改進型保溫撓性軟管在某重型卡車上的應用

徐秀，楊含笑，李會，張珂，趙元花

改進型保溫撓性軟管在某重型卡車上的應用

徐秀，楊含笑，李會，張珂，趙元花

（陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200）

某國六重型卡車排氣系統應用單層波紋管+伸縮管的保溫軟管結構，該結構在整車可靠性試驗過程中，兩款車型多次出現波紋管斷裂問題。經對其結構分析，知現用保溫撓性軟管剛度過小，在整車運行過程中會發生運動失穩引起波紋管斷裂，同時撓性軟管兩端應力集中引起端邊波紋斷裂，且波紋管波峰圓角過?。ń萍獠ǎ┮自斐刹y管斷裂，故開發改進型保溫撓性軟管，即雙層波紋管（大圓角）、變剛度結構，優化現用保溫撓性軟管結構，解決波紋管斷裂問題。

保溫撓性軟管；變剛度；雙層波紋管

前言

國六車輛對排氣系統管路熱量損失要求嚴格，故排氣管路包含撓性軟管必須有保溫功能。保溫撓性軟管在結構上較普通撓性軟管不同，這種軟管是否經得起整車可靠性試驗，如其結構不合理又該如何優化改進來保證國六排氣系統正常工作？本文從保溫撓性軟管到改進型保溫撓性軟管做了結構及性能分析，及通過試驗驗證改進型保溫撓性軟管具有可靠的機械性能及保溫功能。

1 保溫撓性軟管作用

（1）在渦輪增壓器和后處理器之間實現柔性連接；

（2）裝配在第一節排氣管與第二節排氣管之間，起隔振作用，衰減發動機振動引起的排氣管抖動；

（3）撓性軟管的伸縮結構可以在排氣管安裝、發動機運行過程中起尺寸補償作用；

（4）保溫結構在國六車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-發動機；2-保溫撓性軟管； 3-排氣管；4-車架；5-后處理器

2 保溫撓性軟管可靠性試驗及斷裂分析

（1）試驗場地路況

某試驗場地一圈里程3000m，具體路況分布，如表1。

表1 試驗場地路況表

（2）保溫撓性軟管斷裂統計，如表2。

表2 保溫撓性軟管斷裂統計表

（3）斷裂原因分析

1）裝配工藝分析：車輛靜止狀態下排氣管路走向平順，撓性軟管無扭曲、擠壓、拉伸變形；

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

3）設計分析：經與同行業其他車型應用工況，排氣管路走向，撓性軟管位置對標分析：排氣系統管路走向合理，撓性軟管位置合適，斷裂的原因為撓性軟管自身結構缺陷，具體為：撓性軟管剛度較小，在整車運行過程中隨著整車的振動而造成運動失穩，從而引起波紋管斷裂；波紋管波峰圓角過?。ń萍獠ǎ?，工作中因往復擠拉造成疲勞斷裂；且因波紋管兩端所受應力集中，容易在波紋管兩端引起斷裂。

3 開發改進型保溫撓性軟管

3.1 方案分析

結構：雙層波紋管+網套+伸縮管

（1）因國六車型要求排氣管必須有對尾氣的保溫措施，故利用波紋管與伸縮節間的空氣隔熱達到對管內氣體的保溫效果（保溫杯原理）；

（2）因單層波紋管剛度低，故改進型結構采用雙層波紋管增大軟管總成剛度；

（3）因波紋管在實際應用中兩端持續受力，易引起斷裂，故增大端邊波紋管剛度[1]（詳見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：

單波軸向剛度計算公式如下：

E1b：設計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；

h：波高的數值，單位：mm；

Cf：波紋管計算修正系數。

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

（2）由F=Kd△x知，當外力F相同時，剛度Kd值越大，則位移量越小，即越不容易出現斷裂。因此，端邊低波的設計（h值小），可以增大其剛度，從而降低斷裂風險。

3.3 改進型結構

（1）改進型保溫撓性軟管總成采用雙層波紋管，端邊高低波型，且增大波峰圓角的設計結構。

（2）波紋管結構，如圖2，圖3所示。

圖2 雙層波紋管結構

圖3 單層波紋管結構

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，降低斷裂風險；波峰圓角增大，波紋管在軸向不規律擠拉作用下的疲勞斷裂概率降低。

4 改進型保溫撓性軟管DVP試驗

4.1 試驗初始條件

工作頻率：10Hz；剪切方向振幅：±10mm；

疲勞試驗周期：1000萬次。

4.1 撓性軟管剛度測定，測定結果如圖4

測試溫度：25℃

試驗速度：10mm/Min

測試結果：8.5N/mm

圖4 剛度測試

4.3 臺架疲勞試驗

模擬氣流溫度：600±20℃；工作頻率：10Hz；振幅：10mm，疲勞次數：＞1000萬次

4.4 氣密試驗

試驗壓力：0.5MPa

保壓時間：3Min

測試結果：在0.5MPa壓力下，保壓5Min內，撓性軟管無泄漏。

改進型保溫撓性軟管較原保溫撓性軟管剛度測試數據增大明顯，效果顯著。

5 改進型保溫撓性軟管應用結論

改進型保溫撓性軟管在整車上裝配后在封閉試驗場地內進行可靠性驗證，驗證里程12000km，波紋管無斷裂，正常工作。

保溫撓性軟管改進后經臺架疲勞試驗和實車可靠性驗證，在規定試驗條件下，均未出現斷裂，符合實際使用工況，故改進型保溫撓性軟管在此款重型卡車上的應用滿足整車需求，解決了排氣系統撓性軟管頻繁斷裂的問題，為同行業研發工作者提供可參考文獻。

[1] GB/T 12777-2019,金屬波紋管膨脹節通用技術條件[S].北京:中國標準出版社,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

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1671-7988(2021)02-99-03

徐秀（1989-），女，中級工程師，就職于陜西汽車集團有限責任公司，從事汽車產品設計工作。