某车型助力转向油罐的设计校核分析

葛士显，高龙

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某车型助力转向油罐的设计校核分析

葛士显，高龙

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文首先论述了转向油罐的作用及目前整车企业在转向油罐设计方面的现状，然后分析了转向油罐的设计要点及其原因，最后利用以上设计要点对某车型的转向油罐进行了校核分析。结果显示，该车型的转向油罐设计可满足转向系统的工作需求。

转向油罐；设计；分析

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

随着汽车工业的不断发展，液压助力转向系统在汽车工业领域被广泛应用。它是利用发动机的动力来帮助驾驶员进行转向操纵的装置，其工作过程为通过发动机带动动转泵进行工作，动转泵从转向油罐吸油后输出至动力转向器中，根据转动方向，转向器转阀分配流至左右油缸的油量，使左右油缸油液产生压差，从而产生助力，在此过程中液压油通过回油管返回到转向油罐中[1]。

由于动转油具有粘性，在转向系统过程中，油液流动需要抵抗粘性而发热，若发热过大，则动转油粘度急剧下降，会导致液压助力不足和泄露等故障出现，因此，需要动转油罐起到散热作用；而且转向系统在使用过程中，系统零部件磨损会导致转向油液的清洁度下降，从而导致转向异响等故障出现，因此需要动转油罐能够起到过滤作用；另外，转向油罐需要有足够大的容积，以能够提供动转泵工作油液需求量。

转向油罐在液压转向系统的作用非常重要，但通过查阅大量资料发现，目前国内对转向油罐的设计认知参差不齐，很难找到统一的标准，绝大多数均是对照标杆开发，而对于其中的设计基本没有。

本文通过查阅相关资料，梳理分析了转向油罐设计的要点，并利用以上设计要点对某车型的转向油罐进行了校核分析。结果显示，该车型的转向油罐设计可满足转向系统的工作需求，转向油罐设计要点可有效指导后期的转向油罐设计。

1、液压助力转向油罐设计要点分析

1.1 转向油罐容积设计

在美国工业标准（ANSI）中规定，油罐的容量为液压泵每分钟输出流量的3-4倍以上，而助力转向系统用的油罐的容量约为每分钟输出流量的0.01～0.04倍[2]。

查阅相关资料，某外资品牌汽车对转向油罐容积设计要求如下：

其中，V1为油罐容积、V2为动转管路容积、V3为转向器油缸容积、Q1为动转泵最大流量。

1.2 动转油罐最大刻度线Max和最小刻度线Min线的确定

车辆在行驶过程中，储存动转油的油罐不应由于振动、倾斜、急剧转向等出现泄露问题[2]。业界内多数企业对动转油罐最大刻度线的要求为：Max最大刻度线要保证汽车在爬坡或下坡（20°坡）时液面最高处不能到达上盖处，保证不溢出；Min最小刻度线要保证汽车在爬坡或下坡（20°坡）时液面最低处要保证淹没滤网，避免油液中混入空气而导致油泵吸入空气造成异响。

这主要是因为整车爬坡试验要求[3]至少能爬30%的坡，（试验时）此时对应的坡度角为16.7°。40%的坡对应的坡度角为21.8°，但爬大于40%的坡时需要在坡道上设置安全保险装置，一般汽车爬坡均按照30%试验。

1.3 动转油罐散热能力确定（主要是要求同等容积下散热面最大）

一般希望转向系统的油温控制在100℃以下。如果油温超过110℃，液压油将很快变质：形成碳化物，液压油失去润滑功能，转向油泵将急剧磨损，造成转向沉重；析出胶状物质，堵塞滤网及阀孔，使整个动力转向系统失效。油温过高，还将使整个系统中的密封件加快老化，密封不良而造成漏油。在大流量及高压力的转向系统中，储油罐的散热已经不能保证油温在100℃以下了，这时须附加专门的散热系统。

液压系统的发热功率通常用以下公式表示：

式中Pr是液压系统的总输入功率，PC是输出的有效功率。

液压系统的散热渠道主要是油罐表面，但如果系统外接管路较长，在计算发热功率时，也应考虑管路表面散热。

式中 K1——油箱散热系数，见表1；K2——管路散热系数，见表2；A1、A2——分别为油罐、管道的散热面积（m2）；△T——油温与环境温度之差（℃）。

表1 油罐散热系数K1（W/（m2·℃））

若系统达到热平衡，则Phr=Phc，油温不再升高，此时，最大温差为△T，环境温度为T0，则油温T=T0+△T。如果计算出的油温超过允许的最高油温110度，就要设法增大散热面积或其他散热设备。

