重型汽车排气制动阀失效分析及改进

摘 要：文章通过对重型汽车制动阀失效件的解剖分析，通过理化检测等手段，从使用性能及结构分析入手，对失效模式及失效原因进行了细致的分析，并提出改进方案得以应用。

关键词：重型汽车；排气制动阀；阀体卡滞；气缸漏气

1 概述

排气制动，即通过控制汽车尾气的排放来实现汽车辅助制动。对于经常行驶于山区及湿滑路面的车辆，排气制动对防止侧滑、延长轮胎的使用寿命，节省燃料，以及保护行车制动器处于低温状态而延长其使用寿命具有重要的意义[1]。国产重型卡车采用蝶形排气制动阀结构，其安装位置及组成结构分别见图1、图2所示。

图1 安装位置

近年来，国产重卡蝶形排气制动阀失效频次极高，售后索赔额较高。通过对失效件的分析，发现主要失效方式有两种：一、制动阀卡滞或卡死，二、气缸卡塞、漏气。

2 失效模式检查及分析

2.1 制动阀卡滞或卡死失效

2.1.1 解剖分析

外观检查制动阀卡死的零件，连接板、气缸等外观完好无损伤，蝶阀片及其工作腔体内壁附着严重的锈蚀产物及少量黑色积炭。拆卸检查，气缸外观良好，活塞杆拉出、复位无卡滞，气缸、推杆连接处转动灵活，连接板外观完好，各连接处无脱开、松动等。蝶阀片在工作腔体内处于打开的最大位置，无法转动。进一步解剖检查（见图3），安装在固定端的压缩弹簧锈蚀，连接板侧腔体轴孔内轴套内壁及外端面锈蚀严重。将轴打出，卡死端轴和一轴套配合（见图4），肉眼可见表面及轴套内壁有严重的高温锈蚀。轴的转动带动阀片开启关闭，轴和轴套高温锈蚀卡死，导致阀片不能转动。

2.1.2 理化检查结果

对转轴、轴套、阀片腔体、阀片等零件进行理化检查，转轴材料为40Cr，调质热处理，基体硬度平均为311HV，轴套材料为铁基粉末冶金材料，烧结制品，孔隙率较大。阀片为灰铸铁材料，金相组织良好，基体硬度平均为266HBW5/750，阀片腔体也是灰铸铁，金相组织良好，基体硬度平均为158HBW5/750。

2.1.3 分析结果

蝶阀片、阀片腔体、转轴等零件质量基本正常，轴套孔隙率则较大。排气制动阀工作在发动机排放的高温、高水蒸气含量、高氧化性气氛含量等复杂环境中，碳钢零件或表面未经任何防腐、防高温氧化处理会被迅速氧化。高热、高湿环境下，粉末冶金材料孔隙中储存的油脂极易气化逸出，导致其作用尽失，孔隙更利于氧化性气氛浸入加速氧化，直接影响转轴与轴孔的配合间隙量。在二者综合作用下，转轴与轴套之间转动困难，最终造成制动阀零件卡死。

2.2 气缸卡塞、漏气失效

2.2.1 解剖分析

气缸外观及内部结构见图5、图6。卡塞的气缸外观无异常，活塞杆伸出端无防尘罩等结构。将气缸中部环向切开观察，可见内部各部件表面布满黄褐色粉状物及红褐色附着物见图7。经分析判断，黄褐色粉状物主要为泥浆脱水后的细小颗粒，红褐色附着物则为铁的低温氧化锈蚀产物，O型橡胶圈及气缸端盖上亦附着此类物质。塑料缸盖由于活塞杆处灰尘进入，往复运动磨损，缸盖变形导致密封不良，造成气缸漏气，图8为漏气气缸缸盖（已磨损变形）。

2.2.2 理化检验结果

活塞杆导向套、弹簧支座、气缸端盖、缸盖所采用的材料均为高性能工程塑料，缸体为ZL101铸铝合金，弹簧为65Mn弹簧钢，组织性能良好，O型圈、活塞密封圈为PVDF-聚偏氟乙烯，防尘罩材料为EPDM三元乙丙橡胶。

2.2.3 结果分析

因气缸内异物（粉尘、水珠等）进入，导致缸内各零部件或锈蚀、或互相黏着，导致活塞杆与活塞杆导向套间、或活塞密封圈与气缸内壁间难以滑动，最终引起卡塞现象。由此判断，卡塞气缸内的金属锈蚀产物及粉末状粉尘是导致其卡塞的主要原因。

外来异物（粉尘、水珠等）首先堆积在破裂防尘罩处，活塞杆进入气缸过程中，形成相对的负压环境，堆积在防尘罩破裂口处的异物被动进入气缸，吸附在活塞密封圈及活塞杆O型密封圈表面，当活塞杆工作时，这些吸附物刮擦并损伤密封圈、缸体内壁及活塞杆等，造成密封不严，导致气缸漏气。

3 解决方法

3.1 制动阀卡滞或卡死失效解决方案

排气制动阀高温高湿的工作环境，轴和轴套的锈蚀造成卡滞或卡死，导致了功能的失效，所以提高轴和轴套的耐蚀性是唯一的解决途径，故改进采用1Cr18Ni9Ti不锈钢的轴和轴套，解决了制动阀卡死的失效故障。

3.2 气缸卡塞、漏气失效解决方案

失效气缸为塑料缸盖带呼吸孔，外加橡胶防尘罩，在实际使用中，防尘罩脱落或破裂，吸入大量的尘土和水汽，造成气缸内腐蚀和活塞杆磨损，导致卡塞和漏气失效，解决方案主要是防止灰尘进入，将缸盖用铝合金材料代替原来的塑料缸盖，用外装消音器取代原来的塑料缸盖的呼吸孔，同时去掉防尘罩，解决了气缸卡塞、漏气失效故障。见图9、图10。

4 结束语

重型汽车排气制动阀阀片卡滞、卡死失效，气缸卡塞、漏气失效均为腐蚀引起的失效故障，阀体和排气管相连，处于发动机排放产生的高温高湿环境，轴和轴套选用普通钢铁材料易造成锈蚀，改用不锈钢材料解决了腐蚀卡死失效故障；气缸在防尘罩脱落或破裂的情况下，塑料缸盖呼吸孔吸入尘土、水汽，造成腐蚀卡塞及磨损变形漏气失效。改变为铝合金缸盖加装消音器结构，解决了该故障。改进后的方案已批量装车，并试验验证效果良好。

参考文献

[1]蒋雪生.辅助制动系统在客车上的使用[J].客车技术与研究，2004，

4（26）：30-32.

作者简介：徐萍（1984，03-），就职于陕西重型汽车有限公司，工程师。