某汽车转向液压系统故障分析与改进

石兆勇

（航天特种车研究院，山东泰安271000）

某汽车转向液压系统故障分析与改进

石兆勇

（航天特种车研究院，山东泰安271000）

汽车动力转向系统是保证车辆安全行驶的重要系统，该系统为双回路液压系统，主要由分配阀、转向器、转向油箱、溢流阀、精滤器等组成。针对某型号车辆频繁出现的转向器故障，分析了转向系统的工作原理，并深入剖析了加在转向器上的力矩变化规律，找出了动力转向液压系统中转向器频繁损坏的原因，指出了该系统的不足，并提出了相应的改进措施。

转向器；故障分析；溢流阀

0 引言

某型号牵引车在出厂试验过程中，所有车辆出现转向沉重现象，停车检查发现转向时转向器内有异响，主泵精过滤器接头组合垫密封处有漏油现象，转向系统其他阀件、管路、杆系等未见异常。

1 故障定位分析

对损坏的转向器进行拆检发现：与扇齿轮输出轴配合的齿条式活塞右侧边缘齿断裂，断裂现象如图1。

导致转向器齿条式活塞损坏的可能原因分析如下：

1.1 材质缺陷

该牵引车转向器采用的CQ8111D型整体式转向器，为重庆红岩汽车有限责任公司已定型批产的转向器，在市场上批量应用，使用中极少有此故障现象发生。材质分析结果显示：转向器活塞材料抗拉强度为1 180 MPa，符合设计要求，此项原因排除。

1.2 制造缺陷

仔细检查测量齿条式活塞齿断裂部位，与其余未断裂齿形比对，符合设计要求，排除因加工缺陷造成右侧边缘齿断裂的因素。

1.3 系统压力过高

CQ8111D型整体式转向器额定压力15 MPa，结构原理如图2所示，主要由壳体、转向螺杆、转向螺母、齿条式活塞、油分配阀、扇齿轮输出轴等组成。壳体相当于一个动力油缸，齿条式活塞即是动力缸中的活塞，承担着液压助力的作用，把液压能转化为机械力。图2（a）为左转向状态，方向盘逆时针旋转，压力油进入齿条式活塞左侧，推动活塞向右移，带动扇齿轮输出轴顺时针旋转；图2（b）为右转向状态，方向盘顺时针旋转，压力油进入齿条式活塞右侧，活塞向左移，带动扇齿轮输出轴逆时针旋转［1］。

根据故障现象，复查牵引车实际装配的液压转向系统原理，如图3所示：主泵由发动机带动，副泵由分动器带动。主泵、副泵输出油通过应急阀组成组合油路，保证系统所需流量。转向油泵的输出压力取决于液压系统的负荷 （即动力缸活塞所受的运动阻力）［2］。初步怀疑：底盘实际装配液压系统中YJF2400型应急阀不能很好地控制液压系统的压力。当转向轮转到左右机械限位时，系统压力会持续升高，齿条式活塞推力增大，可能导致机械强度薄弱部位产生破坏性断裂。同时因系统压力突然升高，主泵精过滤器接头组合垫密封处会出现漏油。

假定在活塞与压力油液接触的所有面上加压20 MPa，计算查看活塞破坏处 （最外侧齿齿根处）应力大小。在模拟啮合件基座面上加完全约束，在活塞与缸筒接触面上加径向约束，计算结果见图4。

由图4可见：最大应力点在最外侧齿齿根处，与实际破坏位置相符；当油压20 MPa时该处最大应力约为1 066 MPa。转向器活塞材料抗拉强度为1 180 MPa，而当油压20 MPa时破坏处最大应力约为1 066 MPa。对比破坏处应力值与其抗拉强度，粗略计算破坏处应力达到抗拉强度时的油压，将结果进行复算，验证活塞破坏时的转向系统油压。经对比计算，转向器活塞破坏时，油压约为23 MPa，转向器活塞最大应力约为1 216 MPa，超过其抗拉强度1 180 MPa。由此可证明：当转向器活塞最大应力达到其抗拉强度1 180 MPa时，转向系统油压为23 MPa以上［3］。

综上所述，CQ8111D型整体式转向器齿条式活塞右侧边缘齿断裂的原因为液压系统的压力没有控制在合理的范围内，系统压力过高。

2 排除故障的措施

由以上分析可知：液压系统中还须改进限制系统最高压力的安全阀，控制系统工作压力，保证系统安全。改进后的液压原理如图5所示。

根据故障出现的问题定位和机制分析，提出可行性措施，确定将故障车辆的YJF2400型应急阀更换为3415010型溢流阀，同时更换新的转向器和主泵精过滤器接头组合垫圈。

3415010型溢流阀在定型批产底盘上广泛采用，技术成熟，质量稳定。故障车更换溢流阀后，主泵、副泵同样汇合到溢流阀内部，通过主泵输出流量产生的换向阀两端压差，控制副泵输出油液的卸流或合流，向系统提供稳定的流量。压力由先导安全阀控制溢流阀向系统提供稳定压力。

3 结论

针对车辆频繁出现的转向器故障，通过对转向系统的工作原理进行分析，并深入剖析加在转向器上的力矩变化规律，牵引车转向器损坏问题定位于转向系统压力无法控制在合理的范围内；更换溢流阀后故障没有再出现，表明转向器损坏问题定位准确，机制清楚，处理措施有效。

【1】雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京：北京理工大学出版社，1998.

【2】路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2002.

【3】李效民，李中强.汽车运动过程中的受力分析［J］.河南电大，1994（Z1）：26，33.

Failure Analysis and Improvement for the Steering Hydraulic System of a Vehicle

SHIZhaoyong
（Aerospace Special Vehicle Research Institute，Taian Shandong 271000，China）

The power steering system plays an important role in vehicle safety.It is a dual circuithydraulic system，mainly including distribute valve，steering booster，steering tank，overflow valve and secondary fuel filter and so on.Aiming at the frequent failure of steering booster occurred on a auto，the working principle of the power steering system was analyzed and the torque change law of the steering booster was digged out.The causes of the frequent failure of steering boosterwere found out.Finally the shortage of the system was pointed outand the improvementmeasurementwas put forward.

Steering booster；Failure analysis；Overflow valve

2014－04－22

石兆勇（1984—），男，学士，设计师，从事特种车设计工作。E-mail：shizhaoyong＠139.com。