陕重汽某车型驾驶室高度阀若干应用问题分析和研究

摘 要：陕重汽某车型是陕重汽主打车型，在国内重卡市场占据重要位置，但由于相关产品生产制造误差，国内外高度阀产品设计标准差异化以及千差万别的使用环境，导致项目初期高度阀出现诸多不适应的情况。针对这些故障现象，基于现场大量的测量结果和相关理论分析，提出了针对性的解决措施;并设计了相关试验方法以检验国内外不同泄漏量标准的等效性;根据高度阀实际应用环境，对高度阀的“死区”进行了合理分析，拓展了国内高度阀应用经验;针对新品入库检验和售后市场，设计了高度阀相关的检验方法和设备以便于快速判别问题。关键词：陕重汽;驾驶室;空气悬架;高度阀中图分类号：U463.81 文献标识码：A文章编号：1671-7988（2020）08-117-05

Abstract： This certain key truck platform of Shaanxi Truck plays an important role in China truck market. But a lot of application issues were reported and solutions were required immediately when the project started due to the products manufacturing tolerance， the difference of air suspension valve specifications and the complex application environment. Based on a large amount of on-site inspection and analysis， effective solutions are completed accordingly; some related testing method are designed to evaluate the different leak specifications; analyzed the dead band of air suspension valve; some inspection methods and equipment are designed to complete the in-coming inspection and field inspection.Keywords： Shaanxi Truck; Cab; Air suspension; Air suspension valveCLC NO.： U463.81  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）08-117-05

前言

陕重汽某车型于2018年开始使用美国巴士德公司生产的新款驾驶室高度阀。该车型为四点悬浮空气悬置的平头驾驶室，每台车驾驶室按前一后二布置共计安装三只高度阀。该新款高度阀解决了原高度阀不耐油污和粉尘导致内部气路堵塞失效和内部阀片容易卡滞失效等大量的售后质量问题，但同时在使用之初，出现了一些诸如四个气囊中某个气囊不充气、转轴异常断裂、高度阀摆臂不水平等应用方面的问题。另外，由于国内外泄漏量标准的差异化导致来料检验和售后市场检查出现困难。对于这些无关产品质量的应用问题，设计了针对性的验证方法，并基于大量的重复性和再现性试验，找出了有效的解决措施，并得到了市场的验证。

1 四个气囊中某个气囊不充气的问题

1.1 问题描述

调试车间人员反馈约有1/10的车辆下线之后驾驶室左后方气囊囊皮空瘪，没有气压，如图1所示。驾驶室姿态正常无明显倾斜。经检查，整车以及储气筒气压足够高（≥0.8MPa），所有高度阀以及气囊没有破损和泄漏点，高度阀充、排气功能正常，所有气管路连接可靠，且无折弯、压扁等异常现象。不充气的气囊对应的高度阀摆臂明显倾斜且位于排气位置。另，经过与调试车间人员沟通，这种情况在安装老款高度阀时也一直存在，通常扳动一下高度阀摆臂末端连接的球铰竖杆固定支架能缓解这一问题。

1.2 原因分析

四点悬浮空气悬置的驾驶室有四个气囊，前部安装一只高度阀控制前面左右两个气囊，后面左右两侧各安装一只高度阀，各自控制一个气囊。由于前面两只气囊互通，故前面气囊不会出现不充气的问题，通常只有后面气囊会出现这个问题。由于不充气的气囊对应的高度阀摆臂明显位于排气位置，说明气囊无气是由于高度阀摆臂没有进入充气位置造成的。要使高度阀摆臂进入充气位置，必须使之向充气位置摆动，图1中，必须使高度阀摆臂向下摆动到向下倾斜，才能使气囊充气，当气囊充气之后会逐渐升起并带动摆臂到达水平位置附近关闭高度阀。

出现这个问题的根本原因是由于，四点悬浮的悬置对驾驶室和底盘的设计和加工精度要求较高，前后左右四个气囊的上下支点间的距离偏差很小。这就要求四个气囊至少实际工作高度一致性要非常高，如图2所示。对此处而言，假设底盘零部件安装公差符合设计要求，则左后气囊上支点实际位置显然在其他三个气囊上支点确定的平面以上，导致该气囊无法承受适当的载荷以推动高度阀摆臂进入充气位置。

