收割機液壓轉向系統的結構故障分析研究

田 銳

（三峽大學機械與動力學院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景

目前，隨著我國經濟的快速增長，收割機產業成為我國國民經濟的重要產業之一。轉向系統是收割機的一個重要組成部分，液壓轉向系統在收割機中的應用較為廣泛，并代表著液壓轉向系統技術的發展方向。由于液壓轉向系統在收割機上發生故障的概率大，液壓轉向系統的結構較為復雜，為更好地降低故障的發生率，需要進行系統的分析，研究液壓轉向系統結構可能發生的故障及處理辦法。

2 研究意義

隨著我國經濟的高速穩步發展，每年收割機生產量都在增加，對推動國民經濟的快速增長具有很強的促進作用[1]。由于收割機的整車承載重量不斷提高，在收割機轉向控制過程中往往需要有效克服通向地面的巨大阻力矩。為了克服轉向過程中遇到的困難，使收割機具有良好的機動性能，應在收割機中安裝液壓助力轉向系統[2]。收割機結構復雜，發生的故障是多種多樣的，為避免液壓轉向系統發生故障，要了解液壓轉向系統的結構，對其進行維護及保養，可對行業競爭性的增強以及我國經濟的快速增長起到積極的作用。

收割機在行駛過程中經常需要改變行駛方向，使其按駕駛員指令所規定的方向行駛，即為收割機轉向。實現改變行駛方向的主要辦法是借助轉向系統使收割機前后輪產生偏轉夾角，若收割機在直線方向行駛，車輪因地面的干擾作用，會產生一定的側向偏離，繼而會導致收割機產生偏離角度。因此，這時候需要駕駛員控制好轉向盤，將轉向盤轉至與收割機相反的行駛方向，這樣便可有效地確保收割機保持直線方向行駛。同時，可在收割機上設置一個保證轉向或直線行駛的機構即收割機轉向系統[3]。對于轉向系統來說，主要需求就是轉向靈敏與操作輕松。轉向靈敏要求轉向器傳動小，操作輕松要求轉向器傳動大。這是相互矛盾的，簡單的轉向系統并不具備轉向靈敏與操作輕松的優點，為解決這個矛盾，在許多收割機中應用發動機輸出較少的力來改變行駛方向進行驅動。

3 機械轉向系統

機械轉向系統是以機械結構把轉向力輸出[4]。收割機轉向系統主要是由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構組成。轉向操縱機構是轉向盤至轉向傳動軸之前、駕駛者操縱轉向的裝置；轉向器是駕駛者改變轉向操舵力和改變操作行駛方向的裝置；轉向傳動機構是將轉向器產生的力和轉向輪運動傳至兩側轉向節并確保其正確操作行駛方向的裝置。

當行駛的收割機速度提高或加速改變方向時，駕駛者對轉向盤施加操舵力。轉向盤對轉向軸產生一個轉矩，該轉矩通過轉向傳動軸輸入給轉向器。該轉矩經轉向器放大和改變運動方向后傳給搖臂、直拉桿、轉向節臂、左轉向節，驅動左輪偏擺；同時左轉向節將轉矩傳給左梯形臂、橫拉桿、右梯形臂、右轉向節，驅動右輪偏擺，從而改變收割機行駛的方向。

轉向盤是控制收割機行駛方向的功能件，也是內飾裝飾件。在確?？刂剖崭顧C方向的前提下，轉向盤應手感舒適，在發生意外碰撞時，確保起到緩沖作用，保護駕駛員的安全。轉向盤一般由輪緣、輪輻、輪轂及附件等組成。轉向盤的尺寸和其形狀直接影響使用收割機時的舒適性和轉向助力操縱的輕便性。直徑大的轉向盤操縱輕便，如果選擇了直徑小的轉向盤，駕駛員可能需用較大的轉向助力，從而使得收割機的操縱趨于困難。在現代收割機中，基本上都安裝了轉向助力裝置，轉向操舵力不需要很大，從而提高操縱舒適性。

