某除雪车冷却系统漏液解决方案

周丹云

（中国重汽集团柳州运力专用汽车有限公司，广西 柳州 525112）

0 引言

除雪车的散热系统主要由散热器、散热风扇、不锈钢管和胶管等组成。散热系统的可靠性对发动机的使用寿命影响很大，因为发动机工作时缸体内的温度高达1800 ～2000 ℃,而燃烧产生的热能中只有30%～40% 转变为机械能,有18% ～25%被冷却液带走[1]。如果发动机漏冷却液将导致发动机过热，那么发动机运动机件将会受热膨胀破坏正常的配合间隙导致运动异常，同时发动机过热也会导致机油失效，不但机件缺乏润滑而卡死，而且机件因高温导致机械强度降低甚至损坏，发动机功率不足等不良反应[2]。我公司某型号除雪车出现冷却液渗漏问题。泄漏量不大，泄漏点出主要出现在胶管和钢连接处；渗漏的时间比较统一，主要在车辆转运过程和除雪作业后。这影响了客户正常使用车辆，同时也威胁到发动机的寿命。为了让发动机获得更稳定可靠的散热系统，本文从材料、安装、温度等方面研究分析并提出了解决方案。

1 原因分析

从泄漏的位置判断橡胶出现的问题的可能性比较大，如图1 所示。因为现在工业常用的橡胶制品受环境影响很大，高温时橡胶硬度变软、弹性变差、寿命变短，低温时橡胶变硬变脆密封性差。我司除雪车生产基地常温为20°左右，胶管的制造环境和除雪车的安装环境温差不大，胶管的物理特性没有发生很大变化。然而车辆从产地运送到作业地时（环境温度是-2°左右），环境温度由高变低，温度交替变化后管路塑性变形无法恢复到出厂状态，钢管与胶管的配合受到破坏间隙变大，并且安装卡箍无扭矩自补偿功能，所以冷却液从间隙渗漏下来。

图1 下水管漏液

2 改进方案

为了解决问题，采用逆向思维法，从材料、结构、环境等方面找出影响管子安装间隙的相关因素，在此基础上改善不利因素，以解决问题。

2.1 橡胶管材料

橡胶管是连接两钢管的桥梁，起到连接和减振的作用。使用橡胶管路连接散热管路可以减少发动机的振动专递到散热器上，避免共振导致强度弱的散热器损坏。橡胶是胶管的主要材料，橡胶的耐温特性直接关系到胶管的使用工况，常用的胶管材料见表1[3]。

表1 常用的胶管材料性能比较

除雪车的存储温度要求在-40 ～+80 ℃，发动机的水温最高在102 ℃左右。冷却液的主要成分是乙二醇，乙二醇在使用中易生成酸性物质对金属有腐蚀作用。选择的材料要耐低温同时有一定的耐酸性。从上述表1 看出三种常用胶管材料耐低温性能都能满足要求，但是EPDM 在-40 ℃后变得硬和脆，脆化后减振效果变差甚至受力后直接开裂。EPDM 的弹性也没有VMQ 好。EPDM 最突出的特性是耐臭性和抗老化好，而VMQ 的特性是使用温度宽广，能长期使用在-60 ～+200 ℃之间。一般车辆的管路材料选用EPDM 可满足要求，但是除雪车是长期工作在低温环境下，如果使用EPDM 管路寿命变短脆化风险非常大。TPO 是一种新型材料，它生产过程工艺复杂技术要求高，更重要的是，它比前面两种材料价格要高。所以综合考虑发动机冷却管的材料为硅橡胶材料比较合适。

2.2 胶管结构

现在一般常用的管路结构是全胶结构（图2）和管壁嵌骨架结构（图3）。全胶结构胶管耐压不大，一般用压力不大的工况，如输液管、农业低压灌溉管等。嵌骨架构的管耐压好，因为骨架层是胶管的承压层，赋予管体强度和刚度。胶管的工作压力取决于骨架层的材料和结构。骨架可以是钢丝或是帆布，针织等材料。根据不同的使用工况选用不同的结构，本车型除雪车使用的是康明斯发动机，发动机冷却系统管内最大压力为0.407 MPa。发动机冷却系统属于低压工况使用帆布作为骨架就可以满足要求。帆布布置位置在壁厚的2/3 位置密封性好，如图4 所示。这样硅胶在卡箍的作用下容易贴紧管壁，帆布的层数太多或是帆布布置的位置太靠近配合面由于刚度太大反而贴不紧管壁达不到密封作用。

