某單前軸重型牽引車汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化提升

劉永閣

（中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)寧商用車有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

轉(zhuǎn)向沉重問題是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)較為常見的問題，因轉(zhuǎn)向沉重問題成因較為復(fù)雜，除機(jī)械故障外，與油品、輪胎氣壓甚至用戶感知有關(guān)。在實(shí)踐中，上述常規(guī)手段往往無法從根本上排除故障，需要進(jìn)一步從系統(tǒng)理論上進(jìn)行分析。從實(shí)物質(zhì)量及理論設(shè)計(jì)角度對(duì)某重型牽引汽車存在的轉(zhuǎn)向沉重問題進(jìn)行了分析，并通過實(shí)際反復(fù)測(cè)量驗(yàn)證，找出了轉(zhuǎn)向沉重問題的主要原因，并通過優(yōu)化使該問題得以徹底解決。

1 影響因素分析

對(duì)重型汽車轉(zhuǎn)向沉重問題，常規(guī)的故障原因主要有以下幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)向橋超載引起的故障、轉(zhuǎn)向橋輪胎氣壓低引起的故障、系統(tǒng)油液量不夠引起的故障、系統(tǒng)油臟引起的故障、系統(tǒng)進(jìn)入空氣引起的故障、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)膠管變形引起的故障、轉(zhuǎn)向器失效引起的故障、助力泵的流量和車型不匹配引起的故障、助力泵損壞引起的故障、轉(zhuǎn)向桿系變形或損壞引起的故障、轉(zhuǎn)向橋壓力軸承變形引起的故障、轉(zhuǎn)向助力缸失效引起的故障、客戶感知原因。

因車輛在先期投入運(yùn)行時(shí)即出現(xiàn)該問題，現(xiàn)場(chǎng)排查未發(fā)現(xiàn)機(jī)械性故障，轉(zhuǎn)向進(jìn)出油管未變形虧折，故后續(xù)將排查重點(diǎn)放在轉(zhuǎn)向器失效及助力泵的流量不匹配2個(gè)方面。

1.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)品符合性問題

針對(duì)轉(zhuǎn)向沉重問題，隨機(jī)抽取11臺(tái)售后反饋沉重的方向機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)分析，其中2臺(tái)出現(xiàn)沉重問題，其余產(chǎn)品故障未再現(xiàn)。針對(duì)該2臺(tái)方向機(jī)進(jìn)行拆解，其中1臺(tái)因殼體主缸孔拉缸導(dǎo)致內(nèi)漏，另1臺(tái)因卸荷閥內(nèi)部壓氧膠堵塞導(dǎo)致無法建壓，后續(xù)針對(duì)問題點(diǎn)進(jìn)行提升改進(jìn)。

1.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)理論匹配分析

對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從設(shè)計(jì)理論的角度上進(jìn)行分析，影響轉(zhuǎn)向沉重的主要因素有以下兩個(gè)方面：一是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出扭矩；二是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作壓力及系統(tǒng)流量匹配合理性。

（1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)校核分析。對(duì)該車型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，在轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)零部件之間不存在干涉現(xiàn)象，助力轉(zhuǎn)向管路連接無誤。

①轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比校核。前橋轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角傳動(dòng)比。

式中：β為轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角，42°；α為轉(zhuǎn)向器的搖臂軸擺角，45°；l2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)，281mm；l1為最小轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng)，270mm。

②轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出扭矩校核。

μ為輪胎與地面摩擦系數(shù)，一般取0.7左右；G為轉(zhuǎn)向車輪載荷，N，MT13空載按4.2T，滿載時(shí)按6T載荷計(jì)算；P為輪胎充氣壓力，810kPa。

轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩6350N.m＞轉(zhuǎn)向阻力矩。通過以上分析可以得出，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)符合要求，該處不是造成轉(zhuǎn)向沉重的原因。

（2）助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作壓力及系統(tǒng)流量分析校核對(duì)。該車型液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需最大工作壓力及控制流量進(jìn)行匹配計(jì)算分析，其分析過程如下：

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需最大工作壓力：

其中P為油泵的最大工作壓力；T為轉(zhuǎn)向器搖臂的輸出扭矩T=MZ；S0為轉(zhuǎn)向器油缸的工作面積9505mm2；S1為是螺桿外徑所占面積，615mm2；Rf為扇形齒分度圓半徑，49.5mm；η為輸出效率取0.9。