轉向軸和轉向管柱總成轉向操縱裝置的主要結構特點，轉向操縱裝置在基礎結構方面采用了高強度的沖壓件，減輕了轉向操縱裝置的整體質量。在調整結構上，采用高彈力彈簧控制轉向管柱角度的調整，可根據駕駛員座椅的位置隨時調整轉向盤的高度及角度，使駕駛更為舒適。采用最新的三鎖合一裝置，點火開關、車門鎖、油箱鎖采用同一套鑰匙進行控制，使用方便。同時能更改轉向軸結構，增加轉向盤鎖止功能，加強防盜功能，提高了安全性。轉向軸下端的軸承采用橡膠軸承，在轉向盤轉向過程中，可自動找正轉向軸軸線，消除轉向管柱兩端軸承孔不同軸帶來的影響，減少磨損，可緩沖收割機行駛過程中轉向盤的振動，提高駕駛舒適性。

4 轉向操縱裝置總成的結構特點

夾緊調整機構[5]主要由氣缸、活塞、碟形彈簧、搖臂及搖臂座等組成，靠碟形彈簧彈力產生的摩擦力鎖緊轉向管柱。正常時為鎖緊狀態，需要調整時接通氣路，打開活塞，轉向管柱處于松開狀態，可方便地調整轉向盤的高低、前后位置和前后角度，及時適應駕駛員的坐姿。在轉向軸與伸縮軸連接方式上，首次采用等速萬向聯軸器。該結構使轉向軸、伸縮軸的角速度相等，轉向盤的旋轉角度可以等效地傳遞到前橋輪胎。轉向軸與軸承的連接方式用卡箍直接鉚住取代擋圈方式，消除了原來軸、孔用擋圈軸向所產生的間隙，就消除了在行駛過程中收割機轉向盤上下振動的現象。

5 液壓轉向系統的工作原理

液壓轉向系統[6]直線行駛時：轉向盤不動，軸向控制閥處在中間位置，轉向油泵為卸荷，油路閉鎖，動力轉向器無助力作用。向左轉向：轉向盤左轉，轉向控制閥處在左邊位置，油泵開始工作，助力缸活塞向右移動，車輪左轉從而實現向左轉向。向右轉向：情況與上述相反。

6 收割機典型的液壓轉向系統

下面介紹一下收割機典型的液壓轉向系統[7]，單前軸轉向車型的液壓轉向系統管路，其結構較為簡單。

1）液壓轉向機構的故障現象：轉向沉重[8]。產生故障的原因：①轉向油罐缺少油液。②轉向油罐中的油液高度低于規定的要求。③油罐內部太臟，濾網堵塞。④轉向油管接頭松動，致使轉向液泄漏。診斷與排除：①檢查轉向油罐內的油質或油面高度，如油液質量有問題則應更換成規定的油液。②若油液面高度低于規定的高度，應加油使油液面達到規定的位置。③查看油杯濾網，如濾網臟，應清洗動力轉向系統。④檢視油管的各連接頭，將各連接螺栓擰緊。

2）轉向液壓泵產生故障現象：單邊轉向沉重[9]。產生故障的原因：轉向液壓泵控制閥內有異物，造成液壓泵不能正常工作。診斷與排除：更換轉向助力葉片泵。

3）轉向器產生故障現象：單邊轉向沉重、轉向沉重、轉向失靈與漏油。產生故障的原因：①由于轉向器活塞缸的油封控制閥密封性有較大問題，油管的連接螺栓沒有完全緊固，致使其轉向液發生泄漏。②轉向器活塞缸的控制閥有較大的堵塞與損壞，導致其轉向器工作系統運行不符合規律。③由于轉向器油封活塞缸的磨損較大，油封控制閥密封不良，控制閥經常損壞。④彈簧轉向器上的彈簧定位輪和彈簧片體的彈力性能不足或容易折斷。⑤安裝定位閥體、閥體、配油盤、定子及主閥后蓋結合處的螺栓較為松動。診斷與排除：①更換轉向器，并緊固油管連接處的管接頭、更換轉向器。②更換動力轉向器與新的彈簧片。③把螺栓按順序要求擰緊。

4）油管產生故障現象：轉向沉重、系統有異響和噪聲過大[10]。產生故障的原因：①油管各連接部位的螺栓松動，致使泄漏。②油管有堵塞、彎折，產生共振及出油不暢的情況。診斷與排除：①檢查油管的各個連接部位，緊固各連接螺栓。②按規定調整轉向器齒輪、齒輪間隙。

