某越野車轉(zhuǎn)向油泵殼體爆裂原因分析及驗(yàn)證

沈阿榮 劉偉建 舒勇 田豪 范廣龍

摘 要：文章通過(guò)對(duì)某越野車型轉(zhuǎn)向油泵爆裂進(jìn)行了分析，提出解決方案，并對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，為各類變型車及新車型開發(fā)提供理論依據(jù)與參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪泵；殼體爆裂

中圖分類號(hào)：U463.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-80-02

Abstract： In this thesis， we make the analysis and validation of the pump split on the off-road Steering， put forward the method of the resolvent and verify it. The thesis provide a theoretical basis for the development of all kinds of variants and new models reference.

Keywords： steering systems； gear pump； split

CLC NO.： U463.4 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-80-02

前言

某型號(hào)越野車在出廠摸底試驗(yàn)中，五輛樣車中有三輛樣車在舉升備輪時(shí)發(fā)生油泵殼體爆裂的故障。本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，找到轉(zhuǎn)向油泵殼體爆裂的原因，并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證解決了該問(wèn)題，提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性。

1 故障現(xiàn)象

樣車在行駛大約1000公里后，車輛進(jìn)行常規(guī)檢查，舉升備輪時(shí)發(fā)生油泵殼體爆裂的故障。如圖1所示。

對(duì)損壞的齒輪泵進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的主動(dòng)齒輪有高溫灼燒的顏色，浮動(dòng)軸承座表面有嚴(yán)重的磨損痕跡，安全閥彈簧變形，長(zhǎng)度比正常的彈簧長(zhǎng)度縮短5mm左右。如圖2所示。

2 故障原因分析

由于油泵殼體是在舉升備輪時(shí)發(fā)生爆裂，所以先對(duì)液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和備輪操縱系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2.1 轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理介紹

該越野車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與備輪舉升系統(tǒng)共用一個(gè)液壓泵。液壓油箱1中的液壓油通過(guò)吸油多通接頭3分別進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)向油泵5和安裝在分動(dòng)器上的應(yīng)急泵10。轉(zhuǎn)向油泵5驅(qū)動(dòng)液壓油進(jìn)入備輪升降控制閥12后分為兩路：一路進(jìn)入應(yīng)急閥9的P1口，另一路直接進(jìn)入雙回路轉(zhuǎn)向器7的第一回路；應(yīng)急泵10驅(qū)動(dòng)液壓油進(jìn)入應(yīng)急閥9的P2口，應(yīng)急閥A口與轉(zhuǎn)向器7的第二回路連接，驅(qū)動(dòng)前二橋轉(zhuǎn)向助力缸8進(jìn)行工作。由于轉(zhuǎn)向油泵5內(nèi)置安全閥，所以當(dāng)壓力升高時(shí)，通過(guò)內(nèi)置安全閥進(jìn)行卸荷保護(hù)，轉(zhuǎn)向器7和應(yīng)急閥9的回油通過(guò)回油多通接頭4流回液壓油箱1。轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理示意圖如圖3所示。

備輪操縱控制閥由一個(gè)三位四通電磁換向閥和一個(gè)雙向調(diào)速閥集成，可以分別調(diào)節(jié)備輪油缸的上升和下降速度，保證油缸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和安全性的要求，同時(shí)在油缸未工作時(shí)，保證油液最大限度通過(guò)控制閥，進(jìn)入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。根據(jù)備輪舉升特性和車輛液壓系統(tǒng)參數(shù)，備輪操縱控制閥中位的最小通過(guò)流量可以達(dá)到50L/min，以滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量需求。按照油缸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和安全性的要求，按30s時(shí)間，液壓缸的行程為470mm，舉升油缸具體參數(shù)見表1。

通過(guò)表3的備輪舉升油缸性能參數(shù)可以計(jì)算出活塞運(yùn)動(dòng)的平均速度 ，從而計(jì)算可得備輪舉升時(shí)需要的流量為： 。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)轉(zhuǎn)速為600r/min±50r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸速比為1.47，所以發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)油泵的轉(zhuǎn)速為600×1.47=882r/min。油泵性能參數(shù)如表2所示，性能特性曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4轉(zhuǎn)向油泵特性曲線可以看出，在油泵轉(zhuǎn)速882r/ min時(shí)，油泵的輸出流量大約為21L左右。由于備輪舉升系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共用轉(zhuǎn)向油泵，所以油泵輸出的油液經(jīng)過(guò)備輪舉升電磁閥，有21-2.86=18.14L/min的油液需要進(jìn)行溢流。故障樣車的轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)置安全閥，安全閥卸荷孔直徑僅有1mm，多余的油液直接進(jìn)入油泵進(jìn)油口。當(dāng)操作備輪舉升系統(tǒng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)向油泵溢流油液多，溢流時(shí)間長(zhǎng)，使油泵內(nèi)部建立高壓，產(chǎn)生高溫，鑄鋁材料的油泵殼體變形，導(dǎo)致主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)中二次掃膛，掃膛下來(lái)的鋁屑將安全閥卸荷孔堵塞，致使安全閥失效，系統(tǒng)壓力超過(guò)油泵殼體使用極限，致使油泵殼體開裂。

3 解決措施

根據(jù)前面的原因分析，要徹底解決油泵殼體開裂的情況，需要解決轉(zhuǎn)向油泵（齒輪泵）安全閥內(nèi)部溢流，將安全閥內(nèi)置油泵改為外置管路中，并將溢流油液回到油箱。改進(jìn)后的轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理示意圖如圖5所示。

4 驗(yàn)證效果

五輛樣車整改后，各經(jīng)過(guò)3萬(wàn)公里可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，轉(zhuǎn)向油泵未再出現(xiàn)殼體開裂及其它異常現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和備輪舉升系統(tǒng)運(yùn)行正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該越野車暴露的問(wèn)題進(jìn)行分析驗(yàn)證，有效的解決了該類液壓系統(tǒng)存在的安全隱患，并為各類變型車設(shè)計(jì)及新車型開發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。

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