Ciężarówka pneumatyką stoi… Rzecz o złączach do przewodów pneumatycznych

Schematyczne przedstawienie podstawowych komponentów tworzących instalację pneumatyczną w samochodzie ciężarowym (fot. VOSS)

Niezawodna praca układu pneumatycznego odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu pojazdu użytkowego. Sprężonym powietrzem zasilamy tak wiele ważnych funkcjonalnie i istotnych dla bezpieczeństwa układów.

Układy funkcjonalne pojazdów użytkowych, w których nośnikiem energii jest sprężone powietrze dostarczane przez instalację pneumatyczną pojazdu, tworzą długą listę. Kluczowe z nich to oczywiście układ hamulcowy, zawieszenie pneumatyczne, elektropneumatyczne wspomaganie pracy sprzęgła czy systemy zmiany biegów w skrzyni przekładniowej. Nie możemy również pominąć tak istotnych elementów, jak elektropneumatyczne sterowanie przystawkami mocy, blokada hamulca postojowego, pneumatyczne zawieszenie kabiny, systemy podnoszenia osi. W niektórych typach pojazdów, np. w cysternach i silosach, bez sprężonego powietrza prawidłowe działanie tych zabudów nie byłoby możliwe.

Fot. VOSS

Wysokie wymagania
Instalacje pneumatyczne w pojazdach użytkowych muszą funkcjonować niezawodnie – są zatem projektowane do pracy w ekstremalnych warunkach, ze szczególnym uwzględnieniem klimatu, temperatury, szoku termicznego, korozji, wibracji i szoku mechanicznego. Spełnione muszą być również wymagania pozwalające na zapewnienie optymalnej jakości powietrza – dotyczy to takich podstawowych komponentów jak filtry, regulatory, zawory, złącza, siłowniki i pozostała armatura. Formułując zatem minimalne i konieczne do spełnienia wymagania wobec układów pneumatycznych stosowanych w pojazdach użytkowych, wymienić by można maksymalną szczelność, minimalną przestrzeń montażową i zoptymalizowaną obsługę.

Rysunek 1 przedstawia schemat elektronicznie sterowanego pneumatycznego układu hamulcowego Haldex EB+ 4.0 (2M TEM+) montowanego w naczepach. Już pierwszy rzut oka pozwala ocenić złożoność instalacji i wpływ poszczególnych jej elementów na bezpieczeństwo, skuteczność hamowania i wydajne oraz prawidłowe działanie innych układów wykorzystujących sprężone powietrze.

Schemat instalacji pneumatycznej układu hamulcowego naczepy Haldex EB+ 4.0 (2M TEM+) (fot. Haldex)

Złącza – klucz do niezawodności
Poszczególne elementy wykorzystywane w układzie pneumatycznym pojazdu – ciężarówki czy naczepy lub przyczepy – tworzą kompletne rozwiązanie systemowe. Aby dostarczyć do odbiorników sprężone powietrze w niezawodny sposób i bez strat, wszystkie elementy instalacji, takie jak sprężarki, zawory sterujące, rozdzielacze, siłowniki hamulcowe czy miechy pneumatyczne powinny być dokładnie dopasowane i szczelne.

Za niezawodne przesyłanie sprężonego powietrza w obrębie instalacji odpowiadają złącza i przewody. Klasyczne przemysłowe złącza pneumatyczne mają różne sposoby połączenia: wtykowe, zaciskowe, skręcane, coraz większego znaczenia nabierają również szybkozłącza. Te ostatnie umożliwiają połączenie przewodów pneumatycznych w ciągu kilku sekund.

Złącza do przewodów pneumatycznych są praktycznie niewidocznym elementem w tych pojazdach, ale mają kluczowe znaczenie dla niezawodnego działania całej instalacji sprężonego powietrza. Typowa ciężarówka wymaga od 60 do 100 złączy przewodów pneumatycznych, a te elementy mogą mieć znaczący wpływ np. na działanie układu hamulcowego, a także koszt i wydajność montażu na linii produkcyjnej pojazdu.

