地铁车辆制动系统卡套式管接头连接工艺试验研究

地铁卑辆制动系统卡备式管辏头连辏工艺试验研究
范駿波，高明，刘浩
(中车南京浦镇车辆有限公司！工苏南京210031)
摘要：地铁车辆制动系统卡套式管接头连接工艺对管路密封性和制动可靠性有着重要影响。

分析
了主要影响因素，试验研究了温度、管路直径和振动环境等对螺纹残余紧固力矩和拔脱力的影响规律，并
对卡套式管接头残余紧固力矩进行了自然衰减试验。

研究结果表明，振动环境对螺纹残余紧固力矩和拔
脱力有较大影响；温度对残余紧固力矩影响较小，对拔脱力几乎没有影响；一般情况下，直径越大，连接越
可靠，残余紧固力矩衰减也更缓慢。

关键词：地铁车辆；制动系统；卡套式管接头；残余紧固力矩；拔脱力；试验研究
中图分类号：U 239.5 文献标志码：A
Experimental Research on Connection Process of Ferrule-type Compression Pipe Joint Used in
Air-braking System of Urban Rail Vehicles
FAN Junbo,GAO M ing,LIU Hao
(CRRC Nanjing Puzhen Vehicle Co. ,Ltd. ,Nanjing 210031 , China)
A b stra c t：The connection process of ferrule-type compression pipe joint used in urban rail veh had an important influence on the sealing and braking reliability of pipeline. Influent factors were analyzed ,and the affecting
rules of temperature ,pipe size and vibration on residual fastening torque and pulling force were experimentally investigated.
On the basis of that ,the natural attenuation experiment of the residual fastening torque of the ferrule-type compression pipe
joint was carried out. The results showed that vibration had a large influence on residual fastening torque and pulling force
while the influence to temperature was very lesser ,and the influence to pull-out force was little. Generally ,the reliability of
ferrule-type compression pipe joint was much higher with large size of pipe diameter as well as was much slower.
K e y w o r d s：urban rail vehicles ,air-braking system ,ferrule-type compression pipe joint ,residual fastening torque , pul­
ling force ,experimental research
卡套式管接头在20世纪30年代发明于德国，因其具有耐压高、耐冲击、耐振动、安装简便和管道 清洁度好等优点，经过半个世纪的发展，在世界各国 已得到广泛应用。

我国于20世纪70年代开始推广 使用，目前应用于工程机械、汽车制造、机床工业、船 舶工业和电力机车等行业[1]。

卡套式连接采用螺纹 联接，具有工艺简单、连接牢靠、耐高压、耐高温、耐 低温、密封性和反复性良好、安装检修方便、工作安 全可靠、造型美观以及经济实用等优点[]，是地铁车 辆制动系统主要的管接头连接形式之一。

然而，卡套式管接头连接的螺纹紧固力矩大小、安装方式和管件连接不对中程度等均会影响其密封 性能。

当列车经历长时间运行后，列车管路随列车 振动，管路接头处密封有可能失效，发生泄漏。

白晓 玲对组装现场中出现的卡套式接头泄漏情况进行了 现场试验分析，并提出了改进措施。

敬俊娥等试验 研究了卡套式管接头的密封性能[3]。

周瑞萍等分析 与研究了卡套式管接头的新工艺[4]。

林志权研究了 压力管道卡套式连接施工方法。

耿志学设计了卡套式管接头拔脱力试验装置并探讨了试验方法[5]。

雷 雄等对比了单卡套式管接头与双卡套式管接头的密封性能[6]。

本文在相关研究的基础上，试验研究了地铁车 辆制动系统卡套式管接头连接工艺以及连接工艺对 管接头螺纹残余紧固力矩的影响规律，为地铁车辆 制动系统卡套式管接头检修等提供理论与实验依 据。

1连接原理和工艺要求
卡套式管接头由三部分组成：接头体、卡套和螺 母。

当卡套和螺母套在钢管上插人接头体后，旋紧 螺母时，卡套前端外侧与接头体锥面贴合，内刃均匀 地咬人无缝钢管，形成有效密封。

卡套安装完成后，需目视检查卡套刃口切人处，刃口前端应有明显隆 起且隆起能够覆盖卡套前端面一半左右，不可出现 中断现象；同时经过预装的卡套允许在钢管沿圆周 方向转动，但不能轴向移动。

