0 引言

某柴油發(fā)動機增壓器回油管波紋段材料為06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼

，根據(jù)市場上的反饋，在使用過程中，螺旋波的波谷內(nèi)多次發(fā)生斷裂，且斷裂部位多數(shù)位于螺旋波兩端第1～4個波谷內(nèi)。產(chǎn)品在臺架試驗過程中也多次出現(xiàn)相同情況，因此證明此類故障并非偶然發(fā)生。為確定故障件的失效模式和失效原因，對故障件拆檢分析。

1 工作原理

1.1 增壓器回油管工作原理與需求

為了滿足增壓器安全可靠的運行要求，一般柴油機增壓器中間體均采用機油冷卻潤滑的方式。增壓器中間體會設(shè)置進回油通道，而增壓器回油管可以將渦輪增壓器中間體流出的機油在無外力作用下，引導回流至油底殼。增壓器回油管在發(fā)動機中的位置，如圖 1所示。

受到發(fā)動機工作過程中增壓器振動的作用，以及裝配累積公差的影響，增壓器回油管必須擁有一定的調(diào)節(jié)量對振動進行補償，一般采用柔性連接結(jié)構(gòu)來補償增壓器與機體之間振動差異，以及裝配累積公差

。本文中研究的零部件采用螺旋波波紋結(jié)構(gòu)作為柔性連接結(jié)構(gòu)，利用管體的彈性變形來補償振動位移與裝配累積公差。

1.2 螺旋波工作原理與成形工藝

當螺旋波波紋管受到軸向、徑向或彎曲作用時，螺旋波的波峰與波谷部分，首先發(fā)生彈性彎曲變形，吸收能量，以減少整個管體在法蘭焊接處等容易產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域所受到的應(yīng)力，即將整個管體所受到的應(yīng)力轉(zhuǎn)移至螺旋波的波峰與波谷處

。螺旋波波紋管的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2）為提高系統(tǒng)分辨率，因而將檢測溫度分為不同的等級，考慮到系統(tǒng)交叉余量，因此將0℃至850℃劃分為低溫檔，750℃至1 250℃劃分為中溫檔，1 150℃至1 650℃劃分為高溫檔；結(jié)合不同的溫度范圍設(shè)計不同的一級放大電路，從而提高系統(tǒng)分辨率。

國內(nèi)螺旋波波紋管主要通過輥壓工藝成形，管胚進入旋轉(zhuǎn)模具后，軸向和徑向的管胚受到模具和滾輪的擠壓產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生如圖3所示的螺旋波結(jié)構(gòu)。不同于車削螺紋，螺旋波波紋管的輥壓成形工藝是一種非切削加工，屬于冷擠壓范疇。這就使得螺旋波波谷的內(nèi)表面，在成形過程中，受到壓應(yīng)力，而波谷的外表面，則受到拉應(yīng)力，并最終以塑形變形的形式，存在于螺旋波的波紋中

。螺旋波波紋管成形原理如圖3所示。

2 失效分析

針對增壓器回油管損壞問題，結(jié)合故障現(xiàn)象和以往該故障的失效分析經(jīng)驗，以增壓器回油管波紋段裂紋為頂事件建立故障樹對其進行失效分析，如圖4所示，主要從零部件因素和發(fā)動機因素兩個方面對失效件進行分析

。

2.1 零部件因素

零部件因素主要從材料成分及壁厚是否合格、是否存在應(yīng)力集中兩方面進行失效分析。

2.1.1 材料的化學成分及壁厚尺寸

增壓器回油管波紋段材料為06Cr19Ni10-GB/T12771，為奧氏體不銹鋼。對其材料成分C Si Mn P S Cr Ni等化學成分進行分析，結(jié)果如表1所示。從表1可以看出Cr和Ni的實測值分別為18.37和8.22，其成分均符合GB/T12771奧氏體不銹鋼的國家標準規(guī)定，因此回油管波紋段的材料成分合格