Bezwzględnie złącza sprężonego powietrza stosowane w pojazdach użytkowych powinny być produktami najwyższej jakości, spełniającymi wszystkie obowiązujące międzynarodowe normy dotyczące pneumatycznych układów hamulcowych. Najważniejszym dokumentem jest tu oczywiście Regulamin nr 13 EKG ONZ – Jednolite przepisy dotyczące homologacji pojazdów kategorii M, N i O w zakresie hamowania.

Konstrukcja złącz powinna gwarantować minimalną utratę ciśnienia w układzie, maksymalny przepływ powietrza przez układ sprężonego powietrza oraz bezpieczne i trwały montaż przewodów i elementów konstrukcyjnych. Dobrze zaprojektowana i sprawnie działająca instalacja pneumatyczna w pojeździe to nie tylko wysoki poziom bezpieczeństwa, ale również poprawa ekonomiki paliwowej przez fakt, że dodatkowe uzupełnianie zapasu sprężonego powietrza przez sprężarkę napędzaną przez silnik spalinowy pojazdu (lub elektrycznie) nie jest konieczne.

Zgodnie z oczekiwaniami klientów
Producenci, projektując i wykonując instalacje pneumatyczne swoich pojazdów, wyszukują i wybierają złącza pneumatyczne o wymaganych wymiarach i konfiguracjach. Współpracując z konkretnym dostawcą tego typu komponentów, bazują na jego portfolio produktowym – w większości przypadków tworzącym coś w rodzaju modułowego systemu bloków konstrukcyjnych. Rozwiązania blokowe są projektowane z myślą o minimalnym zapotrzebowaniu na miejsce i czas montażu, nowoczesne materiały (np. kompozyty) i technologie wykonania otwierają nowe możliwości projektowania i używania formowanych portów do bezpośredniego wciskania przewodów pneumatycznych.

Złącza proste, trójdrożne, czterodrożne, złącza kolankowe, złącza grodziowe proste, kolankowe i trójdrożne, złącza kontrolne proste i trójdrożne, zawory bezpieczeństwa, zawory spustowe, korki, bloki kontrolne i rozdzielcze – to tylko kilka przykładów z bogatej oferty produktowej firmy MB Pneumatyka. Złącza pneumatyczne oferowane przez tego producenta pozwalają połączyć nawet najbardziej skomplikowane systemy w spójną, funkcjonalną całość (fot. MB Pneumatyka)

Pożądane jest, aby asortyment produktów miał unikatowe cechy i dawał wiele korzyści, np. w postaci indywidualizowanych rozwiązań technicznych dostosowanych do konkretnych wymagań i produktów końcowych przy jednoczesnym zmniejszeniu liczby pojedynczych numerów części.

W pełni zautomatyzowana produkcja, nowoczesne maszyny, takie jak obrabiarki CNC, kontrolowana jakość na każdym etapie procesu zapewniają klientom ekonomiczne rozwiązania oraz spełnienie najwyższych wymagań dotyczących bezpieczeństwa.

Obecnie w instalacjach pneumatycznych pojazdów użytkowych stosuje się 3 główne typy złączy. Są to mosiężne złącza zaciskowe, mosiężne złącza wciskane (tzw. push-to-connect) oraz kompozytowe złącza wciskane.

Od dziesięcioleci podstawowe w branży mosiężne złącza zaciskowe cieszą się zaufaniem ze względu na ich niezawodne, wszechstronne zastosowanie i stosunkowo niską cenę. Złącza mosiężne mogą być wytwarzane w różnych kształtach na obrabiarkach ze względnie dużą szybkością, jednak właściwości fizyczne mosiądzu mogą zwiększyć złożoność produkcji. Ich instalacja jest zwykle bardziej pracochłonna niż innych rodzajów złącz. Po zainstalowaniu są jednak uważane za doskonałe pod względem jakości tworzonych połączeń i zapewniania doskonałej wydajności uszczelniania. Mosiężne złącza zaciskowe wytrzymują wysoką temperaturę. W związku z tym są często wybierane do instalacji w pobliżu sprężarek powietrza i przedziałów silnikowych. Dość dobrze można je również dostosowywać do specyficznych wymagań.

