汽車用中冷器進(jìn)出氣防滑脫硅膠管開發(fā)及應(yīng)用

1、技術(shù)應(yīng)用JISHUYINGYONG文/司福貴馬圣龍葉邵松安東（中國重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心）纟重型汽車HEAVY本文介紹了汽車柴油發(fā)動機(jī)新型中冷器進(jìn)岀氣硅膠管所具有的減震性好、防滑脫、易裝配 等特點。通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料和成型工藝研究，成功開發(fā)岀了完全能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)的 新型中冷器進(jìn)岀氣硅膠管，通過對所研制膠管的全面性能測試、裝配工藝和使用情況評價，新 型膠管完全滿足產(chǎn)品的技術(shù)性能和使用要求，達(dá)到 VOLVOS國外同類產(chǎn)品的水平。TrU言K汽車柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣及進(jìn)氣中冷系統(tǒng)（空一空中冷）一般由空氣濾清器、中冷器及其連接管路等構(gòu)件組成（如圖 1所示），輸氣管路必須采用橡膠管與鋼管連接，借助橡膠

2、良好的柔韌性，可以方便管路布局和裝配，并提高輸氣管路 系統(tǒng)緩沖振動的能力。新鮮空氣通過空氣濾清器過濾和渦輪增壓器增壓后，對于高增壓比的發(fā)動機(jī)而言，氣體溫度可高 達(dá)210C甚至達(dá)230C以上，經(jīng)中冷器冷卻后進(jìn)入發(fā)動機(jī), 從而提高了新鮮空氣的密度，使發(fā)動機(jī)可以吸進(jìn)更多的空氣 并能噴入更多的燃油，促進(jìn)燃燒更為充分，達(dá)到降低燃油消 耗和排放、提高發(fā)動機(jī)功率的目的。廢氣排放OOOOI新1$空氣圖2傳統(tǒng)的中冷器硅膠管與鋼管連接形式但是這種連接方式的膠管長時間使用后會岀現(xiàn)以下問圖i發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管路分布示意圖商用車發(fā)動機(jī)空一空中冷系統(tǒng)輸氣管路上的中冷器進(jìn)岀 硅膠管過去長期采用鋼管直接插入硅膠管管體內(nèi)，端部通過

3、卡箍連接鋼管的起箍端（見圖 2）。題：（1）膠管因為自身的老化容易變形，造成膠管管體岀 現(xiàn)早期裂紋，縮短使用壽命；（2）膠管減震與吸震性較差。發(fā)動機(jī)強烈的震動加速 了膠管的老化變形；由于震動，膠管和鋼管之間的卡箍松動, 連接不牢靠，岀現(xiàn)膠管脫落，致使車輛無法行駛。針對以上問題，中國重汽技術(shù)中心開發(fā)了一種可以防止 膠管變形、緩沖發(fā)動機(jī)震動、連接更加牢固的汽車中冷器進(jìn) 出氣膠管（見圖3）。JCiUiYllic Publishi圖3新型結(jié)構(gòu)硅膠管之一重型汽車產(chǎn)2技術(shù)要求根據(jù)中冷器進(jìn)出氣硅膠管實際使用工作狀況的要求，將 膠管的氣密性、耐高溫老化性、抗爆破壓力和各層間粘合力 4項作為關(guān)鍵性考察指標(biāo)是必須

4、的。其中主要技術(shù)參數(shù)如下： 2.1常態(tài)性能硬度65±5A拉伸強度7Mpa扯斷伸長率(內(nèi)膠層/外膠層)200%/300%壓縮永久變形 <30%22氣密性試驗在0.2Mpa氣體壓力下，每秒鐘內(nèi)氣泡不超過2個。2.3耐熱老化試驗在200C等級溫度下經(jīng)過 168h要求：硬度變化：0 + 8A拉伸強度變化率w 25%扯斷伸長率變化率w 25%爆 破壓力1.0Mpa2.4層間粘合力膠-膠與膠布粘合力1.8N/mm。3產(chǎn)品開發(fā)3.1材料選擇3.1.1膠種中冷器進(jìn)岀氣膠管采用硅橡膠成型生產(chǎn)，由于硅橡膠的 分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成(-Si-0-Si-)，這 種硅氧鍵的鍵能大于通用橡膠-C

