液壓轉向沉重故障分析與排除

蘇振恒，高利斌，郭長亮

(1.河南機電職業學院，鄭州 451191；2.中鐵工程裝備集團有限公司，鄭州 450016；3.鄭州宇通客車股份有限公司，鄭州 450000 )

1 液壓轉向系統的特點及組成

1.1 組成與原理

液壓轉向系統在工程車輛中普遍采用，其特點是操縱靈活，工作可靠故障少，結構簡單緊湊，安裝布置方便，維修保養簡單[1]。

液壓轉向系統具有液壓隨動作用，當方向盤轉動一個角度，車輛出現一個相應成比例的轉向角度，方向盤停止轉動，則車輛作等半徑的圓周運動，方向盤回到中間位置，則車輛也恢復到直線行駛狀態。從而實現車輛正常的前進、倒退、左轉彎、右轉彎等功能。

液壓轉向系統主要由轉向泵、轉向器、穩流閥、轉向油缸、油箱及管路附件等組成。

1.2 轉向泵

轉向泵是一種能量轉換裝置，即液壓轉向系統的動力元件，將發動機輸出的機械能轉換成液體壓力能，為換向系統提供動力，從而驅動轉向油缸伸出與縮回。

1.3 轉向器

轉向器是轉向系統中的減速傳動裝置，完成由旋轉運動到直線運動的變換，是液壓轉向系統中最重要的部件之一。轉向器的作用是增大轉向盤傳到轉向傳動機構的力和改變力的傳遞方向。液壓轉向器是由隨動轉閥和一幅擺線轉定子副組成的擺線轉閥式全液壓轉向器，在其內部集成有單向閥、溢流閥和雙向緩沖閥。其中單向閥可以防止油液倒流，不使方向盤自由偏轉，以免轉向失靈。溢流閥用來限制油路的最高壓力值不超過設定的系統壓力值，防止系統過載，用戶不得任意調整。雙向緩沖閥能夠保護液壓轉向系統免受油缸傳來的高壓油沖擊，確保油路安全，使壓力保持在特定的值。

1.4 穩流閥

穩流閥是一種單路穩定分流閥，當發動機轉速大于一定值時，轉向泵提供的高壓油經穩流閥可以穩定地向轉向器提供恒定流量液壓油，而多余部分液壓油則回到工作裝置的液壓油箱，保證轉向平穩。保證發動機低轉速時不感覺沉，發動機高速運轉時轉向不會飄，從而改善了轉向性能[2]。

1.5 轉向油缸

轉向油缸是將液體壓力能轉換成機械能，實現往復直線運動的一種執行元件。通過轉向油缸推動前車架，從而驅動車輪的轉向，最終實現轉向功能。它具有結構簡單、工作可靠、傳遞功率大、制造容易等突出優點，因此在轉向系統中應用廣泛[3]。

1.6 油箱

油箱是一種為液壓系統提供液壓油的儲存、散熱、沉淀雜質的裝置，為整車的液壓系統功能實現提供足夠的液壓油。油箱能夠對液壓油進行散熱，通過在油箱上安裝吸油和回油濾油器，保證液壓油的清潔度達到設計要求，最終減少故障的發生。

1.7 管路

管路是連接各個液壓元件的附屬裝置，是油液的流通通道，通過管路的合理布局，不僅可以提升整機的外觀，而且可以提高各個液壓系統的性能。

2 轉向沉重分析

車輛在使用過程中，可能會發生轉向沉重的現象。轉向沉重現象常見有三種狀態：第一種狀態是方向盤根本轉不動；第二種狀態是在低速怠速狀態下轉向沉重，在高速下轉向正常；第三種狀態是原地轉向時，轉向出現沉重現象。

通過分析統計轉向沉重故障的實際案例，發現導致轉項沉重的原因有很多種，但主要原因可歸納為以下幾個方面：

(1)轉向泵供油不足。故障現象表現為車輛在怠速下轉方向盤沉重，高速下方向盤相對較輕。可采用更換或者維修轉向泵的方法排除。

(2)轉向器損壞。故障現象表現為車輛在怠速和高速下，慢轉和快轉方向盤均沉重，且轉向無壓力。維修時需要拆卸轉向器，對轉向器內部油道和端部閥塊進行清洗。

(3)溢流閥故障。閥塊中溢流閥壓力低于工作壓力，溢流閥被卡住或失效，密封圈損壞。故障現象表現為輕負荷轉向輕，增加負荷轉向沉重。可通過調整溢流閥壓力或清洗閥、更換彈簧或密封件，使溢流閥恢復正常。

