推土機排氣系統減震機構設計研究

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

推土機排氣系統作為核心部件，其性能直接影響推土機的噪聲指標和排氣背壓值。噪聲指標和排氣背壓值的優化主要通過優化消聲器結構、增加吸音包裹材料等技術手段實現。同時推土機排氣系統對氣密性和減震性能也有很高的要求。排氣系統氣密性不好引起廢氣泄露，會造成環境污染并對施工人員健康造成一定影響。隨著排放法規日趨嚴格，廢氣的泄露還會影響后處理裝置的功能實現從而影響排放指標。如果排氣系統減震性能不好，會導致安裝困難、安裝后應力集中、運行時震動傳遞引起增壓器損壞等，大大地降低排氣系統的可靠性。因此推土機排氣系統必須要有合理的減震機構，以滿足配套柴油機渦輪增壓器靜彎矩要求等。總的來說排氣系統減震機構設計基本要求是低泄漏率和高柔性。

1 部分柴油機渦輪增壓器靜彎矩要求

柴油機渦輪增壓器是動力性能和排放指標保證的關鍵件，作為高速旋轉件其對靜彎矩有嚴格的要求。施加于渦輪增壓器上的靜彎矩一旦超標，會引起增壓器殼體和轉子損壞。同時，在柴油機運行時其他部件的震動如果直接傳遞到渦輪增壓器，會引起增壓器安裝螺栓松動的故障（運行50～150h 就會出現增壓器安裝螺栓松動故障）。在柴油機廠家相關技術要求中會給出明確的靜彎矩限值，表1 是某品牌柴油機增壓器靜彎矩限值統計。

2 金屬軟管式減震機構

目前推土機排氣系統金屬軟管式減震機構常用的金屬軟管是硬管與不銹鋼波紋管或者鋼帶纏繞金屬軟管的焊合件，分別如圖1、圖2 所示。

表1 柴油機增壓器靜彎矩限值統計

圖1 不銹鋼波紋管焊合件

圖2 鋼帶纏繞金屬軟管焊合件

硬管帶有凸臺或者法蘭，用來連接渦輪增壓器及消聲器。硬管部分一般為鋼件或者鑄鋼件，特殊情況下采用不銹鋼材料，3 個部分焊接為一個整體為保證連接管具有足夠的撓性，不銹鋼波紋管或者鋼帶纏繞金屬軟管必須有足夠的長度，一般要求其長度不得小于100mm 或者金屬軟管長度大于直徑的2.5 倍。采用金屬軟管減震機構時，渦輪增壓器與消聲器的連接形式如圖3 所示。

不銹鋼波紋管與鋼帶纏繞金屬軟管具體性能指標有差異（表2），工程應用中應合理選擇。

金屬軟管減震機構雖然可以滿足大多數需求，但存在以下不足。

圖3 金屬軟管式減震機構示意圖

表2 金屬軟管性能對比

1）成本偏高，工藝復雜。不銹鋼波紋管及鋼帶纏繞金屬軟管成本高，組對焊接時有時需要特殊焊料，對各部分的同軸度等有嚴格要求。

2）因不銹鋼波紋管及鋼帶纏繞金屬軟管有最短長度要求，在連接空間較小時此結構無法使用。

3）可靠性方面，在實際使用過程中，尤其是在震動強烈的工況中，連接管的焊縫部分存在開焊導致泄漏的案例。

3 迷宮密封式減震機構

針對金屬軟管減震機構的不足，本文設計了一種帶密封環的廢氣渦輪增壓器與消聲器的連接結構（圖4），2 個密封環實現“迷宮式”密封，實現在較小空間下的連接及連接所必須達到的密封、軸向徑向調整。

圖4 迷宮密封式減震機構示意圖

渦輪增壓器與管接頭之間通過抱箍連接，管接頭上加工有兩道環槽，兩個密封環安裝在環槽內，安裝好密封環的管接頭插入法蘭的內孔中，法蘭與消聲器之間通過螺栓連接。

管接頭（圖5）為鋼質機加工件或者鍛造件，一端是V 形凸臺用來與渦輪增壓器連接，一端加工有兩道環槽，用來安裝密封環。

密封環（圖6）為耐高溫合金材料，有大約2mm 左右的開口，使用時2 個密封環開口成180°分布，形成迷宮式密封。

圖5 管接頭結構圖

圖6 密封環結構圖

法蘭（圖7）開有內孔，用來插入管接頭及密封環，有4 個螺栓孔用來與消聲器連接。

本連接結構通過兩道密封環實現“迷宮式”密封，原理類似于活塞環密封。連接管所需的軸向調整范圍如圖8 中B 尺寸所示，所需的徑向調整量如圖8 中A 尺寸所示。

圖7 法蘭結構圖

圖8 軸向徑向調整示意圖

4 結語

推土機排氣系統是發動機的核心部件，為保證性能滿足要求必須要增加合適的減震機構。本文闡述了幾種減震機構的結構及性能特點，在工程應用中可以綜合考慮成本、安裝空間等因素選擇合適的排氣系統減震機構。