改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茉谀持匦涂ㄜ?chē)上的應(yīng)用

徐秀，楊含笑，李會(huì)，張珂，趙元花

改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茉谀持匦涂ㄜ?chē)上的應(yīng)用

徐秀，楊含笑，李會(huì)，張珂，趙元花

（陜西汽車(chē)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

某國(guó)六重型卡車(chē)排氣系統(tǒng)應(yīng)用單層波紋管+伸縮管的保溫軟管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在整車(chē)可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，兩款車(chē)型多次出現(xiàn)波紋管斷裂問(wèn)題。經(jīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，知現(xiàn)用保溫?fù)闲攒浌軇偠冗^(guò)小，在整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)引起波紋管斷裂，同時(shí)撓性軟管兩端應(yīng)力集中引起端邊波紋斷裂，且波紋管波峰圓角過(guò)小（近似尖波）易造成波紋管斷裂，故開(kāi)發(fā)改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌埽措p層波紋管（大圓角）、變剛度結(jié)構(gòu)，優(yōu)化現(xiàn)用保溫?fù)闲攒浌芙Y(jié)構(gòu)，解決波紋管斷裂問(wèn)題。

保溫?fù)闲攒浌埽蛔儎偠龋浑p層波紋管

前言

國(guó)六車(chē)輛對(duì)排氣系統(tǒng)管路熱量損失要求嚴(yán)格，故排氣管路包含撓性軟管必須有保溫功能。保溫?fù)闲攒浌茉诮Y(jié)構(gòu)上較普通撓性軟管不同，這種軟管是否經(jīng)得起整車(chē)可靠性試驗(yàn)，如其結(jié)構(gòu)不合理又該如何優(yōu)化改進(jìn)來(lái)保證國(guó)六排氣系統(tǒng)正常工作？本文從保溫?fù)闲攒浌艿礁倪M(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茏隽私Y(jié)構(gòu)及性能分析，及通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌芫哂锌煽康臋C(jī)械性能及保溫功能。

1 保溫?fù)闲攒浌茏饔?/h2>

（1）在渦輪增壓器和后處理器之間實(shí)現(xiàn)柔性連接；

（2）裝配在第一節(jié)排氣管與第二節(jié)排氣管之間，起隔振作用，衰減發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)引起的排氣管抖動(dòng)；

（3）撓性軟管的伸縮結(jié)構(gòu)可以在排氣管安裝、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中起尺寸補(bǔ)償作用；

（4）保溫結(jié)構(gòu)在國(guó)六車(chē)型中減少尾氣在管路中的熱量損失。

撓性軟管裝配位置如圖1所示。

1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-保溫?fù)闲攒浌埽?3-排氣管；4-車(chē)架；5-后處理器

2 保溫?fù)闲攒浌芸煽啃栽囼?yàn)及斷裂分析

（1）試驗(yàn)場(chǎng)地路況

某試驗(yàn)場(chǎng)地一圈里程3000m，具體路況分布，如表1。

表1 試驗(yàn)場(chǎng)地路況表

（2）保溫?fù)闲攒浌軘嗔呀y(tǒng)計(jì)，如表2。

表2 保溫?fù)闲攒浌軘嗔呀y(tǒng)計(jì)表

（3）斷裂原因分析

1）裝配工藝分析：車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)下排氣管路走向平順，撓性軟管無(wú)扭曲、擠壓、拉伸變形；

2）質(zhì)量分析：經(jīng)理化分析，斷裂的波紋管材料合格，為SUS321（新牌號(hào)06Cr18Ni11Ti，老牌號(hào)：0Cr18Ni9Ti）；

3）設(shè)計(jì)分析：經(jīng)與同行業(yè)其他車(chē)型應(yīng)用工況，排氣管路走向，撓性軟管位置對(duì)標(biāo)分析：排氣系統(tǒng)管路走向合理，撓性軟管位置合適，斷裂的原因?yàn)閾闲攒浌茏陨斫Y(jié)構(gòu)缺陷，具體為：撓性軟管剛度較小，在整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中隨著整車(chē)的振動(dòng)而造成運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)，從而引起波紋管斷裂；波紋管波峰圓角過(guò)小（近似尖波），工作中因往復(fù)擠拉造成疲勞斷裂；且因波紋管兩端所受應(yīng)力集中，容易在波紋管兩端引起斷裂。

3 開(kāi)發(fā)改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌?/h2>

3.1 方案分析

結(jié)構(gòu)：雙層波紋管+網(wǎng)套+伸縮管

（1）因國(guó)六車(chē)型要求排氣管必須有對(duì)尾氣的保溫措施，故利用波紋管與伸縮節(jié)間的空氣隔熱達(dá)到對(duì)管內(nèi)氣體的保溫效果（保溫杯原理）；