。

選取增壓器回油管波紋段的六個不同部位分別進行壁厚測試分析，如圖5所示。測得六個部位的壁厚如圖6所示，平均壁厚0.33mm，且它們相互之間的壁厚相差甚小，符合現(xiàn)行國家標準要求(壁厚≤0.5mm時，允許偏差±0.1mm)

。

2.1.2 斷口應(yīng)力分析

對增壓器回油管斷口進行分析，如圖7所示為回油管斷口的宏觀形貌，可以看出斷口位于回油管波紋段的波谷處，斷口較平整且顏色偏暗，無明顯金屬光澤

。

因螺旋波的管壁較薄，打開裂紋觀察斷口，肉眼幾乎無法看清，在體視顯微鏡下低倍放大觀察，可見斷口較平整，斷面上靠近外表面處存在臺階，如圖9所示。同時在螺旋波波紋段的第3個波谷處，發(fā)現(xiàn)尚未擴展的裂紋，如圖8所示。

發(fā)動機因素主要從回油管的振動情況、有無干涉以及磕碰傷等三方面分析失效原因。

由于增壓器回油管裂紋處波紋與增壓器壓殼為剛性連接，振型相同，且增壓器壓殼是增壓器回油管的振動源，故可以用增壓器壓殼的振動烈度代表增壓器回油管裂紋處的振動烈度。實測增壓器壓殼振動烈度為51mm/s(Y向)，為低振動烈度，因此實際符合振動要求。

2.2.3 量表的區(qū)分效度 研究發(fā)現(xiàn)，夜尿癥患者的生活質(zhì)量與起夜次數(shù)密切相關(guān)，即平均每晚排尿次數(shù)越多，患者的生活質(zhì)量越差[10-11]。根據(jù)患者平均每晚起夜次數(shù)將其分為兩組(2次和≥3次)，經(jīng)檢驗兩組基線資料均衡可比，采用兩獨立樣本t檢驗對兩組N-QOL各維度及總量表得分進行比較，結(jié)果見表3。

而在故障件斷口附近，將故障件沿故障點螺旋波波紋做縱向剖切，折彎外側(cè)的剖面如圖11所示，折彎內(nèi)側(cè)的剖面如圖12所示。對故障件斷口附近的螺旋波曲率半徑進行測量，結(jié)果如圖13所示，最大曲率半徑為1.08mm，最小曲率半徑為0.42mm，波峰平均曲率半徑為0.94mm，波谷平均曲率半徑為0.49mm，因此螺旋波存在較大的應(yīng)力集中問題。

2.2 發(fā)動機因素

將失效件經(jīng)超聲波清洗后放入掃描電子顯微鏡下觀察，可見斷面有明顯疲勞特征，且為單向彎曲疲勞斷裂，裂紋由外側(cè)向內(nèi)側(cè)擴展，如圖9與圖10所示。

2.2.1 振動評估

關(guān)于增壓器回油管的振動問題，對其進行振動模態(tài)仿真，結(jié)果如圖14所示，可見一階模態(tài)為694.2Hz,二階模態(tài)為859.7Hz,三階模態(tài)為1528.0Hz，四階模態(tài)為1687.7 Hz，五階模態(tài)為1941.1 Hz，六階模態(tài)為2028.7 Hz，發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速為2100rpm，振動評估結(jié)果與限值如表2所示，模態(tài)放行標準為126Hz，因此回油管的振動模態(tài)符合振動標準要求。

4.促進了企業(yè)管理制度的完善和深化。工程法律風險防范機制的建設(shè)，完善了項目管理流程和制度，規(guī)范了項目運營行為，加強了內(nèi)部控制，支持了全面風險管理，促進了企業(yè)管理的規(guī)范化、制度化、體系化。通過實行工程項目重大決策法律論證制度、優(yōu)化資源配置、組建工程項目聯(lián)合體、建立風險信息溝通協(xié)調(diào)機制，對于提升企業(yè)特別是施工企業(yè)公司執(zhí)行力，提高抗風險能力和國際競爭能力，具有導向性的作用.

