李強(qiáng)，楊少東，屠振池

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

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某重型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)膠管開裂問(wèn)題分析

李強(qiáng)，楊少東，屠振池

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

某重型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)膠管開裂，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)滴滲防凍液現(xiàn)象。通過(guò)整車散熱系統(tǒng)壓力測(cè)試和開裂膠管分析，確定膠管開裂的根本原因，解決車輛發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)因膠管開裂導(dǎo)致滴滲防凍液?jiǎn)栴}。

散熱系統(tǒng)；膠管；開裂

0 引言

重型車輛散熱系統(tǒng)管路容易出現(xiàn)滴漏防凍液?jiǎn)栴}，其中因連接膠管開裂導(dǎo)致該問(wèn)題的發(fā)生占很大比例。文中根據(jù)國(guó)內(nèi)某重型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)膠管開裂問(wèn)題的分析，確定膠管開裂的根本原因，從而改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 散熱系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某重型車輛裝配有變矩器和緩行器，其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量熱能，需通過(guò)熱交換器將熱能傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，冷卻液通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

該散熱系統(tǒng)由散熱器、熱交換器、輸水鋼管、膠管組成。輸水鋼管與散熱器和熱交換器通過(guò)膠管連接，膠管外部設(shè)有卡箍，用于固定膠管兩端。

2 問(wèn)題描述

車輛在使用過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生膠管開裂問(wèn)題，導(dǎo)致散熱系統(tǒng)滴滲防凍液，如圖1所示，針對(duì)膠管開裂進(jìn)行問(wèn)題分析。

3 問(wèn)題原因分析

導(dǎo)致出現(xiàn)該問(wèn)題的可能因素主要有兩方面，如下：

(1)冷卻系統(tǒng)水泵的最大壓力為240kPa，膠管技術(shù)要求耐壓能力為300kPa，水泵從散熱水箱吸水，送入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水道，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水道后返回散熱水箱。車輛在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中冷卻系統(tǒng)的局部壓力可能大于額定值，膠管長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載使用導(dǎo)致開裂。

(2)膠管圖紙中要求為：三元乙丙橡膠加一層纖維，耐熱，在壓力為300kPa、溫度為-40～120 ℃的環(huán)境下可長(zhǎng)期使用。但膠管實(shí)際采用的材料、加工工藝等可能存在缺陷，其指標(biāo)不能滿足HG/T2491-1993《汽車用輸水橡膠軟管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)》和車輛實(shí)際的使用要求。

4 試驗(yàn)分析情況

針對(duì)以上兩方面可能原因，通過(guò)試驗(yàn)和分析，確定膠管開裂的根本原因。試驗(yàn)及分析如下：

4.1 冷卻系統(tǒng)壓力測(cè)試試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)過(guò)程

在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)的測(cè)試點(diǎn)安裝壓力傳感器,共4個(gè)點(diǎn)，分布于散熱器和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出口。

壓力傳感器及信息采集器安裝完成后，運(yùn)行車輛，待發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)溫器開啟(冷卻水溫度達(dá)到85 ℃時(shí)以上)時(shí)，記錄發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下各點(diǎn)壓力值，并將數(shù)據(jù)整理，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 300r/min時(shí)，各測(cè)試點(diǎn)壓力最高分別為103.65、113.36、190.93和140.84kPa。

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)論及分析

冷卻系統(tǒng)壓力測(cè)試試驗(yàn)的各測(cè)試點(diǎn)包括了冷卻系統(tǒng)全部壓力點(diǎn)。冷卻系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的最大壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 300r/min時(shí)，壓力值最高為190.93kPa，不存在局部壓力大于額定值現(xiàn)象，排除膠管長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載使用的原因造成膠管破裂。

4.2 膠管材料及性能分析

4.2.1 材料及性能分析情況

對(duì)問(wèn)題膠管及同批次膠管進(jìn)行材料、性能分析對(duì)比，并對(duì)膠管開裂原因進(jìn)行分析。

分析情況如下：

(1)形貌觀察

觀察開裂膠管的宏觀形貌：開裂位置位于膠管的中部區(qū)域，裂紋基本沿軸向擴(kuò)展，開裂區(qū)域內(nèi)外兩層膠層存在大面積分層現(xiàn)象，部分纖維布未見(jiàn)明顯浸膠現(xiàn)象。