（2）因單層波紋管剛度低，故改進(jìn)型結(jié)構(gòu)采用雙層波紋管增大軟管總成剛度；

（3）因波紋管在實(shí)際應(yīng)用中兩端持續(xù)受力，易引起斷裂，故增大端邊波紋管剛度[1]（詳見(jiàn)3.2）。

材料：波紋管：SUS321；伸縮管：SUS321；其他：SUS304。

3.2 端邊波紋管剛度

增大端邊波紋管剛度可解決波紋管端邊斷裂，其原理如下：

單波軸向剛度計(jì)算公式如下：

E1b：設(shè)計(jì)溫度下波紋管材料的彈性模量，單位MPa；

Dm：波紋管平均直徑，單位：mm；

δp：波紋管成形后一層材料的名義厚度，單位：mm；

m：厚度為δp波紋管材料層數(shù)；

h：波高的數(shù)值，單位：mm；

Cf：波紋管計(jì)算修正系數(shù)。

（1）由公式（1）得，在內(nèi)徑，波距，波數(shù)，壁厚不變的條件下，波高越小，其剛度越大；

（2）由F=Kd△x知，當(dāng)外力F相同時(shí)，剛度Kd值越大，則位移量越小，即越不容易出現(xiàn)斷裂。因此，端邊低波的設(shè)計(jì)（h值小），可以增大其剛度，從而降低斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 改進(jìn)型結(jié)構(gòu)

（1）改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌芸偝刹捎秒p層波紋管，端邊高低波型，且增大波峰圓角的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

（2）波紋管結(jié)構(gòu)，如圖2，圖3所示。

圖2 雙層波紋管結(jié)構(gòu)

圖3 單層波紋管結(jié)構(gòu)

雙層波紋管壁厚：2×0.25mm（原單層波紋管壁厚1*0.3 mm）；兩端波高值小，可增大端邊波紋管剛度，降低斷裂風(fēng)險(xiǎn)；波峰圓角增大，波紋管在軸向不規(guī)律擠拉作用下的疲勞斷裂概率降低。

4 改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌蹹VP試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)初始條件

工作頻率：10Hz；剪切方向振幅：±10mm；

疲勞試驗(yàn)周期：1000萬(wàn)次。

4.1 撓性軟管剛度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖4

測(cè)試溫度：25℃

試驗(yàn)速度：10mm/Min

測(cè)試結(jié)果：8.5N/mm

圖4 剛度測(cè)試

4.3 臺(tái)架疲勞試驗(yàn)

模擬氣流溫度：600±20℃；工作頻率：10Hz；振幅：10mm，疲勞次數(shù)：＞1000萬(wàn)次

4.4 氣密試驗(yàn)

試驗(yàn)壓力：0.5MPa

保壓時(shí)間：3Min

測(cè)試結(jié)果：在0.5MPa壓力下，保壓5Min內(nèi)，撓性軟管無(wú)泄漏。

改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茌^原保溫?fù)闲攒浌軇偠葴y(cè)試數(shù)據(jù)增大明顯，效果顯著。

5 改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌軕?yīng)用結(jié)論

改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茉谡?chē)上裝配后在封閉試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，驗(yàn)證里程12000km，波紋管無(wú)斷裂，正常工作。

保溫?fù)闲攒浌芨倪M(jìn)后經(jīng)臺(tái)架疲勞試驗(yàn)和實(shí)車(chē)可靠性驗(yàn)證，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，均未出現(xiàn)斷裂，符合實(shí)際使用工況，故改進(jìn)型保溫?fù)闲攒浌茉诖丝钪匦涂ㄜ?chē)上的應(yīng)用滿足整車(chē)需求，解決了排氣系統(tǒng)撓性軟管頻繁斷裂的問(wèn)題，為同行業(yè)研發(fā)工作者提供可參考文獻(xiàn)。

[1] GB/T 12777-2019,金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

Application of improved thermal insulation flexible hose in a heavy truck

Xu Xiu, Yang Hanxiao, Li Hui, Zhang Ke, Zhao Yuanhua

( Shaanxi Automobile Group Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

A kind of single-layer corrugated pipe and telescopic pipe insulation hose structure is used for the exhaust system of a six-duty heavy truck.During the reliability test of the vehicle for this structure,both models suffered from multiple bellow fractures.After analyzing its structure.Insulation flexible hose currently in use is too stiff,movement instability will occur during the operation of the vehicle,causing the bellows to break.At the same time,the stress concentration at both ends of the flexible hose causes the ripple to break,also if the wave fillet of the bellows is too small,the bellows may break.Therfore,it was decided to develop improved thermal insulation flexible hoses,as double-layer bellows,variable stiffness structure,Optimize the structure of the current insulation flexible hose to solve the fracture problem of bellows.

Insulation flexible hose;Variable stiffness; Double-layer bellows

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.032

U464.134+.4

A

1671-7988(2021)02-99-03

U464.134+.4

A

1671-7988(2021)02-99-03

徐秀（1989-），女，中級(jí)工程師，就職于陜西汽車(chē)集團(tuán)有限責(zé)任公司，從事汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。