Mosiądz to stop, w którego skład wchodzi ok. 60% miedzi, 38% cynku i 2% ołowiu. Jest łatwy w obróbce, ma również doskonałe właściwości platerowania, łączenia, polerowania i wykańczania. Złącza mosiężne charakteryzują się wytrzymałością i odpornością zarówno na wysokie, jak i dość niskie temperatury, dobrą przewodnością, doskonałą odpornością na korozję i niską przepuszczalnością magnetyczną. Szybkozłącza SIRIT mogą być stosowane w przedziale temperatur +100°C/ –40°C. Ich szczelność w takich warunkach jest gwarantowana dzięki specjalnym mieszankom używanym w uszczelkach O-Ring (fot. Sirit Poland)

Mosiężne złącza wciskane (push-to-connect) zaczęto stosować szeroko dopiero w latach 90. Mają właściwości eksploatacyjne zbliżone do złączy zaciskowych, a jednocześnie pozwalają na stosunkowo niezawodny montaż bez dodatkowych narzędzi innych niż przecinak. Największą zaletą mosiężnych złączy wciskanych jest uproszczenie instalacji oraz skrócenie czasu montażu – nawet o 90% w porównaniu z mosiężnymi złączami zaciskanymi. Może to dać w efekcie zauważalne obniżenie kosztów dla producenta pojazdu czy serwisu wykonującego naprawę. Ponadto mosiężne złącza wciskane mogą być kodowane kolorami. Pomaga to określić, gdzie mają zostać zainstalowane, oszczędza czas i redukuje błędy montażowe. Złącza mosiężne wciskane mają podobne możliwości indywidualnego dostosowywania jak złącza zaciskowe, jednak prostota konstrukcji, niezawodność połączeń i możliwość kodowania kolorami sprawiają, że są one zazwyczaj wyborem tworzącym wartość dodaną w produkcie finalnym, jakim jest instalacja pneumatyczna pojazdu użytkowego.

Złącza zaciskowe wykonywane są głównie z mosiądzu i składają się typowo z trzech elementów: nakrętki, tulei i złącza. Podczas montażu złącza nakrętkę nasuwa się na przewód pneumatyczny, a tuleja jest umieszczana w pobliżu końca przewodu, który następnie wkłada się do korpusu złącza i dokręca nakrętkę. Korpus ma wewnętrzny kielich, który zatrzymuje tuleję. Tuleja jest ściskana w miarę dokręcania nakrętki, co zapobiega wyciągnięciu przewodu ze złącza (fot. Sirit Poland)
Fot. Sirit Poland

Wyprodukowane z polimerowym korpusem i mosiężnymi gwintami śrubowymi kompozytowe złącza wciskane mają wszystkie cechy złączy mosiężnych. Dzięki wykorzystaniu materiałów polimerowych są lżejsze i tańsze. W samochodzie ciężarowym, w którym może być zainstalowanych nawet do 100 złączy pneumatycznych, stosując złącza kompozytowe zamiast mosiężnych, można uzyskać zmniejszenie masy tych komponentów nawet o ponad 43%. Łatwiej również modyfikować budowę tych złączy, ponieważ powstają one przy użyciu procesów formowania wtryskowego, co pozwala na swobodę w tworzeniu niepowtarzalnie ukształtowanych korpusów do konkretnych zastosowań.

