商用车管路系统快速管接头的开发应用

乔坤，黎新，孙建军

(1. 湖北欧博汽车部件有限公司，湖北十堰442002;2. 湖北汽车工业学院机械工程系，湖北十堰442002;3. 东风汽车有限公司商用车技术中心，湖北武汉430056)

0 引言

汽车制动系统是汽车非常重要的组成部分，而制动管接头是连接气制动系统各回路的关键部件，其性能的优劣会直接影响汽车管路的技术性能和整车的安全性能［1］。在过去的几十年里，管路接头的改进与发展一直没能引起国内卡车厂商和用户的足够重视，国内商用车管路系统普遍采用的都是卡套式管接头，这种管接头在汽车总装配线上安装时需要手工拧紧，装配烦琐，且密封性能差。随着重型化、大吨位卡车安全技术要求的逐步提高，卡车制动管路越来越复杂，特别是车架纵梁内侧、驾驶室前围等空间狭小处，电气线束、制动管束等往往挤在一起，传统卡套式管接头在气密性、装配互换性等方面都难以满足设计要求。在此情况下，一种能够承受更大气压、密封性及装配性更好的新型快速管件应运而生。快插管接头改变了用扳手拧紧的传统装配方式，采用软管与接头直接插接，不但节省了人工成本和设备损耗成本，还提高了装配效率、节省了装配空间;同时也解决了卡套式管接头与阀体等连接端局部存在偏长的现象，大大改善了管线的质量［2］。

目前，欧美发达国家的商用车管路系统都已采用性能优良的快速管接头取代卡套式管接头，国内商用车管路系统管接头仅处于研发试用阶段，因此开发和应用具有我国自主知识产权的高性能车用快速管接头具有重要的现实意义［3］。

1 汽车管路接头的结构及性能特点

1.1 卡套式管接头结构特点及性能分析

目前国内商用车气压管路系统普遍采用的都是卡套式管接头，俗称“三件套”，其结构如图1 所示。卡套式管接头主要由接头本体1、卡套螺母2、衬套3 和固定套4 组成，在装配时需要将衬套、卡套与尼龙管预先装配好，然后装入卡套螺母，再将卡套螺母与接头本体联接。这种管接头有如下缺点:

(1)密封性差。该管接头的密封，仅靠卡套与接头本体之间的刚性锥面密封，经过一段时间的使用，螺纹会发生松动造成密封不严而发生漏气、漏油和漏水，即现有管接头普遍存在的“三漏”问题，故需经常紧固卡套螺母。

(2)装配技术复杂，装配效率低下。由于受装配空间的限制，现有卡套管接头存在着装配效率低、更换困难、可靠性差、综合成本高等一系列问题。卡套式管接头装配时，须将尼龙管裁剪一定长度，使用专用工装将衬芯固定并压入后才能与管接头进行联接。联接时易受空间的限制，极大地增加了装配难度及人工成本;此外使用时如发生损坏，须将管接头与尼龙管同时更换，加大了更换难度，增加了更换成本;另外车辆行驶过程中的震动，也易引起螺纹连接松动而导致联接失效，管接头的可靠性难以保证。

(3)工艺性较差。卡套式管接头三件套在整车装配过程中，必须先将衬套、固定套用专用工装压入尼龙管内，将卡套螺母通过尼龙管与固定套联接，然后将卡套螺母与管接头进行螺纹联接。卡套式管件实物装配工艺过程如图2 所示。

此外现有弯通接头、三通接头以及四通接头等规格产品在螺纹固定联接时都无法旋转，致使管路系统布线混乱，造成整车装配空间的浪费，甚至出现装配干涉等问题，给生产装配带来极大的困难。

1.2 快速管接头的结构特点及性能分析

1.2.1 快速管接头结构类型

目前国内外市场用于气路系统的快速管接头主要有三种结构型式，如表1 所示［4］。

表1 快速管接头结构特点

(1)A 型结构:为快插不可拔型，其结构通常分两部分:一部分有支撑套插入管子中，露出端有一个或两个O 型密封圈并在头部设计有凹槽，另一部分带有锁环拧入阀体螺纹孔内或连接板处。采用这种接头的管子需要专用工具进行预装，完成后在整车装配线上工人只需将接头插入带锁环的另一半中即可完成管路组装，大大缩短了装配时间。这种接头的结构较复杂，对装配要求高，属一次性装配，维修不便且成本较高，主要是欧洲采用。

(2)B 型结构:为快插快拔型。它的特点是结构简单、安装方便，不需要工具，用手即可装、拆管子。这种接头对尼龙管要求较低，首先将管子切割整齐，再用手直接将管子插到接头底部即可完成密封和锁紧;需要拆卸时，用手向接头方向压下释放帽，管子就能很轻松地拔出来。全车管路可以在两分钟内完成拆装，非常方便，且管子能进行反复装拆而不影响密封性能。但制动管路为保安项，快拔难以排除人为因素的影响，因而存在较大安全隐患，一般使用在非恶劣的工作环境、对安全性要求不高的管路中，不适用于商用车管路系统。