一般情况下，卡套的最 大允许轴向位移从隆起位置开始向后0. 5mm。

卡
图3 3
试验结果分析
3.1 P 型卡套式管接头
根据P 型卡套式管接头的试验结果可得出如 下结论。

1)在无冲击振动环境下，温度对于公称直径为
12 mm 的管接头残余紧固力矩几乎没有影响；而对 于公称直径为22 mm 的管接头，与常温环境下的残 余紧固力矩相比，低温环境下残余紧固力矩下降了
图1卡套预压后端口状态示意图
卡套预安装后，一般采用角度旋转法安装螺母， 步骤如下$)用手拧紧接头上的螺母'）用扳手找到 力矩激增点，并在接头和螺母上画黑色防松标记；3) 将螺母旋转60°〜180°')按步骤2和步骤3安装接 头另一^端螺母'）在左右两端螺母和接头体上画红 色防松标记。

2
卡套式管接头试验
由于卡套式管接头是通过对螺纹的紧固，使得 外套螺母内锥面与卡套尾部锥面贴合，并给予卡套 一个向前的推力，接头体内锥面与卡套前部锥面贴 合，并将卡套前端两道刃口压入钢管外壁，进而形成 卡套前端刃口切入钢管外壁、卡套两端锥面分别与 外套螺母及接头体内锥面贴合的密闭环境，从而达 到密封效果，因此螺纹的残余锁紧力矩和拔脱力是 关系管接头密封性的关键因素，而螺纹的残余紧固 力矩和拔脱力一般受使用环境的影响，如振动强 度[7 9]、温度[1011]和管径大小等。

为掌握各种因素对螺纹的残余紧固力矩和拔脱 力的影响规律，本文研究了 2种类型（简称P 型和U 型，安装U 型管接头时采用固定力矩进行紧固）的 卡套式管接头并进行了试验研究。

P 型和U 型的 残余紧固力矩和拔脱力分别如图2和图3所示。

^ P 型卡套式管接头螺纹残余紧固力矩和拔脱力
-U 12T 1V 0-U 12T 0V 0•U22T1V0-U 22T 0V 0-U 12T 1V 1-U 22T 1V 1
a)残余紧固力矩
-U 12T 1V 0-U 12T 0V 0■U22T1V0-U 22T 0V 0-U 12T 1V 1-U 22T 1V 1
b)拔脱力
丨U 型卡套式管接头螺纹残余紧固力矩和拔脱力
套前端管道预留量应符合表1和图1要求。

表1
端口尺寸检查表
(mm)管外径RohrAD
Y 讓Y m a x 6L 2. 3 3.68L 2. 3 3.610L 2. 3 3.612L 2. 3 3.615L 2. 6 3. 918L 3.1 4. 422L 2.5 4. 028L
2.6
4. 1
日.N /坡
只画鍊礙饀
图
日.N /眾
-R 画鍊
I 朦
2Q ____I ____1___1_____1____1___1____ I
10
20
30
40
50
60
70
衰减天数
图4
U 型卡套式管接头螺纹残余紧固力矩变化曲线
由图4试验结果可以发现，在U 型管接头拧紧 后残余紧固力矩很快就会衰减，但大直径的管接头
衰减速度相对较慢。

直径为22 m m 的管接头在经
过67d 的衰减后，残余紧固力矩为初始力矩的
67%，而直径为12 m m 的管接头仅剩26%的紧固
力矩。

这主要是因为尺寸大的管接头拧紧力矩更 大，相应的材料蠕变松弛和扭力松弛效应较小。

总 体上，随着时间的延长，残余紧固力矩减小的速率降 低，最终达到基本平稳状态。

4
结语
详细介绍了地铁车辆制动系统卡套式管接头的
基本原理和连接工艺要求，分析了影响管接头残余
紧固力矩和拔脱力的影响因素，试验研究了各因素
对残余紧固力矩和拔脱力的影响程度，结果表明，振 动环境对于卡套式管接头残余紧固力矩和拔脱力有 重要影响，而温度影响很小；管路直径越大，则连接 越可靠，残余紧固力矩衰减速度也更缓慢。