很多卡车厂工程师和售后服务中心把这个问题归咎于高度阀自身的质量问题，这是有失偏颇的。这一点已经通过交换试验得到过验证。

结合国内卡车厂应用经验来看，驾驶室重量越小（例如800kg左右），横向尺寸越小（刚性较大），越容易出现这种问题。相反，較重较大的驾驶室，单个气囊承载越高，且驾驶室刚性相对偏低，一定程度上能缓解这种问题。

1.3 解决方案

基于以上分析，针对该问题，提出的措施是将球铰竖杆长度缩短一定长度。现场选择20台出现该问题的车辆，平均分成两组，第一组球铰竖杆缩短5mm，第二组球铰竖杆缩短10mm。调节后重新跑车5分钟后停车，观察问题是否消除。表1是统计结果。

以上验证结果显示，球铰竖杆缩短5mm尚不足解决大部分问题车辆，但是缩短10mm可以解决大部分问题车辆。

经过与陕汽的沟通，以此为基础更新了车辆下线的调试工艺。后续持续跟踪3个月，基本上解决了约98%的此类问题。极个别特殊的案例，通过多次调整后也能最终解决。

2 高度阀转轴断裂

2.1 问题描述

售后市场反馈，最近一个月出现3起后方高度阀转轴断裂的情况，如图3所示。断裂位置都在转轴与摆臂配合的颈部。收到舊件后对转轴材质进行金相分析，转轴材质合格。另经确认，高度阀的球铰竖杆工作正常无卡涩阻滞等现象。

2.2 原因分析

高度阀的工作原理是摆臂仅仅绕转轴旋转来实现对气囊的充气、排气以及关闭动作。垂直于高度阀摆臂转动平面的力或者力矩都是不允许存在的。由于旧件高度阀外表无其他损伤，因此，导致转轴断裂的原因只能是工作过程中摆臂受到垂直于摆臂转动平面的力或者力矩。

为了防止行驶中驾驶室和底盘相对位移对高度阀摆臂造成侧向冲击，目前所有的高度阀竖杆都使用上下球铰的设计，如图4所示。正常情况下，球铰的侧向工作行程远大于驾驶室和底盘相对位移，因此不会将驾驶室侧向载荷传递到高度阀摆臂上。但是如果驾驶室前后位移量过大，或者没有前后限位装置，极端情况下可能将侧向力传递到高度阀摆臂造成转轴断裂。

2.3 解决方案

为限制驾驶室前后位移，经过与陕汽沟通，建议在驾驶室后方锁止机构处增加限位装置。该限位装置既要能限制车辆行驶中驾驶室前后位移，也要保证驾驶室翻转之后回落顺畅。具体设计由陕汽负责，最终方案如图5所示。

从限位装置正式装车并完成车辆销售后，持续跟踪售后市场6个月，再无高度阀断轴反馈。

3 车辆静态时高度阀摆臂不水平及原因分析

3.1 问题描述

车辆下线调试车间反馈，部分车辆高度阀安装调试完成之后，发现高度阀摆臂不是完全水平状态，略有向上或者向下倾斜的趋势，除此之外无其他异常现象，如图6所示。

3.2 原因分析

关于这个问题，结合前期应用经验来看，不止卡车，其他安装空气悬架的车辆例如公交车、长途客车等，均有过类似反馈。究其原因，是由于几乎所有高度阀，都必然存在一个既不充气、也不放气的“死区”范围，这个角度基于水平线通常有±1.5°左右，如图7所示。

当车辆行驶在颠簸路面或者驾驶室载荷发生变化时，高度阀摆臂会被推动，从死区向充气或者排气位置旋转，从而打开充气或者排气通道，对气囊充气或者排气，气囊充气或者排气后，手柄又被推向死区，当摆臂逐渐靠近死区边界关闭的一瞬间，气囊高度就会停止变化，也不会推动摆臂继续向水平位置旋转。所以，在车辆正常使用过程中，高度阀摆臂永远都只会停留在死区靠近边界的位置，即摆臂不会处于水平位置，而是略微向上或者向下倾斜。以上分析是基于高度阀安装支架等相关零部件正确安装、调节之后，高度阀在车身安装位置超过公差范围的情况不在讨论之列。

