推土机排气系统减震机构设计研究

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073）

推土机排气系统作为核心部件，其性能直接影响推土机的噪声指标和排气背压值。噪声指标和排气背压值的优化主要通过优化消声器结构、增加吸音包裹材料等技术手段实现。同时推土机排气系统对气密性和减震性能也有很高的要求。排气系统气密性不好引起废气泄露，会造成环境污染并对施工人员健康造成一定影响。随着排放法规日趋严格，废气的泄露还会影响后处理装置的功能实现从而影响排放指标。如果排气系统减震性能不好，会导致安装困难、安装后应力集中、运行时震动传递引起增压器损坏等，大大地降低排气系统的可靠性。因此推土机排气系统必须要有合理的减震机构，以满足配套柴油机涡轮增压器静弯矩要求等。总的来说排气系统减震机构设计基本要求是低泄漏率和高柔性。

1 部分柴油机涡轮增压器静弯矩要求

柴油机涡轮增压器是动力性能和排放指标保证的关键件，作为高速旋转件其对静弯矩有严格的要求。施加于涡轮增压器上的静弯矩一旦超标，会引起增压器壳体和转子损坏。同时，在柴油机运行时其他部件的震动如果直接传递到涡轮增压器，会引起增压器安装螺栓松动的故障（运行50～150h 就会出现增压器安装螺栓松动故障）。在柴油机厂家相关技术要求中会给出明确的静弯矩限值，表1 是某品牌柴油机增压器静弯矩限值统计。

2 金属软管式减震机构

目前推土机排气系统金属软管式减震机构常用的金属软管是硬管与不锈钢波纹管或者钢带缠绕金属软管的焊合件，分别如图1、图2 所示。

表1 柴油机增压器静弯矩限值统计

图1 不锈钢波纹管焊合件

图2 钢带缠绕金属软管焊合件

硬管带有凸台或者法兰，用来连接涡轮增压器及消声器。硬管部分一般为钢件或者铸钢件，特殊情况下采用不锈钢材料，3 个部分焊接为一个整体为保证连接管具有足够的挠性，不锈钢波纹管或者钢带缠绕金属软管必须有足够的长度，一般要求其长度不得小于100mm 或者金属软管长度大于直径的2.5 倍。采用金属软管减震机构时，涡轮增压器与消声器的连接形式如图3 所示。

不锈钢波纹管与钢带缠绕金属软管具体性能指标有差异（表2），工程应用中应合理选择。

金属软管减震机构虽然可以满足大多数需求，但存在以下不足。

图3 金属软管式减震机构示意图

表2 金属软管性能对比

1）成本偏高，工艺复杂。不锈钢波纹管及钢带缠绕金属软管成本高，组对焊接时有时需要特殊焊料，对各部分的同轴度等有严格要求。

2）因不锈钢波纹管及钢带缠绕金属软管有最短长度要求，在连接空间较小时此结构无法使用。

3）可靠性方面，在实际使用过程中，尤其是在震动强烈的工况中，连接管的焊缝部分存在开焊导致泄漏的案例。

3 迷宫密封式减震机构

针对金属软管减震机构的不足，本文设计了一种带密封环的废气涡轮增压器与消声器的连接结构（图4），2 个密封环实现“迷宫式”密封，实现在较小空间下的连接及连接所必须达到的密封、轴向径向调整。

图4 迷宫密封式减震机构示意图

涡轮增压器与管接头之间通过抱箍连接，管接头上加工有两道环槽，两个密封环安装在环槽内，安装好密封环的管接头插入法兰的内孔中，法兰与消声器之间通过螺栓连接。

管接头（图5）为钢质机加工件或者锻造件，一端是V 形凸台用来与涡轮增压器连接，一端加工有两道环槽，用来安装密封环。

密封环（图6）为耐高温合金材料，有大约2mm 左右的开口，使用时2 个密封环开口成180°分布，形成迷宫式密封。

图5 管接头结构图

图6 密封环结构图

法兰（图7）开有内孔，用来插入管接头及密封环，有4 个螺栓孔用来与消声器连接。

本连接结构通过两道密封环实现“迷宫式”密封，原理类似于活塞环密封。连接管所需的轴向调整范围如图8 中B 尺寸所示，所需的径向调整量如图8 中A 尺寸所示。

图7 法兰结构图

图8 轴向径向调整示意图

4 结语

推土机排气系统是发动机的核心部件，为保证性能满足要求必须要增加合适的减震机构。本文阐述了几种减震机构的结构及性能特点，在工程应用中可以综合考虑成本、安装空间等因素选择合适的排气系统减震机构。