参考文献
白晓玲.卡套式接头在H X D 2系列机车上的应用（]. 科技创新与生产力，2016(6# 83-85.
(]林志权.仪表压力管道卡套式连接施工方法（].石油 化工建设，2016(2# 7477.
(]敬俊娥，钟睦.列车管路连接密封性能试验研究（].电 力机车与城轨车辆，2013, 36(3# 37-40.
(]周瑞萍.卡套式端直通管接头GB/T3733—2008接头 体、卡套新工艺分析与研究（].内燃机，2015(4# 6-9, 13.
(]耿志学，钟冬娟.卡套式管接头拔脱力试验装置和试验
方法（].液压与气动，2012(8# 131133.
[6] 雷雄.（单）卡套式管接头与双卡套式管接头的密封性能
对比（].液压气动与密封，2002(2# 43-45.
[7] H o u s a r iB A ，N a ssarS A. Effect of thread and bearing friction coefficients on the vibration-induced loosening of threaded fasteners under cyclic transverse loads[J]. Journal
约11%。

这主要是因为接头、螺母和管道材料热膨 胀系数不同导致的，其尺寸越大，热膨胀量越大，残 余紧固力矩越小。

而与无冲击振动的相比，在冲击 振动环境下，彡12和招2 mm 的管接头残余紧固力矩 分别降低了约52%和65%。

因此，冲击振动对P 型 卡套式管接头的残余紧固力矩的影响较大，尤其是 对公称直径大的管接头的影响更为明显。

2)直径越大，拔脱力越大。

不论有无振动环境， 多22 mm 管接头的拔脱力是彡12 mm 管接头的接近 2倍；温度对拔脱力的影响几乎可以忽略不计'中击 振动对此类型的管接头拔脱力的影响也较小，相比 而言，仅下降7%!10%。

3.2 U 型卡套式管接头
根据U 型卡套式管接头的试验结果可得出如 下结论。

1)
在无冲击振动环境下，对于公称直径为12和 22 mm 的管接头，与常温环境下相比，低温环境下 残余紧固力矩下降了约15%〜18%;而与无冲击振 动的相比，在冲击振动环境下，彡12和彡22 mm 的管 接头残余紧固力矩分别降低了约24%和56%。

因 此，冲击振动对U 型卡套式管接头的残余紧固力矩 的影响也较大，尤其是对公称直径大的管接头的影
响更为明显。

2)
和P 型卡套式管接头类似，U 型卡套式管接 头直径越大，拔脱力越大。

不论有无振动环境，衫2 mm 管接头的拔脱力是？12 m m 管接头的接近2
倍'显度对拔脱力的影响较小，在低温下，拔脱力反 而比常温下的拔脱力要稍大约8%;冲击振动对此 类型的管接头拔脱力几乎没有影响。

3.3残余紧固力矩退化规律研究
随着时间的推移，管接头残余紧固力矩将逐渐 衰减。

为掌握其衰减规律，对卡套式管接头进行了 残余紧固力矩衰减试验。

试验件采用管路直径为 12和22 m m 的2种U 型优质不镑钢压紧式管接 头。

试验在常温（10 °C )环境下进行。

试验采用扭 矩法进行测试，初始扭矩分别设定为100和215
N -m 。

静态残余扭矩的测量是在管接头拧紧，并
达到初始设定扭矩后，再自然静置1、26、47和67 d 后进行。

每个管接头有2组螺纹联接副，取两者平 均值作为单个管接头的残余紧固力矩值。

每种管接 头取3个作为试验样本，残余紧固力矩平均值（3个 样本）试验结果如图4所示。

ofV ib ration b A co u stics, 2007, 129(4)：484-494.
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作者简介：范骏波（1984-)，男，硕士，工程师，主要从事轨道 交通车辆制动系统组装工艺等方面的研究。

收稿日期$018-08-03
责任编辑郑练。