某重型牽引車排氣減振管斷裂分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

張輝，李志剛，董學(xué)朝，李靜，錢時(shí)俊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230100）

某重型牽引車排氣減振管斷裂分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

張輝，李志剛，董學(xué)朝，李靜，錢時(shí)俊

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230100）

文章針對(duì)某重型牽引車排氣減振管斷裂的問(wèn)題，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查及實(shí)際工況路譜采集進(jìn)行問(wèn)題分析，提出了改進(jìn)方案，改變減振管結(jié)構(gòu)，改進(jìn)減振管伸縮管部分長(zhǎng)度及增強(qiáng)支架強(qiáng)度，通過(guò)市場(chǎng)跟蹤結(jié)果看，改進(jìn)效果較明顯，為以后排氣系統(tǒng)減振管的設(shè)計(jì)提供了參考。

牽引車；減振管；路譜采集

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-237-03

1、概述

排氣減振管是排氣系統(tǒng)重要零部件之一，根據(jù)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在增壓器出口至底盤排氣管之間，需設(shè)計(jì)匹配減振管，其主要作用體現(xiàn)在：補(bǔ)償各排氣元件之間的安裝誤差；傳遞增壓器出口排出的廢氣，避免氣流形成湍流和流量損失；減緩振動(dòng)，抵抗各種應(yīng)力，包括軸心承載、徑向承載和周向剪切承載，另外減振管還可以起到降低噪音的作用。本論文主要討論減振管的減緩振動(dòng)的問(wèn)題。

目前，排氣減振管主流有兩種類型，一種是金屬伸縮管，另一種為金屬波紋管。排氣減振管設(shè)計(jì)的好壞，不僅涉及到減振管本身，還涉及到整車排氣系統(tǒng)的振動(dòng)，總之，排氣減振管的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程。

2、存在問(wèn)題

根據(jù)市場(chǎng)反饋，2015年某重型牽引車市場(chǎng)共出現(xiàn)排氣減振管斷裂184起，PPM值高達(dá)26353，屬于較嚴(yán)重的市場(chǎng)故障。

圖1 排氣減振管故障圖

減振管斷裂的主要故障形式為減振管伸縮部分端部與排氣管連接部位發(fā)生斷裂，導(dǎo)致整車有異響，并有大量黑煙冒出。

3、原因調(diào)查與分析

排氣減振管減振效果影響因素較多，既與減振管本身柔性有關(guān)，又與排氣管路的布置有很大的關(guān)系，為了查明問(wèn)題出現(xiàn)的原因，我們對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)車輛運(yùn)行時(shí)減振管的振動(dòng)進(jìn)行路譜采集。

通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)斷裂的減振管柔性較差，有些減振管已變硬，無(wú)法進(jìn)行伸縮，用手已經(jīng)很難將其拉動(dòng)，其主要原因?yàn)闇p振管伸縮節(jié)之間長(zhǎng)時(shí)間積碳后，伸縮節(jié)之間存在摩擦，在高溫下出現(xiàn)晶體析出，晶體析出達(dá)到一定量之后堵塞伸縮節(jié)之間的縫隙，最終導(dǎo)致減振管失去伸縮能力，柔性降低，所以減振管柔性是故障產(chǎn)生的主要原因之一。

圖2 變硬的軟管

圖3 減振管晶體析出曲線圖

為了得出減振管兩端在實(shí)際路況行駛時(shí)振動(dòng)情況，我們對(duì)與故障車相同型號(hào)的車型進(jìn)行減振管路譜測(cè)試。

測(cè)試條件：數(shù)據(jù)采集頻率500HZ，減振管前短和后端軸向、側(cè)向、豎向三個(gè)方向分別安裝位移傳感器，共6個(gè)位移傳感器。

為了在路譜測(cè)試時(shí)能更加直觀地看到車輛運(yùn)行時(shí)減振管振動(dòng)情況，我們?cè)跍y(cè)試儀器附近安裝了2個(gè)攝像頭，進(jìn)行實(shí)話監(jiān)控。

圖4 測(cè)試設(shè)備安裝

因當(dāng)?shù)毓r較復(fù)雜，既有國(guó)道也有山路，既有水泥路也有柏油路，針對(duì)測(cè)試工況點(diǎn)，我們選擇以下三種進(jìn)行測(cè)試：①水泥上坡路啟動(dòng)與剎車測(cè)試；②柏油上坡路啟動(dòng)與剎車測(cè)試；③柏油平路測(cè)試。

水泥上坡路測(cè)試，軸向、側(cè)向及豎向位移及相對(duì)位移測(cè)試結(jié)果如下：

圖5 水泥上坡路位移量

圖6 水泥上坡路相對(duì)位移量

根據(jù)測(cè)試，軸向最小相對(duì)位移7.8mm,最大相對(duì)位移16.9mm，側(cè)向最小相對(duì)位移3.0mm，最大相對(duì)位移4.4mm，豎向最小相對(duì)位移2.4mm，最大相對(duì)位移24.2mm。

柏油上坡路測(cè)試，軸向、側(cè)向及豎向位移及相對(duì)位移測(cè)試結(jié)果如下：

圖7 柏油上坡路位移量

圖8 柏油上坡路相對(duì)位移量

根據(jù)測(cè)試，軸向最小相對(duì)位移1.2mm,最大相對(duì)位移18.2mm，側(cè)向最小相對(duì)位移0.4mm，最大相對(duì)位移11.0mm，豎向最小相對(duì)位移1.8mm，最大相對(duì)位移29.0mm。