5）輪胎產生故障現象：氣壓不足，氣壓不符合正常行駛要求。產生故障的原因：單邊轉向沉重、轉向沉重。診斷與排除：①按照規定給輪胎充氣，且調整發動機的性能。②給輪胎進行充氣，直到達到規定的要求值。

6）油杯產生故障現象：收割機偏駛、異響。產生故障的原因：①油杯內部的濾芯臟，導致轉向泵吸油不良。②油杯的油面過低，系統中有漏油現象。③油杯油面過于低。診斷與排除：①檢查油杯，并更換新的油杯。②對轉向液進行補充且充氣。

7）轉向泵控制閥產生故障現象：快速打方向時轉向沉。產生故障的原因：轉向泵控制閥被污染物堵塞，造成運行不規范。診斷與排除：更換轉向助力葉片泵。

8）轉向油泵產生故障現象：系統會出現過熱。產生故障的原因：轉向油泵的流量過多。診斷與排除：對油泵的流量進行調整，減少輸出。

9）轉向節主銷產生故障現象：系統會發生過熱情況，轉向輪出現回正困難。產生故障的原因：主銷被銹死。診斷與排除：更換主銷。

10）轉向控制閥產生故障現象：行駛跑偏。產生故障的原因：控制閥被異物堵塞。診斷與排除：檢查轉向閥，并進行更換。

11）液壓轉向系統的動力轉向器的檢修方法：檢查轉向器殼體是否漏油，蓋板螺栓是否松動。若漏油，應更換油封；螺栓松動，則擰緊。檢查軸承是否松動。若松動，應調整；若磨損嚴重，則更換軸承。中心軸有裂紋，則采用磁力探傷法進行檢查。認真檢查安裝的轉向控制閥油封唇與軸的接觸面是否存在磨損、燒蝕或刻痕等，若有磨損現象出現應及時更換轉向軸，油封老化變形也應更換。

12）轉向液壓泵的檢修方法[11]：①檢查流量控制閥的磨損與損壞情況。將控制閥加入油液施壓，檢查是否可憑本身重量順利地進閥門內，檢查流量控制閥是否有漏油的現象，先關閉一個閥孔，再向相反的方向用壓縮空氣加壓40 kPa~50 kPa，檢視空氣應不會由閥孔端漏出。如需更換，應更換與后殼相同記號的流量控制閥。檢查彈簧的長度是否符合規格，有無破損的情況，其長度為47 mm~50 mm，如不符合，應更換。②檢查前、后殼軸套的損壞情況，有無裂痕。測量轉子軸與軸套之間的間隙，最小間隙為0.03 mm。更換油封，用一字螺釘工具將現油封拆下，再用專用工具把新油封換上。檢查前后側壓力板與轉子的接觸面，若有磨損，則更換。③檢查液壓泵轉子再裝葉片的槽內是否有污染物，若有應清洗。④檢查葉片、轉子、定子表面是否有嚴重的燒蝕、磨損，若有應換液壓泵。

13）液壓動力轉向裝置的保養：①液壓泵驅動傳動帶在40 N的壓力下，撓度約為10 mm~15 mm。②加油時，應保持清潔。油液經過濾網過濾后可加入。③濾網被污染物堵塞，可用汽油清洗。更換汽輪油、加油時應注意：旋出加油螺塞，將轉向盤向左轉到底，加油至“油面”的記號處，再將轉向盤向右轉到底加油，然后再向左、向右轉動轉向盤，直至加入的油不少于2.5 L。把油加到標記處后，使發動機怠速運轉，來回旋轉轉向盤到底，轉到低時以100 N的力保持2 s~3 s，然后再加油到標記處，當轉向油罐中不再有空氣泡溢出時，停止加油。將密封墊和蓋裝上，旋緊螺塞。

7 總結

綜上所述，本文基于收割機的液壓轉向系統，主要對以下內容進行了研究：1）在轉向系統的概述中，對轉向系統的基本功用、結構及其要求進行了深入分析。2）簡要地說明了液壓轉向系統的主要機構及組成、優缺點及工作運行原理，并進行了分析。3）對液壓轉向系統的結構故障診斷進行分析，并做出了解釋說明。4）針對液壓轉向系統的結構檢修與保養，給出了檢修與保養的方法。5）針對液壓轉向系統的維護做了說明，并總結了流程。