徐 威,楊曉磊,王 永,初金濤,郭 樂,崔 瑞
(徐州徐工挖掘機械有限公司,江蘇 徐州 221000)
挖掘機柴油機后處理器系統(tǒng)包括顆粒過濾器和催化轉(zhuǎn)化器一級其他部件,旨在廢氣釋放至大氣之前從廢氣中除去被認(rèn)為對環(huán)境有毒的物質(zhì)。廢氣特別是來自柴油發(fā)動機的廢氣可在釋放至大氣之前通過提供在特殊容器中的各種介質(zhì)來處理和除去,一般采用碳鋼焊接支架固定。支架的箍帶偏硬等原因造成后處理器安裝及拆卸困難,費時費力。又由于結(jié)構(gòu)緊湊,其緊固結(jié)構(gòu)復(fù)雜且安裝不便,容易干涉,使后處理器容易損壞,可靠性低。又由于后處理器表面溫度很高,碳鋼表面涂層受熱脫落、支架易銹蝕。本文通過對挖掘機柴油機用后處理器支架裝配對比,結(jié)合仿真分析,對其支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,從而達(dá)到提高產(chǎn)品性能的目的。
由于后處理器內(nèi)部為蜂窩狀陶瓷載體,外部為薄壁焊接件及尿素噴射泵,對振動都很敏感,超標(biāo)的振動會引起后處理器故障甚至報廢。后處理器支架的結(jié)構(gòu)、安裝工藝尤為重要,除了有效緩解發(fā)動機傳遞的振動,還可以有效規(guī)避因后處理器竄動造成的損壞。
傳統(tǒng)后處理器安裝方式如圖1所示,安裝時需3人同時作業(yè),緊固支架、后處理器調(diào)整同步進行,費時費力,安裝效果不佳。一旦安裝完成,維保不便,且碳鋼螺栓發(fā)生銹蝕后難以拆卸。新型后處理器安裝方式如圖2所示,箍帶總成和固定式底座通過銷軸連接,箍帶總成內(nèi)側(cè)、圓弧板內(nèi)側(cè)與后處理器表面貼合形成圓形固定支架,限位裝置安裝在銷軸上防止銷軸脫落,箍帶總成使用T螺栓緊固閉合。裝配后處理器時,只需要安裝固定底座至安裝板,打開箍帶總成就能方便調(diào)整后處理器,安裝簡單,裝配效率翻倍,作業(yè)時間減半。樣機試裝完成后效果良好,但由于材料略顯單薄,技術(shù)評估中對支架強度存疑,需臺架測試、改進,參照GJB 150.16A-2006《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第16部分:振動試驗》進行臺架試驗。
圖1 傳統(tǒng)后處理器安裝方式
先參照后處理器直徑及重量設(shè)計測試工裝,并連同新型支架模擬整機裝配安裝在測試臺架上,如圖3所示。模擬整機工況,試驗參數(shù)設(shè)置如表1 所示。
圖2 新型后處理器支架安裝方式
圖3 后處理器支架臺架測試
表1 試驗臺架參數(shù)設(shè)置
X向、Z向臺架順利運行1h,Y向因產(chǎn)生共振,運行30min終止試驗。檢查發(fā)現(xiàn)底座Y向只有簡單折彎,無筋板加強,較薄弱。對折彎處進行進一步的檢測,將支架拆卸后進行無損探傷,結(jié)果底座折彎處無裂紋。
通過上述振動測試,后處理器支架可基本滿足使用要求,但Y向共振還需進一步優(yōu)化。根據(jù)經(jīng)驗,將底座固定點折彎處增加筋板設(shè)計,可有效減少該方向上工作時產(chǎn)生的共振。按照上述方案整改后,仿真分析結(jié)果如圖4所示。前后對比發(fā)現(xiàn),Y方向性能改善顯著。
圖4 X/Y/Z方向加載應(yīng)力分布
為了驗證優(yōu)化后支架的性能,重新制作樣件臺架測試,振動的參數(shù)按照表1設(shè)定。試驗順利結(jié)束,支架未出現(xiàn)共振現(xiàn)象,且檢測底座四周焊接良好,未出現(xiàn)焊接開裂、焊縫脫落、基座變形等失效現(xiàn)象,說明改善顯著。
雖然實際整機工作中以Z向的振動為主,但是挖掘機不可避免的需要再傾斜面回轉(zhuǎn)作業(yè),X向、Y向的振動強烈,需要后處理器支架良好的性能支撐正常工作。改進的后處理器支架在200臺挖掘機批量裝車使用后平均運行2000h以上,無售后故障反饋,證明支架可以滿足高可靠性的要求。
本文通過挖掘機柴油機后處理器支架的改進、測試、提升,解決了后處理器支架安裝困難、易銹蝕、難維護等問題。在測試分析后增加支架Y向筋板,解決了共振問題。經(jīng)批量驗證后,此方法可提升支架可靠性。同時,本文還通過試驗改進得出一個設(shè)計高可靠性零部件的方法和測試、驗證手段,具有一定的參考價值。