汽车底盘管路的布局应用及试验验证
在底盘管路的设计中,油管的走向和布置对于车辆的性能(甚至整车功能)有着很大的影响,油管布置最多、最重要就是燃油系统和制动系统,这两大系统直接关乎着车辆运行安全,对油管的要求也是最高的。
另外,油管在布置时,外观质量也是一项重要指标。客户在选购车辆时, 通常情况下会查看机舱,这也要求设计者在管路布置中要兼顾到美观效果:从管路的整体性、管路和线束的整齐度, 颜色和皮纹的协调性,零部件和周边钣金的集成性等内容 对管路进行优化和改善,以提升市场竞争力。
对于整车来说,汽车管路使用最多的是汽车底盘系统,底盘系统管路通常包括:燃油系统软管、制动系统、冷却系统软管、转向系统等。
汽车油管按照工艺可以分为:成型管和非成型管
非成型管:如:离合操纵油管软管段、制动软管、总泵进油管等各种胶管,当其长度一定,安装后呈现非固有形状,同时受材料、工艺、空间及温度等因素影响,在数模布置时很 难模拟出真实的形状,因此也容易出现实物装配干涉、磨损等不良情况。此种管子的优点是工艺简单、加工方便等。
成型管:如成型胶管、塑料管、尼龙管、硬管等,成型 管是通过模具成型,具有布置方便,易于装配等特点, 但工艺和模具复杂,成本偏高。
管路布置中应注意的几个问题
压力
这是最重要的,确定燃油管路的工作压力,一般管路中 各管件的爆破压力应该大于8倍的系统工作压力。根据压力值选用合适的材料,常用的三种材料的机械强度一般可参考下图示:
管路走向
一般来说,燃油在输送的过程中压力损失越小越好, 所以就要求管路的走向尽量平缓;当然,设计过程中避免不了出现拐点,为了减小压力 降,可以加大拐点的圆角;
间 隙
温 度
布置中一个比较重要的方面就是管路所在部位的温度,根据 温度变化范围选用合适材料的管路。如一般橡胶管工作温度可达到135℃以上,而尼龙管在外界温 度达到120℃就有可能出现软化变形。金属管的工作温度最高, 范围也最宽。
驾驶室外、底盘的温度范围:-40~60℃ 发动机机舱内的温度范围:-40~130℃
项目开发初期时,主机厂大多采用的方法是根据经验或者标杆车管路走向进行逆向设计,然后根据实车制造进行微调整,这样往往会对项目节点和费用造成比较大的影响,探索性的提出对关键零部件和管路的CAE虚拟分析,找出最佳的布置方案,得到整车设计状态下的数据,可以有效的提升布置可靠性,降低开发费用。
CAE虚拟分析,跟材料的特性, 管路内、外环境温度、重力、极限加速器,管路约束、系统 固定限位及内部工作压力对工作压力对管路外形等因素有很 大关系,针对不同类型的管路,采用不同的运算分析方法。
· 承压膨胀变形、有线元、静压力场、速度流线
· 常用的分析软件:
· CFD、ABAQUS、Adams
燃油系统
将燃油箱中的燃油送入到喷油嘴,并将多余的燃油送回油箱。
另外在蒸发排放控制系统也用于燃油蒸气的输送,作为能量的 运输线,是汽车动力的源泉,关系着车辆的运行安全。
燃油管路的开发周期根据管子的材料(橡胶管、金属 管和尼龙管)和形状不同而不同,为合理的分配开发时间, 一般来说,可以参考以下的所列时间:
橡胶管:15天
尼龙管:20天
金属管:30天
燃油管要求
燃油管材料应具有较好的耐油性和抗老化性;能在-40 ℃~120℃ 范围内安全可靠地工作;供油管路的耐压性应满足发动机所需油压。
根据管材不同,燃油管路有金属管(硬管) 、PA管(尼 龙)和橡胶管(软管)之分。根据其材料性能差异,选择 依据如下:
a、对空间较小,零件较多,要求燃油管路走向比较精确 时,多采用金属管;
b、因减振和连接的需要,金属管和发动机进回油口、燃油滤清 器、碳罐之间用PA 管或橡胶管连接,管路遵循软硬管交替顺序;
c、 PA 管通常采取快速插接方式,可直接与硬管快速插接;当硬管为喇叭口型式时,常用橡胶软管相连;
d、根据管材及附件的性能,管路长短,弯曲型式等选择合适的管路组合方式布置。
e、燃油管路规格的选取,保证足够的流量,通常情况下:对于 发动机最大功率大于60KW的,其管内径须不小于8mm,最大功率 小于60KW的,其管内径须不小于6mm。
f、管路接口尺寸,多采用快插接头、卡箍、环箍的链接方式
目前市场上燃油系统多采用尼龙管,尼龙管(PA11、)具有 抗腐蚀性、耐油性、耐老化、耐温范围广、表面光洁以及易 于装配等优点,重量比橡胶管、金属管轻、成本低,同时尼 龙管本身柔软易安装,方便在整车上布置,尼龙管在汽车燃 油管路上的应用能有效地降低整车重量和成本,普遍采用。
抗氧和锌盐的腐蚀:耐50%氯化锌溶液超过200h。
耐震动、耐磨、耐疲劳、摩擦系数低、属于自润滑材料, 优异的性能,使其在汽车上的应用非常普遍,国外发达国家约占30%以上,大约每辆汽车PA用量为3.6~4.0kg。
燃油管路的布置
管路在布置时需要设置保护套,尽量远离排气歧管等热源, 通常高温一般不超60℃,工作压力一般在3~5mpa,由于管路 大部分布置于车身和前舱下面,零件的表面需要具备一定的 防磕碰和防腐能力,并易于装配、拆卸。
燃油管路与周边零部件间等都应该满足相关要求:
(1)除固定点区域外,管路和周围零件最小静态间隙≥ 15mm, (﹤15mm时加保护套或固定管夹)
(2)燃油管路及其连接附件与排气系统等高温的外露零部件通常分 别布置在整车两侧,如果受限需要在同侧, 建议其间隙应不小 于200mm,如果受结构限制不能确保上述间隔的部位, 应设置 隔热板进行隔热,设置有效的隔热板后,与隔热板的间隔也应 保证不小于35mm.