增壓器回油管共有三處固定點，分別為增壓器中間體、下端管夾(固定于機體)、回油管接頭(固定于機體加強板)，振動輸入均較小，增壓器回油管有一定的振動，但振動的烈度不大，且無共振發(fā)生，無懸臂結(jié)構(gòu)，根據(jù)增壓器回油管的振動分析，是在可承受的范圍內(nèi)。

企業(yè)核心優(yōu)勢企業(yè)自評:排在前三位的核心優(yōu)勢依次是產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)和交貨速度。尤其是“產(chǎn)品質(zhì)量”被60%以上的企業(yè)視為自己的優(yōu)勢。

選取結(jié)構(gòu)與尺寸相近的三種增壓器回油管，在振動疲勞試驗臺上進行振動耐久可靠性試驗，來比較不同類型波紋管振動耐久可靠性。

通過應(yīng)力仿真分析發(fā)現(xiàn)，在工作過程中波紋的兩端所受應(yīng)力是最大的，也是最容易出現(xiàn)裂紋的地方

，如圖15所示。

3 應(yīng)力仿真分析

2.1 兩組患者治療前的一般資料比較 治療結(jié)束時，托伐普坦組有30例患者托伐普坦服用劑量為15 mg，17例患者服用劑量為30 mg。結(jié)果(表1、表2)顯示：兩組患者年齡、性別、NYHA分級和抗心衰藥物治療等差異均無統(tǒng)計學意義。

對整機三維做進一步排查，如圖1所示，增壓器回油管與周圍零部件距離較遠。排查實際裝機和整車，結(jié)果均無干涉問題, 增壓器回油管的各個位置(包含裂紋處)均無磕碰傷。

國內(nèi)螺旋波波紋管通過輥壓工藝成形，最終形成的波紋，波谷處的曲率半徑一般小于波峰處的曲率半徑，且在最開始形成的幾個波紋處，波谷與波峰處的曲率半徑通常都較小，且隨著波紋的形成，曲率半徑逐漸增大。這就導致在螺旋波的前四個波谷處，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題。

確定裝置總功能為調(diào)節(jié)出風口風流狀態(tài)，進行功能分解，可得功能元有：控制信號傳遞、驅(qū)動、口徑調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)角度、前后移動。對分功能(功能元)原理解，通過尋求功能元的物理效應(yīng)、工作原理及功能載體，來進行功能元求解。功能元控制信號傳遞需要功能載體如PLC或者單片機；驅(qū)動考慮到物理效應(yīng)中的液壓效應(yīng)及電力效應(yīng)，可選電動機或者液壓馬達驅(qū)動；其余功能元綜合考慮各功能元工作原理即機構(gòu)傳動原理的選擇等進行求解。整體結(jié)構(gòu)方案的形態(tài)學矩陣見表1，各功能元原理解利用形態(tài)學矩陣[18]和經(jīng)驗性評價法進行方案組合分析評價，確定智能調(diào)控裝置整體結(jié)構(gòu)的最佳方案。

與此同時，增壓器的振動傳遞到增壓器回油管處時，使得增壓器回油管受到交變載荷，加速了增壓器回油管在螺旋波起波處的疲勞損傷

。

預(yù)言書當然來自于先知或“先知性格”，但什么樣的性格才是“先知性格”？先知并非脫離現(xiàn)實、生活在九霄云外的人，而是身在塵世卻能夠分身到九霄云外直視現(xiàn)實生活、無限忠誠于事業(yè)的人。 羅扎諾夫又說：

經(jīng)過上述系統(tǒng)有效分析，故可推斷，增壓器回油管斷裂的原因為螺旋波波紋管波谷內(nèi)曲率半徑過小引起的應(yīng)力集中問題，且受到了發(fā)動機增壓器的振動，加速其失效，進而產(chǎn)生單向彎曲疲勞斷裂。

4 試驗及改進措施

為了降低回油管的應(yīng)力集中及疲勞斷裂的的問題，我們選取環(huán)波結(jié)構(gòu)波紋管與故障件進行對比試驗驗證。

2.2.2 干涉及磕碰傷

根據(jù)上述系統(tǒng)分析可以看出，故障位置應(yīng)力集中疲勞為故障的重大因素。為了進一步明確故障形成機理，現(xiàn)進行應(yīng)力仿真分析。

