大中型客車液壓助力轉向系統設計匹配的探討

張尚奇

摘 要：液壓助力轉向系統不斷發展與應用，使人們對動力轉換系統的要求也越來越高。本文首先介紹了大中型客車液壓助力轉向系統的工作原理，并就該系統的壓力匹配、流量匹配以及轉向器力傳動比、角傳動比關系進行了分析，旨在為實現液壓助力轉向系統的最優設計提供參考。

關鍵詞：液壓助力轉向系統；設計；匹配

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A

液壓助力轉向系統HPS是通過發動機帶動轉向油泵進行工作的，其優點在于提高了轉向的輕便性、減少了駕駛疲勞；減少了道路不平對轉向盤造成的沖擊；使汽車行駛的安全性得到提高；能夠允許轉向車輪承受教導的負荷。但是液壓助力轉向系統也還存在一定的缺陷，當參數設計完成后就無法進行再次調控；燃油的消耗較高，并存在滲油的問題；液壓助力轉向系統對工作的溫度有一定的要求，同時還需要實現汽車運動時駕駛員轉動轉向盤轉角與輪轉角保持一定的比例關系。

一、液壓助力轉向系統的工作原理

液壓式助力轉向系統由轉向油泵、轉向油罐、轉向管路以及動力轉向器等構成，發動機驅動油泵會在方向盤轉動時將轉向油罐提供的低壓油變為高壓油，并由轉向管路進入動力轉向器，進而推動活塞轉化為旋轉動力實現液壓轉向助力。圖1為液壓助力轉向系統。

（一）大中型客車的轉向器

大中型客車的轉向器通常選用循環球動力轉向器，該類型轉向器由于具有限壓閥，因此在系統壓力超過轉向器的設定值時能夠進行泄荷。主要設定的參數包括傳動比、最大輸出扭矩、流量、最大壓力、方向盤轉動圈數以及專項垂臂行程等，其最大輸出扭矩為（Mr為混凝土、瀝青路面原地轉向阻力矩N·mm；f為輪胎與地面摩察系數0.7；GI為轉向軸負荷N；P為輪胎氣壓MPa）。轉向器的最大輸出扭矩則一般為T=1.25Mr，從而保證轉向器的較好效率與液壓系統的良好工作。如某大型客車轉向器參數為：方向盤圈數±2.4；轉向垂臂行程±47°；速比為20∶1，17∶1，20∶1；最大壓力輸出扭矩±5829和4954N·m；最大工作壓13MPa；流量16dm3/min。在進行轉向器的選擇時首先要使最大輸出扭矩滿足整車要求，并綜合考慮轉向系統的布局與懸架。

（二）轉向油泵與轉向管路

液壓助力轉向系統的轉向油泵具有多種類型，包括葉片型、齒輪型、柱塞型，其中葉片型轉向油泵具有較多的優點，因此目前的大中型客車多采用葉片型轉向油泵。轉向管路由高壓管、低壓管、油泵進出油管以及接頭組成，管材通常采用鋼管、橡膠軟管制成，均需要滿足液壓系統壓力以及流量的要求。

二、大中型客車液壓助力轉向系統設計匹配

（一）壓力匹配

壓力與轉向器的輸出扭矩具有直接的關系，根據輸出扭矩表達式M=P×S0×RF（P油泵最大工作壓MPa；M輸出扭矩N·m；S0油缸工作面積m2；RF為扇形齒分度圓半徑m）。當油缸直徑與螺桿的參數一定時，輸出扭矩與油泵最大工作壓呈正比，為轉向器設定最大壓力，則最大壓力下輸出扭矩為T=Mmax。該最大壓力值是廠家綜合油缸直徑、壽命，以及泄露壓力等因素進行設定的，所以需要根據最大壓力值進行轉向油泵的選擇。當轉向器具有限壓閥時，轉向油泵壓力比轉向器最大壓力稍高；當動力轉向器無限壓閥時，轉向油泵壓力可與轉向器最大壓力一致。通過這種壓力匹配設計，能夠保證轉向器的泄壓，提高液壓助力系統效率，延長使用。如福田牌BJ676CMFB車型城市客車的壓力設計，首先計算出最大輸出扭矩M=1500N·m；然后根據轉向器提供的參數：

S0=3.14×0.07×0.07/4=0.0038m2

RF=0.04m；

則P=1500/0.0038×0.04=9.8MPa。由于該轉向器無限壓閥，因此壓力選擇略大于9.7MPa，選擇壓力為10MPa～11MPa。其推薦的轉向器為13MPa，偏大。

（二）流量匹配

轉向油泵為液壓助力系統提供油液的流量，轉向油泵的流量屬于客車液壓系統的重要參數之一，直接影響著轉向系統的反應速度、輕便性、回正能量以及損耗、使用壽命。轉向油泵流量應滿足轉向器對油泵流量的要求，提供活塞移動所產生空間的流量需要，其最小流量計算表達式為Qmin=nAt+△Q（Qmin為最小流量；t為轉向器螺桿螺距；△Q為最大內泄流量；A為轉向器活塞缸面積）。大型客車方向盤直徑通常為500mm，因此n可取值100r/min，當活塞缸徑為120mm，螺距為12mm，內泄量為1L/min時，最小流量則為14.5L/min。通常動力轉向器的廠家都會給出流量的要求，因此轉向油泵流量的選擇應比轉向器稍高，此外，還要走注意在低轉速時，轉向油泵所提供的油量是否滿足要求。在選擇轉向油泵流量時，在滿足液壓助力轉向系統正常工作的情況下應盡量控制流量在最小值，控制流量可比計算值小2～3L/min。

（三）轉向器力傳動比、角傳動比關系

其中，ip為力傳動比；iw為角傳動比；Mr為輸出扭矩N·m；Mva為方向盤力矩N·m；Dsw為方向盤直徑mm；為主銷偏移距。根據GB17675-1999的規定，當轉向器具有助力轉向，但是助力失效時，方向盤受力應≤588N，因此根據公式，可通過增大方向盤的直徑來減小方向盤的上手里。為了實現地碳節能，可根據GB17675-1999、GB7258-2012的規定來匹配動力轉向泵。

結語

大中型客車的液壓助力轉向系統應實現元件布置、設計、選型的最優化，從而保證液壓助力轉向系統的優良與可靠，提高客車的舒適性與實用性，并使駕駛員在操控中能夠擁有輕便的手力。

參考文獻

[1]于志強，李晶.大中型客車液壓助力轉向系統的設計匹配[J].客車技術與研究，2009 （02）.