有些客车厂和卡车厂的技术人员对高度阀工作原理了解不够深入，往往会误认为这是一种质量问题或者产品缺陷，实际并非如此。

因此实际应用中，无需过分关注这个问题，而应该重点关注气囊高度是否正确，因为气囊高度关乎驾乘舒适性、车身姿态和车辆操控稳定性。所以必要时，需要检查各个气囊的高度是否在公差允许的范围之内，高度阀最核心的功能是车辆载荷变化时维持气囊高度不变。

3.3 解决方案

根据以上分析，与陕汽进行沟通，以消除认识偏差。建议陕汽在出现类似问题时，首先排除是否存在安装问题，然后检查所有气囊的高度是否在公差允许的范围内。

4 国内外泄漏量标准等效研究以及产品检验方法

4.1 国内外泄漏量标准等效研究

陕汽外检部门反馈，美国标准的高度阀泄漏量是按照一定压力下气流流量标识的，陕汽参考标准是按一定时间内气压降标识的，二者不统一导致无法检验。

对于高度阀的允许的泄漏量，美国标准为80psi压力下不超过4.0SCCM，是以流量值来衡量的。泄漏量的检测也是通过流量计来获取检测结果的，检测一只样品在几分钟内即可完成，非常迅速。陕汽则参考《GB/T 11612-1989客车空气悬架用高度控制阀》（已作废），将高度阀连接在容积为4L初始压力为0.80MPa的储气筒上，24小时之后观察气压下降了多少，使用该方法检测样品十分耗时，陕汽实际生产中也没有按此方法检测，但是陕汽希望了解这两种检测方法的等效性。

由于常规压力状态下干燥空气密度可以通过气体状态方程计算出来，在此先计算容积为4L初始压力P1为0.80MPa的储气筒压力逐步下降为P2之后，对应的美国标准流量值（SCCM），结果详见表2所示。

可以看出，当24小时压力降为0.15MPa即终止压力为0.64MPa到0.65MPa之间时，对应泄漏流量值约4.0SCCM。

为验证理论计算的可靠性，按《GB/T 11612-1989客车空气悬架用高度控制阀》制作了专用检测设备以及6件泄漏量为4.0±0.1SCCM的高度阀样品，采集了6组数据加以验证，结果如表3所示。

从上表可看出，理论计算结果与试验验证结果比较相符。

4.2 产品检验方法

基于前文4.1节的理论计算思路和相关研究方法再做进一步拓展，在此提供按照压降法快速检测高度阀泄漏量的方法（流量检测设备过于昂贵）。为了也能适应恶劣的室外应用环境，所提供的设备为便携式，如图8所示，储气筒容积为4L，初始压力P1为0.80MPa，压力表最小分度为0.01MPa。

可以通过气体状态方程计算出，当储气筒气压由0.80 MPa降低到0.79MPa时，不同泄漏量值与其所需要的时间T之间的关系，考虑到不同季节温度的差异，按照冬季（0°C），春秋季（15°C），夏季（27°C）分别计算，结果如表4所示，曲线如图9所示。

以上数据可以看出，将一个泄漏量为4.0±0.1SCCM的高度閥连接在一个4L储气筒上时，在冬季、春秋季和夏季三种温度条件下，储气筒气压由0.80MPa降低到0.79MPa时，所需要的时间分别是100分钟、95分钟和90分钟，这样的时间消耗相比之前的24小时大为减少，不论在试验室还是室外都具备可操作性。

依此结论，可将待检样品连接到检测设备上，当压力为0.80MPa时开始计时，100分钟（此值为冬季值，春秋季值和夏季值分别按95分钟和90分钟）之后，观察气压表读数，如果不低于0.79MPa，则样品合格，否则不合格。

此设备除检测高度阀泄漏量之外，还可以检测高度阀进气、排气功能以及死区是否正常等所有常规检测项目，且设备成本只有流量检测设备的3%左右，目前已经交付陕汽和其他卡车厂以及相关维修服务站并用于实际检测，用户反馈良好。

5 结论

目前国内已有60%左右的重卡驾驶室安装了空气悬挂，

由于用户对舒适性需求不断提高，传统的螺旋弹簧悬挂将逐步被空气悬挂所替代。高度阀作为空气悬挂关键控制元件，不仅要满足静态安装要求，还要满足车辆运行的动态要求，其重要性不言而喻。关于其应用的各种问题也是亟待解决，这就需要抛弃既有思维模式，不断推陈出新，寻找新的解决问题的方法，才可以满足用户需求。

参考文献

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