5、 C -鍵的鍵能，因而使之具有岀色的耐高低溫性能，如苯基硅膠不僅能夠在超過 200C溫度下連續(xù)使用，還可承受-100'C低溫環(huán)境，在所有橡膠中硅橡膠有著最為寬廣的工作溫度范圍，彈性優(yōu)異。3.1.2骨架材料(見表1)表1新型結(jié)構(gòu)硅膠管骨架材料一覽表序號項目結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)二1纖維布芳綸芳綸2內(nèi)環(huán)不銹鋼45號鋼3外環(huán)鋁合金20號鋼4鋼圈不銹鋼不銹鋼3.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(見圖 4、圖5)(1) 為增強膠管的減震與吸震性，管體厚度由傳統(tǒng)的56mm減薄至3.54mm可節(jié)約 40%左右的材料。(2) 因芳綸布具有強度高、耐高溫性能十分優(yōu)異，長期使用，強降很小，柔軟性極強，布層可由傳統(tǒng)的45層 減至23層，

6、不僅減輕了膠管重量，而且大大提高了膠管 減震與吸震性能。(3) 為進(jìn)一步提高膠管減震與吸震性能，將膠管設(shè)計為 多波紋結(jié)構(gòu)，溝槽中加上鋼圈，可以提高膠管耐內(nèi)壓性能。(4) 二種新型結(jié)構(gòu)中冷器進(jìn)岀氣膠管，膠管與鋼管連接 方式為通過U型環(huán)狀卡箍夾緊連接。(5) 為提高膠管的氣密性、耐油性與阻燃性，膠管可內(nèi) 襯含氟的膠層。4.外馬3,野堆布圖5新型結(jié)構(gòu)一硅膠管裝配示意圖3.3產(chǎn)品配方設(shè)計鑒于氟聚合物與硅橡膠特殊的物理及化學(xué)性能，結(jié)合氟 硅偶聯(lián)劑的特點進(jìn)行合理的配方設(shè)計，確保氟聚合物與硅橡 膠、橡膠與填充補強劑等能有機(jī)的形成均勻的“海島”結(jié)構(gòu)。 其中硅膠與氟聚合物比例按 9:1或8:2控制，即硅膠是連

7、續(xù)“海”相、氟聚合物及其他配合劑是分布于 “?！毕嘀械摹皪u” 相，從而使成品達(dá)到相關(guān)的性能要求，其理化性能符合各汽 車主機(jī)廠中冷器用硅膠管的要求。內(nèi)氟外硅共混膠通?？梢圆捎梅宇惲蚧w系進(jìn)行硫化成 型，但為了改善單獨酚類硫化體系時對內(nèi)氟外硅硫化橡膠存 在交聯(lián)密度低、粘附力低、熱撕裂強度低、硫化返原和噴霜 等問題。添加適當(dāng)?shù)臍庀喟滋亢?、耐熱添加劑還能夠進(jìn)一步 提高內(nèi)氟外硅橡膠管的耐老化性能，延長使用壽命，其中無 機(jī)氧化物FezOs既是耐熱添加劑又是增粘劑。內(nèi)氟外硅膠管 由內(nèi)膠層、纖維層與外膠層所組成，在設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時，考 慮到內(nèi)膠層垢優(yōu)異的密閉性與耐油性，故僅在膠管的內(nèi)膠層 中使用了內(nèi)氟外硅層。內(nèi)

8、氟外硅參考配方(見表2)。表2內(nèi)氟外硅膠管參考配方序號原材料名稱原材料規(guī) 格或產(chǎn)地比例內(nèi)膠層貼膠層外膠層4白CB日本38353105酚類硫化劑浙江1312126色母料自制2525257防噴霜劑上海131313(下轉(zhuǎn)34頁)c JournjI leclrotiic Publifthirti： I ouse國際視野GUOJISHIYE纟重型汽車iiiitiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii

9、iii iiiiihi ihi mi mi mi ilium iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiimin上接27頁)3.4主要生產(chǎn)工藝流程HEAVY TRUCKI投和制準(zhǔn)_H股巾制這I_H1H 次血化I_他抒詛1匚玫疣化H琵配也吐I_H成品成躲4性能研究在新型結(jié)構(gòu)中冷器進(jìn)岀硅膠管開發(fā)過程中，通過對研制產(chǎn) 品多次性能測試和改進(jìn)提高，成功試制岀滿足中冷器進(jìn)岀氣膠 管性能要求的新型結(jié)構(gòu)硅膠管，其全面性能測試結(jié)果見表 3。均具有較好的物理機(jī)械性能、耐高溫性、抗爆性、耐氣密性 和耐老化性，完全達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求。5應(yīng)用目前兩種新型結(jié)構(gòu)中冷器進(jìn)岀氣硅膠管已得到應(yīng)用。其中結(jié)構(gòu)一的硅膠管