采用機(jī)械方法將裂紋分解下來(lái)對(duì)裂紋斷面進(jìn)行觀察：內(nèi)層膠層裂紋源區(qū)附近相鄰軸向壓痕位置存在微裂紋。

將兩層膠層斷口分別置于掃描電鏡下進(jìn)行形貌觀察，兩層膠層斷口的微觀形貌基本一致：裂紋源區(qū)主要呈撕裂+磨損形貌，擴(kuò)展區(qū)均呈撕裂形貌。

(2)紅外光譜分析

從兩膠管分別取樣進(jìn)行紅外光譜分析，表明兩個(gè)膠管所用橡膠均為乙丙橡膠，符合技術(shù)要求。

(3)力學(xué)性能測(cè)試及形貌觀察

在兩膠管上分別取5個(gè)力學(xué)性能試樣(沿軸向)，按照GB/T528-2009標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述10個(gè)試樣進(jìn)行拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果表明：

(1)開裂膠管拉伸強(qiáng)度比新膠管的拉伸強(qiáng)度略低、伸長(zhǎng)率高約28%，表明開裂膠管在使用一段時(shí)間后拉伸性能未見(jiàn)明顯的下降；

表1 膠管力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果匯總表

(2)兩膠管的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率低于汽車用輸水橡膠軟管標(biāo)準(zhǔn)中增強(qiáng)膠管拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率要求(拉伸強(qiáng)度不小于8.0MPa、斷裂伸長(zhǎng)率不小于300%)，如表1所示。

(3)取部分試樣進(jìn)行層間分離試驗(yàn)，結(jié)果表明：膠管各層間的粘合強(qiáng)度較低，兩層膠層基本處于分層狀態(tài)，中間纖維布未起到有效的增強(qiáng)作用，且纖維布?jí)汉蹫閼?yīng)力集中區(qū)。

4.2.2 膠管材料及性能分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)失效膠管的分析，認(rèn)為由于膠管力學(xué)性能低于標(biāo)準(zhǔn)要求，且層間粘合強(qiáng)度較低，在使用內(nèi)壓的作用下，首先從夾層纖維布?jí)汉蹜?yīng)力集中區(qū)域萌生裂紋并擴(kuò)展，進(jìn)一步降低承載能力，最終導(dǎo)致膠管破裂。

5 結(jié)論

通過(guò)以上冷卻系統(tǒng)壓力測(cè)試試驗(yàn)和膠管的材料及性能分析可知：

該重型車輛發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)連接膠管開裂的原因是：膠管存在質(zhì)量問(wèn)題，力學(xué)性能指標(biāo)不符合HG/T2491-1993《汽車用輸水橡膠軟管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，層間粘合強(qiáng)度較低，在使用內(nèi)壓作用下，從夾層纖維布?jí)汉蹜?yīng)力集中區(qū)域萌生裂紋并擴(kuò)展，最終導(dǎo)致膠管破裂。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)連接膠管使用的橡膠為乙丙橡膠。乙丙橡膠是乙烯和丙烯的共聚體，抗臭氧性、耐紫外線、耐候性和耐老化性優(yōu)異，居通用橡膠之首；電絕緣性、耐化學(xué)性、沖擊彈性很好，耐酸堿、比重小，可進(jìn)行高填充配合；耐熱可達(dá)150 ℃，耐極性溶劑(酮、酯等)，但不耐脂肪烴和芳香烴，其他物理性能略次于天然橡膠而優(yōu)于丁苯橡膠。

根據(jù)膠管開裂原因分析結(jié)果：膠管在生產(chǎn)過(guò)程中，材料性能和生產(chǎn)工藝存在缺陷，造成力學(xué)性能低于標(biāo)準(zhǔn)，層間粘合強(qiáng)度較低；車輛運(yùn)行時(shí)，膠管長(zhǎng)時(shí)間在85～95 ℃溫度環(huán)境下工作，最終造成膠管開裂。

【1】黃暉.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2005.

【2】林小珍.八橋全地面起重機(jī)冷卻系統(tǒng)效能研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2014.

【3】鄭文博.國(guó)內(nèi)外汽車用橡膠軟管現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].橡膠科技市場(chǎng),2013(6):5-9.

【4】徐世清.航空橡膠軟管低壓爆破失效分析[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

李強(qiáng)(1986—)，男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。E-mail:15153829123@163.com。

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