(3)C 型结构:为快插不快拔型。也是文中重点介绍的产品型式，其结构是在B 型基础上取消释放帽，而用专用工具拆卸。该结构是根据国内商用车的特殊要求改进开发的快插管接头。管接头为带衬套内插式结构，阀体联结端为直螺纹，尼龙管联结端为公制;接头材料为钢或铜;工作温度:－40 ～+120 ℃;适用气压:≤5.5 MPa。具体结构如图3 所示。

快插式管接头，内部的卡环将气管牢固卡紧，机械振动和压力波动被安全地吸收，不会损坏其表面。异型橡胶密封环，采用气压自密封原理保证了标准外径气管和快插接头之间的稳定密封，无泄漏，并且具有耐温、耐油、耐介质等特点。可实现多种螺纹/气管直径的组合，装配灵活，可在360°范围内重新定位并可相互组合。

三种类型气路管接头结构特点对比如表1 所示。

1.2.2 C 型快速管件的工作原理及结构特点

与现有卡套式管接头相比，快速管接头有效解决了现有管件产品存在的密封性与安全性差以及装配效率低等问题，工作原理及结构特点分析如下:

(1)产品密封性。为了解决现有管接头普遍存在的三漏问题(漏气、漏油、漏水)，文中所述快速管接头采用气压自密封原理，异型密封圈和O 型密封圈双重结合的弹性密封方式(图3)，保证了标准外径气管和快插接头间的稳定密封，并且双O 型密封圈同时作用进行二次密封和防尘，有效解决了现有卡套式接头存在的三漏问题。

(2)快速插拔及连接安全。商用车快速管接头利用反锥面原理，实现快插时将尼龙管轻轻插进接头，在推力作用下，顶出环的上锥角使卡环张开一定角度，尼龙管即可快速插进接头，插入后在卡环的弹力作用下自动将尼龙管缩紧。实现快拔时，用拆卸工具向前轻推顶出环，使卡环的内锥面顶住顶出环的上锥面，卡环张开一定角度，此时即可将尼龙管轻松快速拔出。

在接头连接安全性方面，文中所述快插管接头采用卡环卡紧尼龙管的设计，使用时将尼龙管插入到接头体内部台阶处，在预紧力作用下，卡环的锥型齿自动将尼龙管锁紧，当尼龙管在外力作用下向外运动时，卡环与压紧环一起作用产生收缩力，将尼龙管紧紧锁死，从而达到快速固定尼龙管的目的。外力越大卡环的锁紧力就越大，安全性能完全达到汽车使用标准要求。

(3)装配效率及可旋转性。现有弯通接头、三通接头以及四通接头等规格产品在螺纹固定时，无法进行旋转，出现管路系统的布线混乱，浪费整车装配空间。快速管接头利用旋转式结构，在其螺纹联接端采用双O 型密封圈密封以及弹性挡圈联接的方式(图4)，在螺纹联接头本体和弯通接头或三通接头本体联接处利用挡圈的固有弹性，装配时首先将弹性挡圈装入螺纹联接头本体的凹槽内，然后利用接头本体的锥面将弹性挡圈压缩，在弹性挡圈进入弯通或三通接头本体的凹槽时，弹性挡圈依靠弹性自动弹开，达到固定旋转接头体和接头本体的目的，既实现了密封效果又满足了旋转性要求。

快速管接头可以保证管子反复多次插入或拔出，能够适应不同环境下的不同工况，解决了卡套式接头安装空间受限的问题。在改善管线布置方面，采用旋转式快速管接头，不但有效解决了管线布置问题，还大大改善了接头的安装效率。快速管接头装配时只需将接头与阀体联接固定后，将尼龙管轻轻插入接头内即可完成装配，其装配过程如图5 所示。

C 型快速管接头装配时，要求尼龙管口端面垂直、平整;尼龙管插入接头时，要有明显的插入到位手感;尼龙管规格要求满足QC/T 80-93 汽车气制动系尼龙管行业标准。

汽车用与传统卡套式管接头相比，后者仅仅是单个零件，其加工方式相对简单，产品精度要求不高，制造相对容易;快速管件已经脱离了简单零件的行列，确切说是由多个零件组成的一个小部件，其功能也已经由简单的连接作用延伸至保证气密性、拉力、高低温等多项性能指标，组成这一产品的各个零件的制造精度及制造方式都发生了改变。

2 C 型快速管接头的应用

(1)在商用车底盘气制动系统的应用。目前，我国中重型商用车采用的都是气制动系统，制动系统对汽车安全性起着决定作用。气制动系统中连接各种控制阀的管路称之为制动管路，而在各种控制阀和管路之间起联接作用的就是管路接头，采用何种管路接头，对制动系统起着关键的不可忽视的作用，因此管路接头的选用必须要考虑到以下要求:满足制动系统性能的要求;尽可能地降低制动管路的成本;安全可靠;便于拆、装。在气制动系统中采用快速管接头(图6)不仅满足了以上要求，还克服了现有卡套式接头存在的不足，使整车性能得以提高［5］。