表2 管道散热系K2 （W/（m2·℃））

1.4 动力转向油罐滤网目数的确定

设置滤网的目的是过滤油液中的杂质，滤网最小目数是通过转向系统最大颗粒物的尺寸来确定的，要保证过滤到转向管路、转向器、转向泵、油壶等要求的最大颗粒物；另外滤网目数的选择还要考虑转向进油阻力问题，避免目数过大而造成吸油不畅导致转向异响，即滤网的通油能力不小于动力转向泵的最大流量。在保证通油能力的前提下，滤网目数选择越大越好。

通油能力计算公式如下：

Q---滤芯通油能力，d---滤网孔径，单位为m，L---滤丝直径，单位为m，ΔP---滤网前后压差，单位为kgf/mm2，μ ---动力粘度，单位为PaS，K---系数（和滤网尺寸有关，K=滤网有效面积cm2*孔数/cm2）。

从上式可以看出，通油能力与滤网的孔径的四次方成正比关系，说明滤网孔径的大小对通油能力的影响非常大，因此滤网目数的选择在保证整个系统的清洁度的前提下，不应选择过大。

2、某车型动力转向油罐相关参数校核分析

2.1 油罐容积校核

该车型为齿轮齿条式转向系统，动转泵的流量Q为7500ml/min，通过实测的转向管路容积V2为550ml，转向器油缸的容积V3为183ml。

根据2.1中的美国工业标准（ANSI），该车型的转向油罐容积V1应为：

根据2.1中某外资车企的油壶容积设计标准，该车型的转向油罐容积v1应为：

而实测的该车型油壶容积为400ml，与第二种计算结果相符，比第一种结果稍大。但通过以上两种方法校核说明，该车型的油壶容积设计合理，能够满足动转泵正常工作的油液需求。

2.2 油罐最大刻度线和最小刻度线校核

通过实测，该车型油罐高度为100mm，最小刻度线高度为69.5mm，最大刻度线高度为81.5mm，油壶滤网高度为30mm。利用以上数据校核可得出：当油液高度在最小刻度线时，倾斜25.4°油液会溢出；当油液高度在最大刻度线时，倾斜37.6°时油液会溢出。对照前文中整车爬坡度实验要求及业界对汽车转向油罐刻度线的要求，该车型的油壶最大刻度线和最小刻度线高度均满足以上要求。

2.3 油罐散热能力确认

目前对转向系统散热能力的测试方法如下：一般情况下（满载状态），连续S型行驶左右打方向盘各15次左右或者绕10个8字行驶后油液的温度小于100度或100度左右均可接受，但最好不要超过110度。

按照以上方法对该车型进行连续S型行驶左右打方向盘各15次并进行油温测试，油温结果显示为90度，小于100度，说明此车型的转向系统散热能力可以接受，间接说明油壶的散热能力可以满足转向系统工作需求。

2.4 油罐滤网目数确认

通过该车型转向系统最大颗粒物尺寸来确定的转向系统最小目数为60目，而该车型的转向系统实际目数为120目，满足最小目数要求。为对此车型的油罐滤网目数的通油能力进行确认，进行该车型转向系统的通油能力模拟实验，对油罐滤网的过滤压力损失和是否有异响进行测试。模拟实验如图1所示。

测试结果显示，在零度时，该油壶滤网的过滤压力损失为0.015MPa，整个转向管路系统能够正常工作，无异响出现，说明该车型滤网设计满足通油能力要求。

3、总结

通过对动力转向油罐的设计要点进行梳理，然后利用以上设计要点对某车型的转向油罐设计参数进行了校核分析，分析结构显示，该车型的转向油罐设计可满足转向系统的工作要求，转向油罐的设计要点可有效的指导转向油罐的设计。

[1] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京：清华大学出版社.2010.

[2] 日本自动车技术会.汽车工程手册5底盘设计篇[M].北京：北京理工大学出版社.2010.

[3] GB/T 12539-90 汽车爬陡坡试验方法[S].北京：中国标准出版社.1991.

The Analysis and Design of a Vehicle Power Steering Oil Tank

Ge Shixian, Gao Long
（Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

This paper discusses the role of steering oil tank and the actuality of automobile enterprise in steering oil tank design, and then analyzes the design points of the steering oil tank and the reasons, finally using the above design points analyzes a model's steering oil tank. Results show that the model's steering tank design can meet the job requirements of steering system.

analysis；steering oil tank；design

U463.4

A

1671-7988(2015)03--

葛士显，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，主要从事底盘系统设计。