10、自2008年1月15日起已在中國重汽HOWO車上全面切換傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)硅膠管，售后質(zhì)量得到了廣 大用戶的一致好評。序號項目技術(shù)要求測試結(jié)果樣件1樣件21硬度/A60±557582層間粘結(jié)強度/kN/m> 1.82.62.83常態(tài)爆破試驗/Mpa> 1.0> 1.5> 1.54耐熱老化試驗(200CX168h外觀無裂紋、 無萎縮合格合格硬度變化/A0+8+5+5長度變化率/%< 1.0-0.6-0.5外徑變化率/%< 1.0-0.3-0.2爆破壓力/Mpa> 0.4> 1.0> 1.05低溫試驗(-55 C)無裂紋及 可見變化合格合格6氣

11、密性在 0.2Mpa 氣體壓力 下，每秒鐘 內(nèi)氣泡不 超過2個合格合格表3新型結(jié)構(gòu)硅膠管全面性能測試結(jié)果從表3膠管全面性能測試結(jié)果可以看岀，兩種研制樣件圖6新型結(jié)構(gòu)硅膠管在中國重汽 HOW車上的裝車狀態(tài)6結(jié)論對一種新型中冷器進(jìn)岀氣硅橡膠管的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、全 面性能測試、裝配工藝和使用情況評價結(jié)果表明采用新型中 冷器進(jìn)岀氣硅橡膠管代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)的硅橡膠用作中冷器進(jìn)岀 氣膠管，完全滿足產(chǎn)品的技術(shù)性能和使用要求，具有安裝方 便、管路密封性強、防滑脫與減震性優(yōu)異等特點，性能達(dá)到 了 VOLVO車型同類產(chǎn)品的水平。針對以上要求以及“桶車”、“吉普”、“悍馬”等經(jīng)典車型的結(jié)構(gòu)特點， 筆者認(rèn)為，新時期的戰(zhàn)術(shù)多

12、用途輪式 車輛應(yīng)該具有以下結(jié)構(gòu)特點。圖12車型大體方案(1) 具有重型裝甲，不然仍會步 悍馬的后塵。但是也不能讓執(zhí)行所有 任務(wù)的車輛都身披重甲，這樣即不經(jīng) 濟(jì)也沒有必要。這就要求車輛的裝甲 設(shè)計必須模塊化，以針對不同需求隨 時增減，兼顧經(jīng)濟(jì)性與實用性。(2) 為使乘員艙達(dá)到防雷車的地雷防護(hù)能力，必須采用V型車底以及各艙段隔離化設(shè)計。有側(cè)重地加強對 乘員艙的裝甲防護(hù)，使車輛不過分增重。(3) 仍舊應(yīng)為四輪全驅(qū)動結(jié)構(gòu)， 更復(fù)雜的驅(qū)動形式會為成本、自重及 維護(hù)性能等帶來災(zāi)難性后果。(4) 根據(jù)軍車45。左右的接近角 和離去角、30°以上的縱向通過角及 輪胎直徑等參數(shù)計算，整車長度不應(yīng)超過5500mm 軸距 應(yīng)該在3200mm 左右，最小離地間隙 400mm左右，否 則無法保證車輛的越野通過性能。(5) 根據(jù)悍馬的外表面積計算， 同等車型想要達(dá)到防雷車的防彈性能 大約需要增加2t全鋼裝甲。以原型悍 馬大約3t的自重，以及動力傳動系統(tǒng)重型化帶來的增重估算，新型戰(zhàn)術(shù)多 用途輪式車輛全裝甲自重應(yīng)在6t左右再加上2t左右的有效載荷，整車越野 質(zhì)量應(yīng)該接近8t。(6) 越野8t的四輪全驅(qū)動車輛 還要達(dá)到與悍馬相當(dāng)?shù)脑揭澳芰?，這 就必須使用重型越野卡車量級的驅(qū)動 橋、輪胎以及