代开始推广使用压紧式和卡套式管接头以及快插接头，压紧式管接头由于无需做任何准备工作，便于安装（安装时无需专用工具）以及节省时间，常被用于安全要求严格的环境（冲击、振动等）和系统（制动系统，无线电防护等）中，广泛应用于工程机械、汽车制造、机床工业、船舶工业、电力机车等行业。在轨道交通车辆制动系统中，由于结构的特殊性，压紧式管接头安装后主要通过管路回路设置固定支架防拔脱[1]。为提高管接头的防拔脱性能，对管接头中的卡环进行优化，设计了带齿结构，本文主要通过相应的拉伸试验，验证结构优化后的压紧式管接头安装后对管接头防拔脱性能的影响。

1 压紧式管接头

1.1 压紧式管接头工作原理

压紧式管接头（如图1）主要由外套螺母、卡环、密封圈和垫圈组成。连接管路时，管路插入管接头后，外套螺母在接头体上顺时针转动，卡环由于外套螺母的挤压产生一个轴向力和一个径向力。其轴向力使卡环带动平垫圈挤压密封圈，填充接头体与管路间的间隙产生密封作用。径向力使带缺口的卡环收口，进而夹紧管路，直至到达规定扭矩值[2]。卡环及密封圈与管路的紧密贴合，具有抗振动、防冲击性能，同时也起到防漏、防松的作用。

1.2 压紧式管接头的优点

压紧式管接头由于结构特性，具有工艺简单、连接牢靠、耐高压、耐高温、耐低温、密封性和反复性良好、安装检修方便、工作安全可靠、造型美观、经济实用等优点，是轨道交通车辆制动系统主要的管接头连接形式。

1.3 结构优化的压紧式管接头

图1 压紧式管接头示意图

尽管压紧式管接头具有良好的密封性能，在轨道交通车辆复杂的运行工况下，压紧式管接头安装完成后，仍然偶有因热胀冷缩、冲击振动、安装操作不当或者管路接头缺少固定，导致管接头锁紧力矩减小，进而引发管路泄露甚至管接头脱落等情况，影响车辆行车安全[3]。为避免由于冲击振动和拉伸导致管接头松动，压紧式管接头进行了结构优化，卡环设计了螺纹带齿的结构，理论上，采用结构优化的压紧式管接头，增大了卡环与管路的摩擦力，进一步提升管接头的防拔脱性能。

2 管接头拔脱力试验

2.1 不同工况下的拔脱力试验

2.1.1 试验目的

通过试验手段，对比结构优化的压紧式管接头和未优化的压紧式管接头在不同工况（温度、振动）下的拔脱力试验，记录不同的接头在相应工况下管路被拔出时的拉力[4]，验证结构优化后的压紧式管接头的防拔脱性能，进而为改进管接头连接工艺提供依据。

2.1.2 试验设备

①拉拔试验：Zwick Roell Z 050 材料试验机、济南时代试金WDW-B200 微机控制电子式万能试验机。

②振动：ES-60W-455/LT 1515 的电动振动系统和HTHV8000-40W2 的三综合试验箱。

②组装完成后做气密性试验，试验压力不小于10bar，保证各接头用测漏液检查不到漏气现象。

③温度控制：环境温箱。

选定公称直径12 和22 的管路，采用不锈钢压紧式管接头，分是否进行了结构优化（有齿）和未进行结构优化（无齿），在两种温度情况（低温、高温）和工况（有冲击振动、无冲击振动）下组装完成，再进行拉伸试验，验证管接头拔脱力，试验各重复五次。

2.1.4 管接头编号

管接头编号共9 位数字和字母组成：第1 位字母G表示材料为不锈钢；第2-3 位表示公称直径，第4-5 位表示卡环是否优化（有无带齿），C0 表示卡环无齿，C1 表示卡环有齿；第6-7 位表示试验温度，T0 表示在低温下进行，T2 表示在高温下进行；第8-9 位表示是否有振动环境，V0表示没有振动，V1 表示有振动。

表1 管接头拔脱力试验数据表

2.1.5 试验规程

①组装管路、构架、管卡和不锈钢不带齿卡环管接头。

2.1.3 试验组合

③将试验装置固定到震动试验台上，按IEC61373 中2 类设备标准进行震动试验。

④将管路固定在试验台上进行拔脱力试验（如图2），记录管路被拔出时的拉力。

图2 管接头拔脱力试验

2.2 拔脱力试验结果

从表1 中的试验数据来看，受温度和振动的影响，卡环是否优化（有无带齿）对拔脱力的影响规律不够明晰。如图3 所示，在低温非振动环境下，公称直径为φ12、卡环带齿的管接头拔脱力比无齿的要大；但是在公称直径为φ22管接头中，卡环带齿的管接头拔脱力比无齿的要小；而公称直径为φ12 管接头在高温非振动环境下，卡环是否优化，对管接头拔脱力几乎无影响。

图3 压紧式不锈钢管接头拔脱力（无振动）

温度的影响：但高温状态下，振动对拔脱力的影响不够明显。在低温状态下，振动冲击对拔脱力的影响比较明显，与无振动状态下的拔脱力相比，振动使得拔脱力下降幅度达7～47%。

振动的影响：如图3 所示，在无振动工况下，不论卡环是否优化，拔脱力都衰减了约40～50%。如图4 所示，振动工况下，不论卡环是否优化，对压紧式管接头拔脱的规律不够明显。

图4 压紧式不锈钢管接头拔脱力（振动）

3 结论

压紧式管接头的设计结构、安装方式、连接的紧固力矩以及安装操作等均会影响其密封性能。当轨道交通车辆经历长时间运行后，列车管路随温度变化、车辆冲击振动，管路接头处密封有可能失效，发生泄漏，进而影响车辆行车安全。因此对制动管路连接工艺可靠性研究具有重要的工程应用意义。

通过相应的工艺试验，对结构优化后的压紧式管接头分不同的温度和冲击振动情况，进行了工艺可靠性研究，获得了相应工况下的拔脱力数据，总结了相关的影响规律，为压紧式管接头扭矩复验、防拔脱性能和复扭周期等提供了依据。同时相应的工艺试验数据也有助于新项目开发设计时的选型匹配，减少了轨道交通车辆制动系统的异常状况，从而提高列车制动可靠性。