柏油平路測(cè)試，軸向、側(cè)向及豎向位移及相對(duì)位移測(cè)試結(jié)果如下：

圖9 柏油平路位移量

圖10 柏油平路相對(duì)位移量

根據(jù)測(cè)試，軸向最小相對(duì)位移5.3mm，最大相對(duì)位移6.7mm，側(cè)向最小相對(duì)位移5.12mm，最大相對(duì)位移11.6mm，豎向最小相對(duì)位移3.7mm，最大相對(duì)位移14.4mm。

通過(guò)路譜測(cè)試可知，排氣減振管兩端振動(dòng)較劇烈，兩端的振幅位移都很大，特別是柏油上坡路時(shí)，減振管前后端豎向相對(duì)位移量高達(dá)29.0mm，通過(guò)減振管理論位移公式計(jì)算，我們選用的金屬軟管豎向最大位移為32mm，也就是說(shuō)故障車輛實(shí)際豎向相對(duì)位移已接近設(shè)計(jì)極限，如車輛在更惡劣的工況下，減振管很容易就發(fā)生斷裂，壽命降低。減振管伸縮部分越長(zhǎng)，可承受的水平位移越大，所以減振管的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較短也是減振管斷裂的主要原因之一。

圖11 消聲器支架共振圖

圖12 消聲器支架升速圖

另外，從采集的振動(dòng)頻譜中可以看出消聲器支架頻率較低，在 21HZ 左右存在共振，在經(jīng)過(guò)顛簸路面時(shí)，消聲器支架處振動(dòng)烈度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于飛輪殼處的振動(dòng)烈度，路試時(shí)消聲器支架振動(dòng)比原地升速測(cè)試時(shí)大得多，故消聲器支架的剛度不足是造成金屬伸縮管斷裂的主要原因之一。

通過(guò)以上分析得出，減振管斷裂的主要原因是減振管柔性差，減振管伸縮部分設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較小及消聲器支架的剛度不足。

4、整改措施及驗(yàn)證效果

針對(duì)以上分析原因，我們有針對(duì)性地指定了整改措施：

改進(jìn)點(diǎn)一：優(yōu)化排氣減振管的結(jié)構(gòu)，伸縮節(jié)之間的扣接由原來(lái)的面接觸形式改為線接觸的形式，大大提高了減振管的柔性。

改進(jìn)點(diǎn)二：增加減振管伸縮部分的長(zhǎng)度，由原來(lái)的220mm增加至280mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算豎向相對(duì)位移可增加20mm，也就是由原來(lái)的32mm增加到52mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路譜振幅，安全系數(shù)較高，另外在表面增加金屬編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加限位功能，提高可靠性。

改進(jìn)點(diǎn)三：優(yōu)化消聲器支架，將原來(lái)的管梁40×40×3改為40×40×5，延長(zhǎng)加強(qiáng)筋由160增加至200，方鋼的截面慣性矩提高15%，提高消聲器支架剛度。

方案確定后，選擇市場(chǎng)上5臺(tái)故障車輛，將整改后的零部件在故障車輛進(jìn)行了更換，進(jìn)行小批量驗(yàn)證，并且進(jìn)行了定期跟蹤，小批量驗(yàn)證無(wú)問(wèn)題后，進(jìn)行了批量切換；為了驗(yàn)證切換后市場(chǎng)效果，由服務(wù)部選擇10臺(tái)車輛進(jìn)行市場(chǎng)跟蹤，每個(gè)1個(gè)月進(jìn)行一次用戶回訪，根據(jù)回訪結(jié)果顯示，車輛平均行駛里程6萬(wàn)公里沒(méi)有再次出現(xiàn)斷裂的情況，效果較好。

5、總結(jié)

排氣系統(tǒng)排氣減振管減振能力的改進(jìn)對(duì)于整車來(lái)說(shuō)是個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，牽涉的因素較多，此重型牽引車通過(guò)改進(jìn)排氣減振管結(jié)構(gòu)、減振管伸縮管部分長(zhǎng)度及消聲器支架剛度等改進(jìn)措施對(duì)排氣減振管進(jìn)行了改進(jìn)，并通過(guò)小批量驗(yàn)證及市場(chǎng)跟蹤的方式對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行確認(rèn)，改進(jìn)準(zhǔn)確有效，取得了良好的效果，降低了市場(chǎng)故障率。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.北京:機(jī)械工業(yè)出版社;2000.10:p221-223.

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[3] 劉瑋.周京等.微型轎車排氣管斷裂問(wèn)題研究.天津汽車.2001,(4): p23-27.

The analysis and improved design of the exhaust damping pipe rupture in a heavy tractor

Zhang Hui, Li Zhigang, Dong Xuechao, Li Jing, Qian Shijun
( Anhui Jianghuai Automobile CoLtd, Anhui Hefei 230022 )

This paper aimed at the problem of the exhaust pipe damping in a heavy tractor, According to market research and the actual working conditions road spectrum collected for analysis problem, the paper put forward the improvement scheme,change the damping pipe structure，improved damping tube telescopic tube part of length and intensity of reinforcing brackets, by tracking the market effect, the improvement is more, obvious, provide a reference for the future exhaust pipe damping system design.

tractor; damping pipe; road spectrum acquisition

U472.1

A

1671-7988(2016)07-237-03

張輝，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.076