转向架用管接头的常见失效问题分析

黄 瑶，邹建文，王瑛琪

（中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 280031）

引言

地铁车辆的制动方式为电空混合制动，空气制动的实际效果受气路件的机械和密封性能影响较大；由于设计阶段即存在的不足以及运行中的疲劳和冲击作用，会破坏制动管路连接主要是管接头的稳定性，使得制动失效频发，严重影响行车安全。本文将主要分析接头在应用中出现的问题与代入设计时要考虑的缺陷，对管接头使用提出优化方案，避免疲劳等造成的失效，保证管路连接的可靠性。

1 管接头型式

转向架上主要使用卡套式和压紧式接头。卡套式接头由三部分组成：接头体、卡套和螺母。当卡套和螺母套在钢管上插入接头体后，旋紧螺母时，卡套前端外侧与接头体锥面贴合，内刃均匀地咬入无缝钢管，形成有效密封[1]。

压紧式接头由接头体、O型圈、垫圈、卡环和螺母等组成，主要由可适用于各种使用条件的密封圈达到密封效果[2]，垫圈可对密封圈形成保护，卡环一般是适用于管材的切口圆环，实现与管路的压紧定位，此种结构由于不需要预压管路，保证了管路外壁的完整性，使得管路可以重复使用。

2 管接头失效问题

卡套式和压紧式接头在应用中均出现过连接失效，进而导致气路故障，主要问题如下所述。

2.1 卡套式接头无法拆卸

在某试验车上经过一年的运行，卡套式三通无法从管路上退卸下来，管路亦偏转了一定的角度。通过对原管路坐标的复核，此处是一段直管，且三通整体处于水平位置，分析为一侧管路受到了一定的冲击被折弯，取下螺母其螺纹部分已滑丝，管路与卡套完全嵌入到接头体内，同时进行制动试验有一定的漏气，该连接失效。

进一步观察管路其直线度在新造时即有一定的偏差，当受到轴向力时产生了径向分力，对管路形成弯矩效果，将滑丝的螺母拆卸下来，螺纹部分干燥无润滑，卡套极易在冲击中与接头体咬死，导致管路和接头一起报废。

2.2 压紧式接头管路弹出

螺母拧紧时，压紧式接头卡环收紧，与管壁之间的压紧力、摩擦力阻止管路的轴向活动。某地铁转向架接车体软管处管路在运营中突然弹出，对出厂时涂打的紧固防松标记进行检查均能清晰可见，复拧螺母，扭矩显示与产品推荐值有一定的降低，考虑到多个方面的因素如蠕变松弛、振动环境、温度等对螺纹联接松动的影响，上述两值降低是正常现象，可排除扭矩不足使得管路无法压紧。

从连接型式入手，由于设计阶段设置的管卡紧固点距离接头较远，在振动中形成了以管卡为支点的抖动[3]，卡环逐渐由并紧状态松开，到达某个临界点后管接头反而会将管路向外挤压，弹出不可避免。

2.3 异径接头外螺纹部分断裂

异径接头主要用在两侧被连接件尺寸规格不一致的场景，某车辆上接制动缸时出现G 1/2侧从根部直接断裂，断裂的部分留在制动缸内无法取出，这种异径接头两侧连接体中心成90°，实现了转向的效果。断裂的方式分析为剪切失效，初步判断由硬管端的冲击或长期的振动造成，拆下管路进行重新预组，管路端面已经接触到接头内部配合端面，硬管端受到的任何冲击都会直接传递到接头体，异径接头本身是一种悬臂结构，外螺纹侧断裂概率较大。

3 问题的思考与解决

卡套式接头结构可保证在螺母未脱开的情况下管路始终被紧固在接头上[4]，然而一旦受到冲击，且管路有一定的直线度偏离时，不锈钢卡套和接头极易出现咬死，增加管路生产时的质量管控，减小直线度偏离，螺母螺纹部分预涂润滑油脂，或者更改螺纹表面镀层，对保护接头的寿命有很大帮助。

压紧式接头允许管路有非直线度3°的偏离，由于管路主要靠卡环并紧固定，松开螺母的情况下管路可以轻易取出，密封圈是橡胶件，无法涂抹油脂。因此对螺母和接头螺纹部分的处理更加优良，不会出现卡死的情况，相比卡套式接头是一种优势。

然而在以某个接头或管卡紧固点为支点时持续的振动会造成松脱，在靠近接头的一端增加管卡紧固如图1，降低管路的振幅，并在卡环内侧设置环形齿，增加摩擦力，对管路的防脱有很好的效果。

接头与制动缸连接时本身是悬空的，依靠旋入制动缸的部分受力，如果螺纹段太长，力臂过大，受到的剪切力矩更大，以符合ISO 228标准的制动缸内螺纹为例，与之配合的管接头螺纹为G1/4，为了保证一定的空气流量，接头内径不得小于8 mm，导致管接头壁厚最小在2 mm左右，同时悬臂过长，受力变大造成折断。

管路设计时，管路端面尽量不要接触接头内端面，接头螺纹侧长度设计不宜太长，硬管中心距螺纹侧安装端面L亦不能太长，或者采用软管连接的方式，可有效避免接头出现断裂。

4 改进设计实例

4.1 压紧式接头防脱设计

某转向架在设计踏面清扫连车体软管方案时，使用了直通Φ10-M16×1.5，起初的设计方案仅考虑到在硬管侧增加管卡紧固，防止管路振动过大，如图2-1），实际上软管由于整体悬空且过长，在车辆行驶过程中反复甩动，产生了向外侧拔脱的力，存在硬管脱出的风险。根据其脱出方向增加隔板且将直通更换为隔板式直通，通过将接头紧固在座板上，有效地限制了沿拔脱方向的移动，如图2-2），管路易脱出是压紧式接头的一个缺点，此处可更换为卡套式接头。

4.2 异径接头防断裂设计

某项目制动缸进气口与构架外侧距离太远，导致构架下盖板遮住硬管出线位置，为了能改善这种不良，设计了加长版的接头，尽管达到了预期的管路走线布局，接头加长后成为一个非标件，前段螺纹端长度不变，悬臂较以前加长了，仅靠2 mm的壁厚强度可能不够，为此选用过渡接头配异径接头的联接组合，如图3所示通过过渡接头增加长度，且插入的硬管不接触接头内部端面，过渡接头和异径接头之间的联接能够对振动起到一定的缓冲，结构更加稳定。

5 结论

目前常用的两种型式接头均有在设计中要预先考虑的缺陷，避免当前已出现的失效可有以下建议：

1）卡套式接头预先在螺纹部分涂抹润滑油脂，硬管直线度精度要高，尽量在接头附近增加紧固点，管路不要直接插到接头端面，防止持续的振动冲击直接作用到接头体。

2）压紧式接头卡环增加齿形结构，如果遇到沿拔脱方向的作用力，增加隔板或管卡阻碍该方向的运动趋势，避免设计出支点结构形式，有时可以搭配卡套式接头使用，规避脱出风险。

3）异径接头或其他形成悬臂结构的接头在使用时螺纹部分不要设计太长，可搭配过渡接头实现更长距离的连接，有条件可以增加螺纹部分的壁厚，减少力臂长度亦可有效削弱剪切力矩，预防断裂的发生。