由以上計(jì)算可以得出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需工作壓力為9.45MPa。

轉(zhuǎn)向器所需最大工作流量Q總=(1.5～2)Q1+Q泄=(1.5～2)×60n·t·s+Q泄

其中，Q1轉(zhuǎn)向器需求流量60n·t·s，n方向盤最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，重型貨車取1.25r/s；t為方向機(jī)螺桿螺距；s為油缸有效工作面積8889mm2；Q泄取0.15Q1；1.5～2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與制造水平有關(guān)。

計(jì)算可得轉(zhuǎn)向器所需工作流量：Q1=14.85L/min。

轉(zhuǎn)向泵的排量q=Q總/n1=21.15ml/r

其中n1為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速n1=n2×i，n2為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，取550r/min，i為發(fā)動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)向泵速比1.276。

故轉(zhuǎn)向泵控制流量為：Qp=q·n，其中n為達(dá)到限制流量時(shí)轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速，取900～1000r，即Qp=19.04～21.15L/min

經(jīng)上述計(jì)算，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的所需工作壓力9.45MPa，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需求總流量為14.85L/min，轉(zhuǎn)向泵最大控制流量19.04～21.15L/min。當(dāng)前實(shí)際裝車葉片示最高壓力為15MPa（帶安全閥），控制流量在16～20L/min，正常情況下可以滿足轉(zhuǎn)向要求。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流量測(cè)量情況

選取問題車輛，把流量計(jì)串聯(lián)轉(zhuǎn)向油路中，對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)流量進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，轉(zhuǎn)向葉片泵實(shí)際檢測(cè)流量比理論計(jì)算值偏低，偏差較大約2L/min。盡管轉(zhuǎn)子泵流量在輸出范圍內(nèi)，但輸出流量水平偏低處于特性曲線下方，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重問題的一個(gè)重要因素，可以通過改變轉(zhuǎn)子泵溢流孔方式進(jìn)行調(diào)整，把流量適當(dāng)提高。

2 優(yōu)化改進(jìn)措施

（1）方向機(jī)自身符合性改進(jìn)。針對(duì)方向機(jī)內(nèi)漏大問題，為避免殼體在周轉(zhuǎn)過程中碰傷，增加殼體專用周轉(zhuǎn)盒、防止周轉(zhuǎn)中二次污染及碰傷；進(jìn)一步提升總成清潔度，將磨合、性能臺(tái)架油品過濾系統(tǒng)升級(jí)由2級(jí)升級(jí)成3級(jí)；針對(duì)膠水凝固導(dǎo)致的無法建壓?jiǎn)栴}，將由原集中噴促進(jìn)劑改為單件噴涂，避免噴涂過量及噴涂位置范圍過大造成滴落。

（2）對(duì)系統(tǒng)流量重新優(yōu)化匹配。提高車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量主要有兩種途徑。

①通過提高動(dòng)轉(zhuǎn)泵與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比即傳動(dòng)比，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)動(dòng)轉(zhuǎn)泵的轉(zhuǎn)速來提高系統(tǒng)流量。

②通過提高轉(zhuǎn)向泵的排量。由于第一種方案需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)轉(zhuǎn)泵連接處的嚙合齒輪齒數(shù)做修改，優(yōu)化工作較為復(fù)雜，成本較高，故采取第二種優(yōu)化途徑，將原轉(zhuǎn)向葉片泵節(jié)流體孔（喉管）由原φ4.2更改為φ4.3,相應(yīng)轉(zhuǎn)向葉片泵流量可提升1.5L/min左右,改進(jìn)后流量與理論計(jì)算值基本一致。針對(duì)該車輛更換優(yōu)化方后的轉(zhuǎn)向泵，并對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的系統(tǒng)流量進(jìn)行檢測(cè)，流量特性曲線如圖1、2。

圖2 改進(jìn)后產(chǎn)品流量特性曲線

對(duì)更換轉(zhuǎn)向葉片泵車輛使用轉(zhuǎn)向測(cè)力計(jì)進(jìn)行測(cè)量，同樣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速條件下，新狀態(tài)較老狀態(tài)轉(zhuǎn)向力降低7N左右，轉(zhuǎn)向輕便，效果明顯，沉重感消失。

3 跟蹤驗(yàn)證

按照上述改進(jìn)措施，對(duì)該車型進(jìn)行優(yōu)化提升，經(jīng)三個(gè)月市場(chǎng)跟蹤驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重問題，用戶較為滿意。

4 結(jié)語

該文通過對(duì)方向機(jī)符合性質(zhì)量提升，同時(shí)從設(shè)計(jì)理論角度對(duì)轉(zhuǎn)向沉重問題進(jìn)行了深入的計(jì)算分析及相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，最終找出轉(zhuǎn)向沉重問題產(chǎn)生的主要原因，通過相應(yīng)的優(yōu)化方案最終將問題徹底解決。