增壓器回油管的安裝方式同其在柴油機上的安裝方式相同，如圖16所示。定義柴油機飛輪端指向自由為+X方向，豎直為+Z方向，+Y方向滿足右手定則。200Hz內(nèi)若無共振頻率，則按照表3所示進行隨機振動。

各狀態(tài)增壓器回油管振動耐久試驗結(jié)果如表4所示：

多年觀測表明，蘭考豫11井水位主要受聊蘭斷裂帶兩側(cè)地熱開采活動影響呈趨勢性下降(夏修軍等，2015)，與氣壓和降雨量變化關(guān)系不大，但短期內(nèi)氣壓突變會造成水位觀測曲線產(chǎn)生小幅畸變。水溫趨勢平穩(wěn)，變化受降水、氣溫和氣壓影響較小。

a)螺旋波波紋管，X方向耐久循環(huán)壽命僅達到43萬次，斷裂情況見圖17，其壽命較低。

b)同等狀態(tài)的直段環(huán)波波紋管，X方向耐久壽命可達1000萬次，壽命較高。

c)彎段環(huán)波波紋管，X方向耐久壽命可達480萬次，是螺旋波無管夾波紋管壽命的11倍多。

與此同時，對螺旋波波紋管的故障性進行市場驗證，發(fā)現(xiàn)具有相同的故障現(xiàn)象，即都在螺旋波波谷內(nèi)發(fā)生斷裂，且斷口在螺旋波兩端第1～4個波谷內(nèi)，如圖18所示，故障現(xiàn)象與試驗臺上現(xiàn)象相同。

1.利用信息技術(shù)，激發(fā)學生學習興趣。興趣是最好的老師，想讓學生愛上英語這一學科，就需要激發(fā)學生的求知欲望。把學生從厭學困境中解脫出來，享受英語學習帶來的樂趣。所以在課堂上，我們經(jīng)常借助多媒體培養(yǎng)和激發(fā)學生學習英語的興趣，盡量把原本枯燥無味的內(nèi)容變得有趣起來。英語中的48個國際音標，對學生背誦單詞有著及其重要的作用。但是音標的學習卻是枯燥的，并且容易忘記?？赡芾蠋燁I(lǐng)讀了很多遍，學生隔天就會忘記。所以在教音標時，利用一個會發(fā)聲的Flash動畫，讓學生“哪里不會點哪里”。

二是嚴格湘江流域管理?！逗鲜∠娼Ｗo條例》作為我國第一部江河流域保護的綜合性地方法規(guī)，4月1日已正式實施，成立了由省長擔任主任的湘江保護協(xié)調(diào)委員會，其辦公室設(shè)在水利廳，并把湘江保護與治理作為省政府“一號重點工程”，制定《〈湘江保護條例〉實施方案》，推進湘江保護與治理。

綜上所述，環(huán)波波紋管的壽命均明顯高于螺旋波波紋管。相比較螺旋波波紋管而言，環(huán)波波紋管的波谷曲率半徑較大，且無應(yīng)力集中問題，如圖19和圖20所示，分別為螺旋波和環(huán)波波紋管的剖面圖。因此，將增壓器回油管由螺旋波改為環(huán)波并進行市場驗證，如21所示，為螺旋波與環(huán)波12個月和24個月市場故障率對比圖。

5 結(jié)論

增壓器回油管斷裂的原因為螺旋波波紋管波谷內(nèi)曲率半徑過小引起的應(yīng)力集中問題，且受到了發(fā)動機增壓器的振動，加速其失效，進而產(chǎn)生單向彎曲疲勞斷裂。

建議將增壓器回油管由螺旋波切換為環(huán)波(采用水脹工藝成形)結(jié)構(gòu)進行替代使用.相較于螺旋波波紋管，環(huán)波波紋管的波谷曲率半徑較大，無應(yīng)力集中問題，且實驗室耐久試驗表明，環(huán)波的壽命較螺旋波有顯著提升。從目前的市場反饋看，效果較好，故障率大幅度下降。

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