(4)穩流閥損壞或穩流閥閥芯被卡住，不能復位。故障現象表現為無轉向或轉向飄。排除時需要更換穩流閥或者調整安裝穩流閥的螺釘，保證穩流閥閥芯移動在一個平面上。

(5)轉向油缸安裝誤差或轉向油缸內泄。故障現象表現為轉向時沉重或轉向時緩慢。排除時，需要校正安裝座的誤差，或者更換轉向油缸。

導致轉向沉重的原因有很多且故障現象各種各樣，在實際的檢修中，要充分利用眼、耳、手等感覺器官。首先明確故障的基本現象和特征，再根據液壓系統及元件的構造原理和工作過程，分析可能產生故障的原因，然后進行科學的維修，從而快速解決問題[4]。

3 轉向泵供油不足引起轉向沉重的原因分析與故障排除

3.1 轉向泵供油不足的原因分析

導致轉向泵供油不足的原因主要有以下幾個方面：

(1) 轉向泵不同軸故障。轉向泵本身過度磨損，導致油泵內泄嚴重。主要表現為油泵主動輪端面、側板及齒輪軸磨損嚴重。如圖1為主動輪側板磨損，圖2為齒輪軸磨損，圖3為內部油封損壞。

圖1 主動輪側板磨損

圖2 齒輪軸磨損

圖3 內部油封損壞

判斷具體原因時，可以通過檢查轉向泵與變矩器的安裝配合公差，觀察和分析泵的內花鍵與變矩器的軸承外圈是否同軸，且檢測同軸度是否滿足公差范圍。

(2) 吸油能力不足。由于吸油管路細、油箱缺油、濾芯堵塞以及油液的黏度過高，導致轉向泵吸不上油。如圖4油液沒有到油尺的最低刻度線，圖5 吸油濾芯堵塞，圖6 吸油管路過細。

圖4 油尺的最低刻度線

圖5 吸油濾芯堵塞

圖6 吸油管路過細

因此，應增大管路的內徑和吸油法蘭盤的油口尺寸，保證轉向泵的吸油能力；檢查油箱油液的高度是否在規定范圍內，及時補足液壓油；同時選用合適的液壓油牌號和適合環境溫度的冬季和夏季液壓油，并采取措施提高液壓油的溫度；清洗或更換濾芯，保證吸油暢通無阻。

(3) 回路中有空氣。由于液壓元件的連接接頭沒有擰緊或者密封件損壞，導致空氣進入，造成轉向泵吸空，產生氣蝕。因此應排除回路中的空氣，維修完成或更換新件后，應多進行油缸動作，同時緊固油管接頭，確保密封完好無損。

3.2 轉向泵供油不足的故障排除

轉向油泵供油不足導致轉向沉重的故障排除方法有以下幾種：

(1)采用精密機床或加工中心加工轉向泵和變矩器，以保證轉向泵和變矩器的加工精度，從而能夠在裝配過程中保證轉向泵內花鍵與變矩器內部的軸承外圈同軸，達到同軸度要求。有效避免轉向泵內部主、從動輪以及側板嚴重磨損。

(2)增大轉向泵吸油管路的管徑。通過增大油箱上的吸油法蘭盤油口尺寸，增大油管的內徑，合理布局管路，縮短管路長度，減小油液在管路中流動的摩擦力，提升轉向油泵的吸油能力，避免由于轉向油泵吸空導致轉向沉重。

(3)選用合適的吸油濾芯。通過選取合適的吸油濾芯，提高油濾的通流能力，保證轉向泵吸油順暢，不至于將管路吸真空，同時定期檢查、更換和清洗濾芯。根據冬季和夏季用液壓油標準，保證合理更換不同黏度的油液，以防止因油液黏度不適，導致泵吸空和油溫升高，損壞液壓元件的密封件。

4 結論

工程車輛的液壓轉向系統中，轉向沉重故障都有先兆，發生時都有相應的現象表露[5]。所以應先了解車輛轉向沉重故障的預兆特征，根據液壓轉向系統原理以及液壓元件內部的結構和功能，結合具體現象分析和判斷導致轉向沉重的原因，最終通過更換元件、清洗油路和元件、提高安裝精度、合理選用液壓油等方法解決轉向沉重問題。

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