Chociaż złącza kompozytowe zyskują na popularności, to wielu producentów pojazdów nadal używa złączek mosiężnych. Złącza mosiężne mają wytrzymałość, odporność na korozję i obrabialność pozwalającą na uzyskanie różnych kształtów i rozmiarów, zapewniające opłacalne rozwiązania. To właśnie czyni je idealnym materiałem do wielu zastosowań w samochodach ciężarowych, naczepach i przyczepach.

Gdy maksymalne temperatury pracy poszczególnych elementów instalacji pneumatycznej pojazdu, a zwłaszcza przewodów pneumatycznych i uszczelek, są zbliżone lub wyższe niż dopuszczalne, wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia problemów, takich jak przecieki i przedwczesne twardnienie uszczelek elastomerowych. Niektórzy producenci stosują mosiężne złącza zaciskowe w obszarach o podwyższonej temperaturze, inni modyfikują uszczelnienia stosowane w złączach wciskanych, np. zwiększając grubość uszczelek elastomerowych, stosowane są również złącza wciskane z wyższą specyfikacją temperatury maksymalnej (na zdjęciu) (fot. Parker)

Zaciskowe czy wciskane?
Chociaż złącza zaciskowe zwykle kosztują mniej niż złącza wciskane (push-to-connect), nie są tak szybkie i łatwe w montażu. Szybka instalacja, zmniejszone czynności obsługowe i mniejsze ryzyko wycieku mogą zrekompensować wyższą cenę złączy push-to-connect. Nakrętka złącza zaciskowego musi być dokręcona z określonym momentem obrotowym, aby zapewnić prawidłowe uszczelnienie, podczas gdy złącza wciskane nie mają nakrętki zaciskowej. Zamiast tego uszczelnienie bez przecieków uzyskuje się poprzez łatwe wsunięcie złącza na rurkę lub wąż. Złącza zaciskowe często wymagają ponownego dokręcania, aby utrzymać szczelność. Może to spowodować zagniatanie lub zniekształcenie przewodu, co zwiększa prawdopodobieństwo przyszłych wycieków. Złącza typu push-to-connect rzadko wymagają regulacji po instalacji.

Mosiężne lub kompozytowe złącza wciskane zostały zaprojektowane w celu skrócenia czasu instalacji na liniach montażowych. Przewód pneumatyczny po prostu wciska się w złączkę, aż zostanie osadzony. Chociaż złącza te są łatwe w montażu, jakość uszczelnienia zależy od czystego, prostego przycięcia końcówki przewodu. Jeśli na jego końcu znajdą się zadziory lub cięcie będzie pod kątem, przewód nie zostanie odpowiednio osadzony lub złącze będzie nieszczelne. Kompozytowe złącza wciskane (na zdjęciu) pozwalają na zmniejszenie masy, z kolei złącza mosiężne mają większą trwałość i wytrzymałość (fot. Parker)

Ewolucja trwa
Producenci pojazdów użytkowych chcą za wszelką cenę uniknąć problemów z wydajnością układów pneumatycznych, ponieważ mogą one prowadzić do wypadków, reklamacji, dochodzeń, roszczeń gwarancyjnych i wycofania produktów – ze znacznymi konsekwencjami finansowymi i reperkusjami publicznymi. Konsekwencją tego jest bardzo staranny dobór złączy pozwalających na zoptymalizowanie działania instalacji, a zwłaszcza układu hamulcowego przy jednoczesnym ograniczaniu kosztów komponentów i nakładów pracy wymaganych podczas montażu.

Z biegiem lat złącza pneumatyczne stały się bezpieczniejsze, łatwiejsze w montażu, lżejsze, bardziej wszechstronne i wydajne. Czołowi producenci tych komponentów dbają o to, by oferowane przez nich złącza były zaprojektowane i zoptymalizowane tak, aby spełniać indywidualne specyfikacje i wymagania poszczególnych producentów pojazdów użytkowych, a jednocześnie w przyszłości w pełni przygotowane do sprostania bardziej surowym przepisom ustawowym, wykonawczym i zmieniającym się specyfikacjom produktowym.

Autor: Dariusz Piernikarski