某汽車轉向液壓系統故障分析與改進

石兆勇

（航天特種車研究院，山東泰安271000）

某汽車轉向液壓系統故障分析與改進

石兆勇

（航天特種車研究院，山東泰安271000）

汽車動力轉向系統是保證車輛安全行駛的重要系統，該系統為雙回路液壓系統，主要由分配閥、轉向器、轉向油箱、溢流閥、精濾器等組成。針對某型號車輛頻繁出現的轉向器故障，分析了轉向系統的工作原理，并深入剖析了加在轉向器上的力矩變化規律，找出了動力轉向液壓系統中轉向器頻繁損壞的原因，指出了該系統的不足，并提出了相應的改進措施。

轉向器；故障分析；溢流閥

0 引言

某型號牽引車在出廠試驗過程中，所有車輛出現轉向沉重現象，停車檢查發現轉向時轉向器內有異響，主泵精過濾器接頭組合墊密封處有漏油現象，轉向系統其他閥件、管路、桿系等未見異常。

1 故障定位分析

對損壞的轉向器進行拆檢發現：與扇齒輪輸出軸配合的齒條式活塞右側邊緣齒斷裂，斷裂現象如圖1。

導致轉向器齒條式活塞損壞的可能原因分析如下：

1.1 材質缺陷

該牽引車轉向器采用的CQ8111D型整體式轉向器，為重慶紅巖汽車有限責任公司已定型批產的轉向器，在市場上批量應用，使用中極少有此故障現象發生。材質分析結果顯示：轉向器活塞材料抗拉強度為1 180 MPa，符合設計要求，此項原因排除。

1.2 制造缺陷

仔細檢查測量齒條式活塞齒斷裂部位，與其余未斷裂齒形比對，符合設計要求，排除因加工缺陷造成右側邊緣齒斷裂的因素。

1.3 系統壓力過高

CQ8111D型整體式轉向器額定壓力15 MPa，結構原理如圖2所示，主要由殼體、轉向螺桿、轉向螺母、齒條式活塞、油分配閥、扇齒輪輸出軸等組成。殼體相當于一個動力油缸，齒條式活塞即是動力缸中的活塞，承擔著液壓助力的作用，把液壓能轉化為機械力。圖2（a）為左轉向狀態，方向盤逆時針旋轉，壓力油進入齒條式活塞左側，推動活塞向右移，帶動扇齒輪輸出軸順時針旋轉；圖2（b）為右轉向狀態，方向盤順時針旋轉，壓力油進入齒條式活塞右側，活塞向左移，帶動扇齒輪輸出軸逆時針旋轉［1］。

根據故障現象，復查牽引車實際裝配的液壓轉向系統原理，如圖3所示：主泵由發動機帶動，副泵由分動器帶動。主泵、副泵輸出油通過應急閥組成組合油路，保證系統所需流量。轉向油泵的輸出壓力取決于液壓系統的負荷 （即動力缸活塞所受的運動阻力）［2］。初步懷疑：底盤實際裝配液壓系統中YJF2400型應急閥不能很好地控制液壓系統的壓力。當轉向輪轉到左右機械限位時，系統壓力會持續升高，齒條式活塞推力增大，可能導致機械強度薄弱部位產生破壞性斷裂。同時因系統壓力突然升高，主泵精過濾器接頭組合墊密封處會出現漏油。

假定在活塞與壓力油液接觸的所有面上加壓20 MPa，計算查看活塞破壞處 （最外側齒齒根處）應力大小。在模擬嚙合件基座面上加完全約束，在活塞與缸筒接觸面上加徑向約束，計算結果見圖4。

由圖4可見：最大應力點在最外側齒齒根處，與實際破壞位置相符；當油壓20 MPa時該處最大應力約為1 066 MPa。轉向器活塞材料抗拉強度為1 180 MPa，而當油壓20 MPa時破壞處最大應力約為1 066 MPa。對比破壞處應力值與其抗拉強度，粗略計算破壞處應力達到抗拉強度時的油壓，將結果進行復算，驗證活塞破壞時的轉向系統油壓。經對比計算，轉向器活塞破壞時，油壓約為23 MPa，轉向器活塞最大應力約為1 216 MPa，超過其抗拉強度1 180 MPa。由此可證明：當轉向器活塞最大應力達到其抗拉強度1 180 MPa時，轉向系統油壓為23 MPa以上［3］。

綜上所述，CQ8111D型整體式轉向器齒條式活塞右側邊緣齒斷裂的原因為液壓系統的壓力沒有控制在合理的范圍內，系統壓力過高。

2 排除故障的措施

由以上分析可知：液壓系統中還須改進限制系統最高壓力的安全閥，控制系統工作壓力，保證系統安全。改進后的液壓原理如圖5所示。

根據故障出現的問題定位和機制分析，提出可行性措施，確定將故障車輛的YJF2400型應急閥更換為3415010型溢流閥，同時更換新的轉向器和主泵精過濾器接頭組合墊圈。

3415010型溢流閥在定型批產底盤上廣泛采用，技術成熟，質量穩定。故障車更換溢流閥后，主泵、副泵同樣匯合到溢流閥內部，通過主泵輸出流量產生的換向閥兩端壓差，控制副泵輸出油液的卸流或合流，向系統提供穩定的流量。壓力由先導安全閥控制溢流閥向系統提供穩定壓力。

3 結論

針對車輛頻繁出現的轉向器故障，通過對轉向系統的工作原理進行分析，并深入剖析加在轉向器上的力矩變化規律，牽引車轉向器損壞問題定位于轉向系統壓力無法控制在合理的范圍內；更換溢流閥后故障沒有再出現，表明轉向器損壞問題定位準確，機制清楚，處理措施有效。

【1】雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京：北京理工大學出版社，1998.

【2】路甬祥.液壓氣動技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002.

【3】李效民，李中強.汽車運動過程中的受力分析［J］.河南電大，1994（Z1）：26，33.

Failure Analysis and Improvement for the Steering Hydraulic System of a Vehicle

SHIZhaoyong
（Aerospace Special Vehicle Research Institute，Taian Shandong 271000，China）

The power steering system plays an important role in vehicle safety.It is a dual circuithydraulic system，mainly including distribute valve，steering booster，steering tank，overflow valve and secondary fuel filter and so on.Aiming at the frequent failure of steering booster occurred on a auto，the working principle of the power steering system was analyzed and the torque change law of the steering booster was digged out.The causes of the frequent failure of steering boosterwere found out.Finally the shortage of the system was pointed outand the improvementmeasurementwas put forward.

Steering booster；Failure analysis；Overflow valve

2014－04－22

石兆勇（1984—），男，學士，設計師，從事特種車設計工作。E-mail：shizhaoyong＠139.com。