航空卡箍选用装配研究

2015-12-22敏王宗武张艳张广来何俊伟

航空标准化与质量 2015年2期

关键词：卡箍楔子电线

郑敏王宗武张艳张广来何俊伟

（1.沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳 110035；2.中航工业综合技术研究所，北京 100028）

航空卡箍选用装配研究

郑敏1王宗武2张艳1张广来1何俊伟1

（1.沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳 110035；2.中航工业综合技术研究所，北京 100028）

介绍了常见航空卡箍的分类及使用情况，着重分析了固定类卡箍的选用原则，阐述了常见固定类卡箍的装配问题，明确了改进措施。

卡箍；分类；选用；材料；装配

卡箍是飞机上应用广泛的一种元件，通常用于飞机、发动机上各种管路的连接、固定与支撑；电线、电缆的捆扎、固定与安装；仪表、仪器、成品、附件等的安装与固定。在选用卡箍时应着重考虑下列因素：根据产品结构上功能要求的不同，选用不同类别、不同结构型式的卡箍，所选用的卡箍应能完全满足设计上的功能要求。应根据使用部位的受力情况、环境温度、工作介质、工作压力等特性选用卡箍的材料和结构形式。所选用的卡箍的外形尺寸和结构形式要与卡箍的使用空间相适应，使用部位要有足够的空间以保证卡箍能顺利装卸。在保证功能要求的前提下，尽量选用结构简单、工艺性好、材料价格低廉及现行生产中已经使用过的品种规格。

由于卡箍的衬垫材料、结构形式选用不合理及装配方式不当等，导致外场军机用卡箍橡胶垫片老化严重、龟裂，减震性能差，拆卸、使用和维护不方便的问题时有发生。因此，将现有卡箍进行恰当地分类，在此基础上，根据使用部位的具体工况，结合卡箍的结构形式、材料、使用性能等，正确、合理地选用和装配卡箍可在一定程度上提高其安装性、维护性和可靠性，同时也提高了密封性、减振性和耐老化性，这样不仅能满足飞机外场使用及新型号研制的急需，还将使我国飞机导管及电缆的固定与安装向前迈进一大步。

1 卡箍分类

目前，国内卡箍主要包括安装卡箍，连接卡箍，电线、电缆捆扎与固定卡箍，其它用途卡箍4大类。

安装卡箍主要用于导管、电线、电缆、仪器、仪表的安装与固定。

连接卡箍主要用于导管与导管、导管与其它零件的连接。连接卡箍又可分为柔性连接卡箍和刚性连接卡箍2大类。

柔性连接卡箍主要用于中、低温导管与导管或导管与其它密封件的密封连接［1］。2个被连接件允许有一定的同轴度和轴向位置误差。

刚性连接卡箍主要用于高、中低温导管与导管、导管与其它附件的密封或不密封连接。这种连接对2个被连接件的位置公差要求较严。

电线、电缆捆扎与固定卡箍可分为电线、电缆固定卡箍和捆扎卡箍2大类。

电线、电缆固定卡箍主要用于电线、电缆在飞机上的固定安装。

捆扎卡箍主要用于电线、电缆的捆扎。

其它用途卡箍主要用于油箱、气瓶等成品、附件的安装与固定。

卡箍箍带材料主要包含铝合金、结构钢、弹簧钢、不锈钢、塑料5种。其中铝合金箍带如LY11、LY12、LY16用于受力不大、温度不高的安装卡箍。结构钢箍带如10号钢、20号钢、38CrA等用于受力较大的支撑卡箍。弹簧钢箍带如T8A用于弹性卡箍。不锈钢箍带如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr13Ni4Mn9等用于受力较大、工作温度较高的安装卡箍或连接卡箍。塑料箍带如尼龙1010、阻燃尼龙1010、软聚氯乙稀塑料等用于电线、电缆的捆扎与固定卡箍。

2 卡箍选用

2.1 卡箍结构形式的选择

卡箍的选择首先应考虑环境、材料和流体兼容性以及应用的部位［2］。各类卡箍均有特定的使用条件和胶垫材料种类，从而同航空设备中不同的流体性能相兼容。种类的选择多从安装物体的外形尺寸，以及该位置的受力情况等角度考虑。另外，安装区域也会影响到卡箍种类的选择。例如，对于低振区小规格电缆或线束的固定，可选用环型（P）胶垫和楔子（楔子不和导管外径贴合）环形卡箍［3］。相反，如果同样的安装条件但是位于强气流区，如起落架或高振区，应选用环型（P）胶垫和全包楔子卡箍［4］。在管道振动或管内液体脉冲大时，管道容易产生位移时，选择马鞍形卡箍［5］。常见固定类卡箍的名称、结构形式、使用性能的分类见表1。

表1如果安装涉及到液压管路，应选用环型（P）胶垫和全包楔子卡箍、马鞍形卡箍或支撑块。马鞍形卡箍可防止有波动条件下导管发生转动，而单点固定的环形卡箍不能。如果此时还要考虑高振环境，支撑块（块状卡箍）是最好的选择，例如在直升机设备上。

通过卡箍规范使用范围以及不同连接介质和环境适用性要求的对比，可以基本确定卡箍合理的选用。可是，有些涉及复杂环境的情况需要追加试验以帮助选择。

应用位置、安装区域、流体污染、温度、振动以及其他条件都会影响对卡箍及胶垫的选择。环型（P）胶垫和全包楔子卡箍和马鞍型卡箍尤为适用于导管的安装固定。导管支撑块也用于导管的安装固定，特别是强振动区域，其垫块部分和环型（P）胶垫和全包楔子卡箍材料性能一致。