(2)在发动机低压油路系统的应用。低压油路一般由油箱、输油管、油水分离器、燃油滤清器、输油泵等组成(图7)，与高压油路一起称为发动机的供给系统。低压油路的管路联接系统在整个发动机系统中占据着重要作用，如果管路接头密封性能不好极易造成负压，使油路中形成气泡而造成发动机故障，同时安全性和易拆卸性也是发动机低压油路接头需要考核的重要指标。

文中所述C 型快速管接头为笔者自主开发、具有自主知识产权的产品，通过了国家级台架试验检定和整车试装试验，各方面的性能均达到标准要求。

快速管接头与传统卡套式接头相比，由于其良好的密封性能和结构特点，不论是在底盘制动系统，还是在发动机低压油路上的应用，不仅提高产品性能，同时也改善现有汽车管路的装配方式，提高了工作效率，降低了综合成本。

3 市场前景及社会经济效益

(1)市场前景。目前国内市场的快速管接头处于刚刚导入阶段，其市场容量十分巨大，根据国家工信部最新公布数字，2011 年商用车全年产销量分别为393.36 万辆和403.27 万辆，增长率虽比2010 年有所下降，但整体汽车市场仍处在快速发展阶段，不管是重型载货车、挂车还是大型客车销量的增加，都将带动汽车底盘销量的上升，快插管接头作为底盘制动系统的零部件，其市场容量都将逐步增大。因此快插管接头市场前景十分广阔。

(2)经济效益。在全球众多的汽车管件制造企业中，汽车快速管件的设计开发及推广应用已是必然趋势。目前市场及技术条件已经成熟，一旦付诸实施，必将给企业带来巨大的经济及社会效益。根据现有试装车测算，对于整车厂已可实现的具体指标如下:

整车管件装配效率提高60%;

工人劳动强度降低70%;

整车管路系统重量降低30%;

整体管路系统制造成本降低20%。

同时对于汽车零部件制造商也是一个极大的机遇，快速管接头一旦在商用车推广应用，其市场容量将是十分巨大的，以2011 年商用车产量计算，仅汽车管件全年总产值预计将达到60 亿人民币左右，因此快速管件在商用车上的快速应用，不但会催生出一批专业化和规模化的先进汽车零部件制造企业，而且对整个汽车行业的发展也将起到极大的推进作用。

(3)社会效益。低碳经济已成为国家层面乃至全球经济共同追求的目标。宏观环境的变化也不可避免地辐射到微观行业，特别是汽车零部件行业，这就要求汽车零部件企业应该尽早进行结构调整和转型升级，提高自身技术含量。要有意识发展高附加值产品、发展自主核心技术，生产高技术含量产品，由中国制造走向中国创造。文中涉及的汽车用快速管接头，拥有自主知识产权，不仅适应了当今市场的需求，提高了产品竞争力，同时在国内汽车零部件同类行业中处于领先地位，快速管接头的开发以及在商用车上的推广应用将会引导汽车零部件制造企业努力朝着研发和生产具有高附加值产品的方向发展，促进汽车零部件行业的整体进步。

4 结束语

中国汽车市场的高增长必将带动汽车行业的全面发展和繁荣，汽车管路作为车辆中必不可少的系统，特别是在底盘制动系统中更占据了十分重要的地位，其中管接头的优良是影响整个车辆安全的重要指标，快速管接头不但提高了产品气密封性，解决现有卡套式管接头普遍存在的“漏气”、 “漏油”、“漏水”等三漏问题;在满足汽车使用安全性指标的前提下实现了快速插拔;改变了汽车管件的装配方式，提高工人工作效率，降低整车综合成本。并同时解决了现有卡套式管接头存在的装配困难、安装易受空间限制等问题;在弯通、三通以及四通管接头上实现了可旋转性。满足管路系统整体气密封性要求，解决了现有普通管路系统管线布置混乱以及安装受限等问题;同等规格和数量的管接头比现有卡套式管接头重量减轻30%，降低了整车能耗，减少了废气排放，满足国家节能环保要求，可达到商用车国Ⅸ排放技术标准。

通过以上分析，快速管接头在商用车上的产业化应用，不但给相关企业带来巨大的经济效益，同时还将引导汽车零部件的基础行业逐步走向自主创新之路。

【1】杜婷婷.快插接头在气制动系统中的应用［J］.电子工业专用设备，2006(4):59－61.

【2】于峻峰. 国外卡车气制动系统管接头的发展［J］. 重型汽车，2005(2):18－19.

【3】丁一，周福庚.快插式制动管路接头的结构设计［J］. 合肥工业大学学报:自然科学版，2009(32):210－212.

【4】何永辉，段旭东. 一种新型的快插式接头结构［J］. 专用汽车，2008(12):56－57.

【5】杨慧钢.制动管路对整车制动系统的影响［J］. 汽车科技，2009(6):68－71.