图2 全胶结构

图3 全胶结构

图4 胶管截面图

2.3 接头和胶管的配合

胶管和接头最好是过渡配合。如果用小接头配大胶管，卡箍卡紧以后会形成拱起的褶皱，冷却液会从褶皱间隙中漏出来，如图5 所示。大管配小卡箍，不易安装，温度变冷后胶管收缩容易在接头处裂开。所以配合尺寸要控制合理范围。可以参考表2[3]。

表2 冷却系统管路推荐尺寸

图5 胶管与卡箍安装截面

2.4 卡箍选型

汽车管路中常用的卡箍主要有德式卡箍，美式卡箍和弹簧T 型自补偿卡箍。德式卡箍和美式卡箍主要应用于管径小于80 mm 且振动小的工况。德式卡箍和美式卡箍钢带的宽度为9 mm，卡箍的强度小，拧紧的扭矩较小，一般在4～5 N·m。弹簧T 型自补偿卡箍能在硅胶管在塑性变形后自补偿卡箍的扭矩，避免扭矩不够导致卡箍漏防冻液。弹簧T 型自补偿卡箍主要用于温度变化大且口径大的管路系统中，如发动机中冷管路，水冷管路等等[4]。

2.5 安装工艺

胶管、接头、卡箍三者的安装主要考虑接头上的凸环，该环有两个作用，第一是防止胶管在拉扯中脱落下来；第二是起到O 型圈密封作用。卡箍压在靠近凸环的位置时，凸环靠卡箍侧受到一个向下的分力（图6a），加上橡胶被涨大后自收缩产生的合力可以让胶管紧紧地压在凸环最高点，这样起到很好密封作用。若卡箍安装离凸环太远达不到这种密封作用，太近卡箍容易翘边导致漏液，更不能把卡箍压在凸环上，如果把卡箍压在凸环上，拧紧卡箍后凸环会把胶管截断，更容易漏水。胶管、接头、卡箍三者的安装关系可以参考图6（b）。

图6 接头、胶管、卡箍三者安装配合面图

2.6 胶管的固定

管子固定支撑不可以连接在不同振动频率的零件上。若管子固定在2 个振动频率不同的振源上，除雪车工作时由于频率不一致，管子相互扯动接头和管子相互移位然后出现间隙最后导致漏液。发动机是一个大的振动源，从发动机上连接的管子如果需要加固，一定要注意把振动源隔离出来，不能让发动机的振动波沿管道或是管道支撑传到其他物体上。对于振动较大的对接口应该加加强筋加固安装，如图7所示。

图7 两接头对接加强板安装示意图

2.7 其他工艺

由于安装和调试除雪车的环境温度与使用温度有差异，需要把设备运输到作业场地后再启动设备让发动机水温到达70 ～80 ℃，关闭设备待冷却液冷却至室温后重新复紧卡箍。因为胶管经过一冷一热的交替变化，胶管的收缩量适应了当地环境温度，再复紧卡箍胶管塑性变形量变小，没有热胀冷缩现象卡箍和胶管紧紧贴在管壁，液体不再泄漏。

3 实行效果

根据以上的设计要求，试装了CR550 除雪车和LCM3036 抛雪机，安装图如图8 和图9 所示。

图8 CR550S 抛雪车胶管安装图

图9 LSM3036 抛雪机胶管安装图

按以上工艺要求安装设备，然后分别对15 台CR550S 抛雪车模拟作业状态试抛水6 h 和路试50 km，管路无泄漏。分别对4 台LSM3036 抛雪机抛水6 h，管路也无泄漏。表明以上的改进解决了管路漏水问题。

4 结语

设计除雪车的散热管路需经过胶管材料选择、胶管结构优化、安装工艺等。本研究的改进方案已运用于青海、新疆、黑龙江等地的除雪车上，经过长时间的使用未再发现发动机散热管路漏液问题。