某单前轴重型牵引车汽车转向系统的优化提升

刘永阁

（中国重汽集团济宁商用车有限公司，山东 济宁 272000）

转向沉重问题是转向系统较为常见的问题，因转向沉重问题成因较为复杂，除机械故障外，与油品、轮胎气压甚至用户感知有关。在实践中，上述常规手段往往无法从根本上排除故障，需要进一步从系统理论上进行分析。从实物质量及理论设计角度对某重型牵引汽车存在的转向沉重问题进行了分析，并通过实际反复测量验证，找出了转向沉重问题的主要原因，并通过优化使该问题得以彻底解决。

1 影响因素分析

对重型汽车转向沉重问题，常规的故障原因主要有以下几个方面：转向桥超载引起的故障、转向桥轮胎气压低引起的故障、系统油液量不够引起的故障、系统油脏引起的故障、系统进入空气引起的故障、转向系统胶管变形引起的故障、转向器失效引起的故障、助力泵的流量和车型不匹配引起的故障、助力泵损坏引起的故障、转向杆系变形或损坏引起的故障、转向桥压力轴承变形引起的故障、转向助力缸失效引起的故障、客户感知原因。

因车辆在先期投入运行时即出现该问题，现场排查未发现机械性故障，转向进出油管未变形亏折，故后续将排查重点放在转向器失效及助力泵的流量不匹配2个方面。

1.1 转向系统产品符合性问题

针对转向沉重问题，随机抽取11台售后反馈沉重的方向机进行台架试验分析，其中2台出现沉重问题，其余产品故障未再现。针对该2台方向机进行拆解，其中1台因壳体主缸孔拉缸导致内漏，另1台因卸荷阀内部压氧胶堵塞导致无法建压，后续针对问题点进行提升改进。

1.2 转向系统理论匹配分析

对车辆转向系统从设计理论的角度上进行分析，影响转向沉重的主要因素有以下两个方面：一是转向系统传动机构传动比及转向系统输出扭矩；二是助力转向系统工作压力及系统流量匹配合理性。

（1）转向系统传动机构校核分析。对该车型转向系统传动机构进行现场检查，在转向过程中转向系统各个零部件之间不存在干涉现象，助力转向管路连接无误。

①转向系统传动机构传动比校核。前桥转向传动机构角传动比。

式中：β为转向轮的转角，42°；α为转向器的摇臂轴摆角，45°；l2为转向节臂长，281mm；l1为最小转向摇臂长，270mm。

②转向系统输出扭矩校核。

µ为轮胎与地面摩擦系数，一般取0.7左右；G为转向车轮载荷，N，MT13空载按4.2T，满载时按6T载荷计算；P为轮胎充气压力，810kPa。

转向器最大输出扭矩6350N.m＞转向阻力矩。通过以上分析可以得出，转向系统传动机构符合要求，该处不是造成转向沉重的原因。

（2）助力转向系统工作压力及系统流量分析校核对。该车型液压助力转向系统所需最大工作压力及控制流量进行匹配计算分析，其分析过程如下：

转向系统所需最大工作压力：

其中P为油泵的最大工作压力；T为转向器摇臂的输出扭矩T=MZ；S0为转向器油缸的工作面积9505mm²；S1为是螺杆外径所占面积，615mm²；Rf为扇形齿分度圆半径，49.5mm；η为输出效率取0.9。

由以上计算可以得出转向系统所需工作压力为9.45MPa。

转向器所需最大工作流量Q总=(1.5～2)Q1+Q泄=(1.5～2)×60n·t·s+Q泄

其中，Q1转向器需求流量60n·t·s，n方向盘最大瞬时转速，重型货车取1.25r/s；t为方向机螺杆螺距；s为油缸有效工作面积8889mm²；Q泄取0.15Q1；1.5～2为经验系数，与制造水平有关。

计算可得转向器所需工作流量：Q1=14.85L/min。

转向泵的排量q=Q总/n1=21.15ml/r

其中n1为发动机怠速时转向泵转速n1=n2×i，n2为发动机怠速，取550r/min，i为发动机与转向泵速比1.276。

故转向泵控制流量为：Qp=q·n，其中n为达到限制流量时转向泵的转速，取900～1000r，即Qp=19.04～21.15L/min

经上述计算，转向系统的所需工作压力9.45MPa，转向系统需求总流量为14.85L/min，转向泵最大控制流量19.04～21.15L/min。当前实际装车叶片示最高压力为15MPa（带安全阀），控制流量在16～20L/min，正常情况下可以满足转向要求。

1.3 现场实际流量测量情况

选取问题车辆，把流量计串联转向油路中，对不同发动机转速下系统流量进行实际测量，转向叶片泵实际检测流量比理论计算值偏低，偏差较大约2L/min。尽管转子泵流量在输出范围内，但输出流量水平偏低处于特性曲线下方，是导致转向沉重问题的一个重要因素，可以通过改变转子泵溢流孔方式进行调整，把流量适当提高。

2 优化改进措施

（1）方向机自身符合性改进。针对方向机内漏大问题，为避免壳体在周转过程中碰伤，增加壳体专用周转盒、防止周转中二次污染及碰伤；进一步提升总成清洁度，将磨合、性能台架油品过滤系统升级由2级升级成3级；针对胶水凝固导致的无法建压问题，将由原集中喷促进剂改为单件喷涂，避免喷涂过量及喷涂位置范围过大造成滴落。

（2）对系统流量重新优化匹配。提高车辆转向系统流量主要有两种途径。

①通过提高动转泵与发动机转速比即传动比，以提高发动机怠速时动转泵的转速来提高系统流量。

②通过提高转向泵的排量。由于第一种方案需对发动机与动转泵连接处的啮合齿轮齿数做修改，优化工作较为复杂，成本较高，故采取第二种优化途径，将原转向叶片泵节流体孔（喉管）由原φ4.2更改为φ4.3,相应转向叶片泵流量可提升1.5L/min左右,改进后流量与理论计算值基本一致。针对该车辆更换优化方后的转向泵，并对不同转速下的系统流量进行检测，流量特性曲线如图1、2。

图2 改进后产品流量特性曲线

对更换转向叶片泵车辆使用转向测力计进行测量，同样发动机转速条件下，新状态较老状态转向力降低7N左右，转向轻便，效果明显，沉重感消失。

3 跟踪验证

按照上述改进措施，对该车型进行优化提升，经三个月市场跟踪验证，未发现转向沉重问题，用户较为满意。

4 结语

该文通过对方向机符合性质量提升，同时从设计理论角度对转向沉重问题进行了深入的计算分析及相关试验验证，最终找出转向沉重问题产生的主要原因，通过相应的优化方案最终将问题彻底解决。