某重型车辆发动机散热系统胶管开裂问题分析

李强，杨少东，屠振池

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)



某重型车辆发动机散热系统胶管开裂问题分析

李强，杨少东，屠振池

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)

某重型车辆发动机散热系统胶管开裂，导致系统出现滴渗防冻液现象。通过整车散热系统压力测试和开裂胶管分析，确定胶管开裂的根本原因，解决车辆发动机散热系统因胶管开裂导致滴渗防冻液问题。

散热系统；胶管；开裂

0 引言

重型车辆散热系统管路容易出现滴漏防冻液问题，其中因连接胶管开裂导致该问题的发生占很大比例。文中根据国内某重型车辆发动机散热系统胶管开裂问题的分析，确定胶管开裂的根本原因，从而改进发动机散热系统的设计。

1 散热系统简介

某重型车辆装配有变矩器和缓行器，其运行时产生大量热能，需通过热交换器将热能传递给发动机冷却液，冷却液通过发动机散热系统进行冷却。

该散热系统由散热器、热交换器、输水钢管、胶管组成。输水钢管与散热器和热交换器通过胶管连接，胶管外部设有卡箍，用于固定胶管两端。

2 问题描述

车辆在使用过程中，经常发生胶管开裂问题，导致散热系统滴渗防冻液，如图1所示，针对胶管开裂进行问题分析。

3 问题原因分析

导致出现该问题的可能因素主要有两方面，如下：

(1)冷却系统水泵的最大压力为240kPa，胶管技术要求耐压能力为300kPa，水泵从散热水箱吸水，送入发动机冷却水道，经发动机冷却水道后返回散热水箱。车辆在实际运行过程中冷却系统的局部压力可能大于额定值，胶管长时间过载使用导致开裂。

(2)胶管图纸中要求为：三元乙丙橡胶加一层纤维，耐热，在压力为300kPa、温度为-40～120 ℃的环境下可长期使用。但胶管实际采用的材料、加工工艺等可能存在缺陷，其指标不能满足HG/T2491-1993《汽车用输水橡胶软管执行标准》和车辆实际的使用要求。

4 试验分析情况

针对以上两方面可能原因，通过试验和分析，确定胶管开裂的根本原因。试验及分析如下：

4.1 冷却系统压力测试试验

4.1.1 试验过程

在发动机散热系统的测试点安装压力传感器,共4个点，分布于散热器和发动机进出口。

压力传感器及信息采集器安装完成后，运行车辆，待发动机节温器开启(冷却水温度达到85 ℃时以上)时，记录发动机不同转速下各点压力值，并将数据整理，发现发动机转速在2 300r/min时，各测试点压力最高分别为103.65、113.36、190.93和140.84kPa。

4.1.2 试验结论及分析

冷却系统压力测试试验的各测试点包括了冷却系统全部压力点。冷却系统实际运行的最大压力在发动机转速为2 300r/min时，压力值最高为190.93kPa，不存在局部压力大于额定值现象，排除胶管长时间过载使用的原因造成胶管破裂。

4.2 胶管材料及性能分析

4.2.1 材料及性能分析情况

对问题胶管及同批次胶管进行材料、性能分析对比，并对胶管开裂原因进行分析。

分析情况如下：

(1)形貌观察

观察开裂胶管的宏观形貌：开裂位置位于胶管的中部区域，裂纹基本沿轴向扩展，开裂区域内外两层胶层存在大面积分层现象，部分纤维布未见明显浸胶现象。

采用机械方法将裂纹分解下来对裂纹断面进行观察：内层胶层裂纹源区附近相邻轴向压痕位置存在微裂纹。

将两层胶层断口分别置于扫描电镜下进行形貌观察，两层胶层断口的微观形貌基本一致：裂纹源区主要呈撕裂+磨损形貌，扩展区均呈撕裂形貌。

(2)红外光谱分析

从两胶管分别取样进行红外光谱分析，表明两个胶管所用橡胶均为乙丙橡胶，符合技术要求。

(3)力学性能测试及形貌观察

在两胶管上分别取5个力学性能试样(沿轴向)，按照GB/T528-2009标准对上述10个试样进行拉伸强度及断裂伸长率测试。

测试结果表明：

(1)开裂胶管拉伸强度比新胶管的拉伸强度略低、伸长率高约28%，表明开裂胶管在使用一段时间后拉伸性能未见明显的下降；

表1 胶管力学性能测试结果汇总表

(2)两胶管的拉伸强度和断裂伸长率低于汽车用输水橡胶软管标准中增强胶管拉伸强度和断裂伸长率要求(拉伸强度不小于8.0MPa、断裂伸长率不小于300%)，如表1所示。

(3)取部分试样进行层间分离试验，结果表明：胶管各层间的粘合强度较低，两层胶层基本处于分层状态，中间纤维布未起到有效的增强作用，且纤维布压痕为应力集中区。

4.2.2 胶管材料及性能分析结论

通过对失效胶管的分析，认为由于胶管力学性能低于标准要求，且层间粘合强度较低，在使用内压的作用下，首先从夹层纤维布压痕应力集中区域萌生裂纹并扩展，进一步降低承载能力，最终导致胶管破裂。

5 结论

通过以上冷却系统压力测试试验和胶管的材料及性能分析可知：

该重型车辆发动机散热系统连接胶管开裂的原因是：胶管存在质量问题，力学性能指标不符合HG/T2491-1993《汽车用输水橡胶软管执行标准》的规定，层间粘合强度较低，在使用内压作用下，从夹层纤维布压痕应力集中区域萌生裂纹并扩展，最终导致胶管破裂。

6 结束语

发动机散热系统连接胶管使用的橡胶为乙丙橡胶。乙丙橡胶是乙烯和丙烯的共聚体，抗臭氧性、耐紫外线、耐候性和耐老化性优异，居通用橡胶之首；电绝缘性、耐化学性、冲击弹性很好，耐酸碱、比重小，可进行高填充配合；耐热可达150 ℃，耐极性溶剂(酮、酯等)，但不耐脂肪烃和芳香烃，其他物理性能略次于天然橡胶而优于丁苯橡胶。

根据胶管开裂原因分析结果：胶管在生产过程中，材料性能和生产工艺存在缺陷，造成力学性能低于标准，层间粘合强度较低；车辆运行时，胶管长时间在85～95 ℃温度环境下工作，最终造成胶管开裂。

【1】黄晖.发动机冷却系统的研究与优化设计[D].济南：山东大学,2005.

【2】林小珍.八桥全地面起重机冷却系统效能研究[D].长春：吉林大学,2014.

【3】郑文博.国内外汽车用橡胶软管现状及发展趋势[J].橡胶科技市场,2013(6):5-9.

【4】徐世清.航空橡胶软管低压爆破失效分析[J].材料工程,1995(1):41-44.

AnalysisoftheHoseCrackingofaHeavyDutyVehicleEngineCoolingSystem

LIQiang,YANGShaodong,TUZhenchi

(TaianAerospaceSpecialVehicleCo.,Ltd.,TaianShandong271000,China)

Thehoseofenginecoolingsystemofaheavy-dutyvehiclecracked,resultinginthephenomenonoftheseepageofantifreeze.Bythevehiclecoolingsystempressuretestandcrackedhoseanalysis,therootcauseofthehosecrackingwasidentified,andtheproblemoftheseepageofantifreezecausedbythehoseofenginecoolingsystemcrackingwassolved.

Enginecoolingsystem；Hose；Cracking

2015-11-10

李强(1986—)，男，本科，助理工程师，研究方向为车辆工程。E-mail:15153829123@163.com。

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