某單前軸重型牽引車汽車轉向系統的優化提升

劉永閣

（中國重汽集團濟寧商用車有限公司，山東 濟寧 272000）

轉向沉重問題是轉向系統較為常見的問題，因轉向沉重問題成因較為復雜，除機械故障外，與油品、輪胎氣壓甚至用戶感知有關。在實踐中，上述常規手段往往無法從根本上排除故障，需要進一步從系統理論上進行分析。從實物質量及理論設計角度對某重型牽引汽車存在的轉向沉重問題進行了分析，并通過實際反復測量驗證，找出了轉向沉重問題的主要原因，并通過優化使該問題得以徹底解決。

1 影響因素分析

對重型汽車轉向沉重問題，常規的故障原因主要有以下幾個方面：轉向橋超載引起的故障、轉向橋輪胎氣壓低引起的故障、系統油液量不夠引起的故障、系統油臟引起的故障、系統進入空氣引起的故障、轉向系統膠管變形引起的故障、轉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、轉向桿系變形或損壞引起的故障、轉向橋壓力軸承變形引起的故障、轉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行時即出現該問題，現場排查未發現機械性故障，轉向進出油管未變形虧折，故后續將排查重點放在轉向器失效及助力泵的流量不匹配2個方面。

1.1 轉向系統產品符合性問題

針對轉向沉重問題，隨機抽取11臺售后反饋沉重的方向機進行臺架試驗分析，其中2臺出現沉重問題，其余產品故障未再現。針對該2臺方向機進行拆解，其中1臺因殼體主缸孔拉缸導致內漏，另1臺因卸荷閥內部壓氧膠堵塞導致無法建壓，后續針對問題點進行提升改進。

1.2 轉向系統理論匹配分析

對車輛轉向系統從設計理論的角度上進行分析，影響轉向沉重的主要因素有以下兩個方面：一是轉向系統傳動機構傳動比及轉向系統輸出扭矩；二是助力轉向系統工作壓力及系統流量匹配合理性。

（1）轉向系統傳動機構校核分析。對該車型轉向系統傳動機構進行現場檢查，在轉向過程中轉向系統各個零部件之間不存在干涉現象，助力轉向管路連接無誤。

①轉向系統傳動機構傳動比校核。前橋轉向傳動機構角傳動比。

式中：β為轉向輪的轉角，42°；α為轉向器的搖臂軸擺角，45°；l2為轉向節臂長，281mm；l1為最小轉向搖臂長，270mm。

②轉向系統輸出扭矩校核。

μ為輪胎與地面摩擦系數，一般取0.7左右；G為轉向車輪載荷，N，MT13空載按4.2T，滿載時按6T載荷計算；P為輪胎充氣壓力，810kPa。

轉向器最大輸出扭矩6350N.m＞轉向阻力矩。通過以上分析可以得出，轉向系統傳動機構符合要求，該處不是造成轉向沉重的原因。

（2）助力轉向系統工作壓力及系統流量分析校核對。該車型液壓助力轉向系統所需最大工作壓力及控制流量進行匹配計算分析，其分析過程如下：

轉向系統所需最大工作壓力：

其中P為油泵的最大工作壓力；T為轉向器搖臂的輸出扭矩T=MZ；S0為轉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。

由以上計算可以得出轉向系統所需工作壓力為9.45MPa。

轉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轉向器需求流量60n·t·s，n方向盤最大瞬時轉速，重型貨車取1.25r/s；t為方向機螺桿螺距；s為油缸有效工作面積8889mm2；Q泄取0.15Q1；1.5～2為經驗系數，與制造水平有關。

計算可得轉向器所需工作流量：Q1=14.85L/min。

轉向泵的排量q=Q總/n1=21.15ml/r

其中n1為發動機怠速時轉向泵轉速n1=n2×i，n2為發動機怠速，取550r/min，i為發動機與轉向泵速比1.276。

故轉向泵控制流量為：Qp=q·n，其中n為達到限制流量時轉向泵的轉速，取900～1000r，即Qp=19.04～21.15L/min

經上述計算，轉向系統的所需工作壓力9.45MPa，轉向系統需求總流量為14.85L/min，轉向泵最大控制流量19.04～21.15L/min。當前實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向要求。

1.3 現場實際流量測量情況

選取問題車輛，把流量計串聯轉向油路中，對不同發動機轉速下系統流量進行實際測量，轉向葉片泵實際檢測流量比理論計算值偏低，偏差較大約2L/min。盡管轉子泵流量在輸出范圍內，但輸出流量水平偏低處于特性曲線下方，是導致轉向沉重問題的一個重要因素，可以通過改變轉子泵溢流孔方式進行調整，把流量適當提高。

2 優化改進措施

（1）方向機自身符合性改進。針對方向機內漏大問題，為避免殼體在周轉過程中碰傷，增加殼體專用周轉盒、防止周轉中二次污染及碰傷；進一步提升總成清潔度，將磨合、性能臺架油品過濾系統升級由2級升級成3級；針對膠水凝固導致的無法建壓問題，將由原集中噴促進劑改為單件噴涂，避免噴涂過量及噴涂位置范圍過大造成滴落。

（2）對系統流量重新優化匹配。提高車輛轉向系統流量主要有兩種途徑。

①通過提高動轉泵與發動機轉速比即傳動比，以提高發動機怠速時動轉泵的轉速來提高系統流量。

②通過提高轉向泵的排量。由于第一種方案需對發動機與動轉泵連接處的嚙合齒輪齒數做修改，優化工作較為復雜，成本較高，故采取第二種優化途徑，將原轉向葉片泵節流體孔（喉管）由原φ4.2更改為φ4.3,相應轉向葉片泵流量可提升1.5L/min左右,改進后流量與理論計算值基本一致。針對該車輛更換優化方后的轉向泵，并對不同轉速下的系統流量進行檢測，流量特性曲線如圖1、2。

圖2 改進后產品流量特性曲線

對更換轉向葉片泵車輛使用轉向測力計進行測量，同樣發動機轉速條件下，新狀態較老狀態轉向力降低7N左右，轉向輕便，效果明顯，沉重感消失。

3 跟蹤驗證

按照上述改進措施，對該車型進行優化提升，經三個月市場跟蹤驗證，未發現轉向沉重問題，用戶較為滿意。

4 結語

該文通過對方向機符合性質量提升，同時從設計理論角度對轉向沉重問題進行了深入的計算分析及相關試驗驗證，最終找出轉向沉重問題產生的主要原因，通過相應的優化方案最終將問題徹底解決。