环形卡箍适用范围是适用于线束和非液压环境的环形卡箍。用于固定液压系统的高性能环形卡箍见环型（P）胶垫和全包楔子卡箍和马鞍型卡箍。环型（P）胶垫和楔子（楔子不和导管外径贴合）环形卡箍用于电气应用，但是，如果需用重型卡箍，应选用环型（P）胶垫和全包楔子卡箍。

环型（P）胶垫和全包楔子卡箍用于液压系统的安装，该类卡箍采用17-7箍带和带有全包楔角的3种胶垫，从而达到最大的保持力，该类卡箍适用于液压系统的安装。包括3个橡胶胶垫和一个织物增强垫。同时，其结构有一个全包楔子，可保证保持力最大。

马鞍形卡箍，通常用于较大规格的软管及硬管固定，特别用于需2孔固定的位置，用以防止导管载荷及波动下发生转动。使用特氟龙胶垫，滑动配合使得导管可以移动，该类卡箍也适用于液压系统的安装，但为2点安装。

表1 常见固定类卡箍名称、结构形式及使用性能的分类

导管支撑块是必不可少的安装固定介质，主要用于高振动环境，例如直升机环境。由于该类产品较复杂，受安装环境和导管限制较大，除胶垫选用外，均不适宜形成标准。其垫块材料与环型（P）胶垫和全包楔子卡箍选用同种胶垫。支撑件为铝合金或不锈钢，其他材料由环境条件决定。

W形衬垫卡箍属于单点固定卡箍［6］，可减轻振动，便于固定，专门用于管道或电缆的减振，同时又允许由于结构弯折所必需的可控制的移动；W形状和密封唇边防止外来物进入，从而避免损伤管线路；适于公差范围较大的管道和电缆。

双峰形衬垫卡箍属于单点固定的卡箍，使用方便，具有良好的减振性能，适用于导线束、同轴电缆和波导管的紧固。当用于导线束紧固时，此衬垫允许增加或减少线束，而无需替换其他尺寸的卡箍。对于同轴电缆，它产生很小的压力，并允许电缆直径有变化，这对防止系统故障是重要的。对波导管而言，采用夹紧带形卡箍是不可能的，而双峰形衬垫卡箍可适于波导管的方角。

凸尖形衬垫卡箍也是单点固定卡箍，它具有减轻振动，紧固性好的特点。它有专门用于紧固线束的衬垫，交错的凸尖块把导线隔开，起着固定和阻尼振动的作用，同时又可以避免损伤导线。它允许在不改变卡箍尺寸的情况下，适应由于增加或减少导线数量而引起的线束直径的改变。

盒形衬垫卡箍采用盒形全包式结构，可密封、减振，避免脱落。这是一种将金属支架全包起来的衬垫，适于高振动的场合，也可带有楔形块。垫片材料为丁腈橡胶或硅橡胶高强度硅合成橡胶/纤维组合，具有特别宽的温度范围和不可复原的特性。

2.2 卡箍材料的选择

对于箍带和胶垫材料，或是支撑块材料的选择，应重点从温度等级、阻燃性、耐油性，以及是否可用于钛合金等几个方面来考虑。对于带垫卡箍和支撑块，胶垫材料的选择是关键因素。

针对不同的耐流体环境，确定各位置是否使用了正确的胶垫材料。常见胶垫材料性能如下：

●氯丁橡胶适用于较低的环境等级且不挥发的油质和苯胺油，用于石油基各种油污染的部位，耐臭氧性好，不耐磷酸酯类合成油，不能用于钛合金和某些乙烯基导线的绝缘材料。

●丁腈橡胶适用于较低的环境等级的最大剂量烃流体。主要用于芳基类燃料油污染的燃油系统、石油基的各种液压油类污染的液压系统。耐臭氧性和阻燃，不耐磷酸酯为基的油，不能用于钛材料的管线。广泛用于军用、民用航空器中。

●乙丙橡胶，用于有磷酸酯液压油及其它合成油污染的场合；有良好的阻燃性和抗撕裂性，但不耐石油基的各种油类。其耐臭氧性能十分优异，无需进行试验。同时，其可用于对耐油性能无要求，但耐臭氧性能苛刻的场合（如电气设备）。

●氟硅橡胶用于较高的使用温度耐烃类的地方。其仅用于轻型卡箍，由于机械性能较低，不适于较苛刻的液压系统。适用于更高的使用温度，耐臭氧及被石油基污染的地方；不耐磷酸酯类合成油。

●硅橡胶，用于较高温度或有磷酸酯类油和其它合成油污染的地方，耐臭氧，不耐石油基的各种油类。

●织物增强硅橡胶，使用温度可达260℃，添加芳纶织物，增大了径向和轴向的强度，高强度硅纤维/橡胶组合，具有好的抗流体性和耐高温特性；用于高温度等级，防烃类飞溅和发动机油污染。添加的织物提供必要的强度以承受严酷液压条件的高压线路和发电机位置。

●聚四氟乙烯是一种具有优异耐流体性能的塑料，使用温度可达260℃，聚四氟乙烯带材，主要用在高温和化学环境下，具有良好的热稳定性，又具有抗老化、风化和电绝缘特性。其表面状态和硬度使其比橡胶类材料有较好的移动条件。另一方面，坚硬的表面使得其衬垫厚度较薄，不同于胶垫材料能起到减振效果，该材料能放大振动输入。其广泛应用于液氧系统和结构挠曲或热增长等需要线性移动的地方。