冷却管路
空调管路连接起压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀四大空调系统部件, 形成了封闭的系统,制冷剂在这一密封系统中循环流动,为保证制冷剂 顺畅,高效的完成热量传递,管路的走向需要合理,便于装配,拆卸, 同时工艺性应良好,成本低廉。
空调管路通常是由铝管、胶管及管接头组合而成,三者连为 一体用来连接空调系统各部件,铝管和胶管通过扣管工艺连 接在一起,不同型号管路以及不同厂家卡管尺寸稍有差异, 发动机的震动也会对管路产生破坏作用,连接压缩机吸排气 口的管路使用胶管可以吸收震动,提高系统密封、延长管路寿命。
采用双层热收缩管保护的方法。这种双层热收缩管分内外两 层。外层为低密度高压聚己烯(PE)和乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA) 的混合物;内层是很薄胶粘性很强的密封树脂。当这种双层热 缩管以稍大于金属管直径状态下套入液管表面定位后,再加热 ≥115℃,双层热收缩管便会收缩到预定尺寸,通过内层的热熔性密封树脂,把热收缩管和制动液管紧密的粘接在一起,中间没有任何间隙。
管路在加工的时候是受模具,机器限制的,在做管路布置数据 的时候大致需要注意以下几点:
1)铝管的弯曲半径均为R15/20,其一般为管路外径的1.5倍。
2)管路中心线最短的直线长度要求大于20mm,该长度主要是如下因素的限制:
A 弯管模具的厚度限制。如果长度太短,在弯管的时候管路 可能会碰到弯管机从而导致管路有损伤变形;
B 沿铝管中心线方向切点到扣管的最小距离应大于16mm,在 扣管方向上不应有其它部件影响扣管工艺。
转向系统管路依照材料不同,可以分为橡胶软管和金属硬管, 从工作压力方面又有高压油管和低压油管的区分,高压油管 是从转向助力泵出来的管子接到转向机上,然后低压回油管 是经过前面的冷却器,或者是转向油储液罐进入到助力泵的一个流向。
转向管得基本性能要求
1.金属管表面中性盐雾试验,不低于150小时,其表面无 红锈生成。金属管接头中性盐雾试验,不低于96小时,其 表面无红锈生成。
2.金属管经耐压试验(液压19.6Mpa,保持3分钟条件), 接头连接处及管臂不得有渗漏现象发生;
3.管接头物理性能:M10及M12的最小破坏扭矩为25N.m
4.总成清洁度要求:钢管应检查内表面清洁度,残留物不 应超过0.194 g/㎡,最大颗粒不大于10mg。
6.扩口试验 钢管应进行扩口试验。试样长度为50mm~100mm,顶心 锥度为6°,扩口率为20% 。试验后无裂缝、裂口或焊缝 开裂。
7.弯曲试验 其弯芯直径为外径的3倍,弯曲角度为180° ,焊缝应位于弯 曲方向的外侧。试验后钢管无皱折、开裂或其他裂缝。
软管总成的包装应保证在正常运输情况下防潮、防挤压和互相 碰损。同一箱内只允许装入同一型号、规格的软管总成,每箱总 质量不得超过50 kg。
软管总成在运输与贮存中应避免阳光照射,雨雪浸淋和机械损 伤。禁止与酸、碱及有机溶剂等腐蚀橡胶的物质接触,且距发 热装置1m以外。
软管总成应贮存在环境温度(-15℃~40)℃,空气相对湿度 为50%~80%的通风千燥的室内。在软管有效期内,软管总成自出厂之日起的一年内,除臭氧试 验和盐雾试验外,其余性能应符合本标准的规定。