农用车转向系统故障及检修研究

马明阳

（三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002）

1 概述

1.1 研究背景

农用车发展至今已经有100多年的历史，经过不断发展和创造，它已逐渐融入了人们的生活当中。随着农用车的日益普及和井喷式的发展，它既给人们提供了方便，同时也带来了新问题，比如农用车转向系统故障问题，应该说农用车转向系统随着农用车工业的发展历经了长时间的演变[1-2]。大量的实践证明，农用车转向系统是保证农用车安全行驶的最重要的系统之一，如何解决转向系统的常见故障是人们研究的热点。农用车在行驶时，如果转向系统出现了故障将会非常危险，可能会出现转向不足、转向沉重等故障导致无法正常转向，可能会造成安全事故，对人们的生命安全造成影响，对财产造成损失。现如今的转向系统已经摆脱了以往的纯机械操控形式，转变成为助力操控形式[3]。为了找出转向系统的各种优缺点，人们进行了大量的实践与数据分析，通过这些数据与实践，改进与创新了农用车转向系统，提高了农用车转向系统的安全性和操控性。对于安全性方面，农用车转向系统的好坏对正常行驶的农用车的影响是非常大的[4]。通过对一些农用车转向系统的各组成部分的作用、构造、工作原理以及转向系统功能的原理进行分析，得出转向系统转向盘自由行程大、转向系统回正不好、转弯时转向不足、转向失灵或操纵失稳、农用车侧滑等常见故障的产生原因，提出对以上故障现象进行检修与研究的可行方案。笔者总结了国内外的农用车转向系统的发展和研究，对转向系统的原理与故障分析和检修做出了详细的介绍，并对转向系统进行了研究[5]。

1.2 农用车转向系统

作为安全系统之一的转向系统，在农用车中占有非常重要的地位。该机构可以按照驾驶人的意向随意去操纵农用车的直行和转弯的方向，因为农用车转向系统对于农用车的安全行驶起着至关重要的作用，所以农用车转向系统的零部件都统称为“保安件”。农用车转向系统实际上就是驾驶人通过方向盘控制农用车转向车轮的角度，使农用车可以按照预想的轨迹运动[6]。它的主要工作原理是，使所有车轮都做纯滚动运动并且使农用车在转向时车轮的轴线都相交于一点，而这个运动是由一个转向梯形机构实现的，使农用车行驶时的阻力降低，确保行车的道路交通安全。主要功用是可以服从驾驶员的主观意识使农用车直行或转弯，即便是农用车遭受来自地面的冲击或者行驶方向上发生跑偏，也能配合行驶系统保证农用车驾驶的稳定性，这对人们能否安全操控至关重要。

1.3 国外农用车转向器技术发展现状

对于农用车转向系统，国外早就开始了研究，尤其对于液压助力转向系统，这是国外最早出现的动力转向系统。在20 世纪50 年代，国外开始逐渐在机械转向系统上进行改进，研究出了动力转向系统，然后他们经过多年的研究，从最开始的液压助力转向系统到后来具有优越性能的电动液压助力转向系统，电动液压助力转向系统是在液压助力转向系统的基础上增加了一套电子阀用来控制油泵的油输出，以调整助力，再后来随着国外的电子技术发展，他们开始对纯电动助力转向进行研究[7]。

1.4 国内农用车转向器技术发展现状

我国已有研制开发农用车电动助力转向系统和电子转向系统的文献报道，在我国的农用车市场上，相对其他技术来说，液压助力转向系统技术是比较成熟的。但是由于液压系统的缺陷，比如噪声、零部件多、能量利用不充分等等一些弊端，我国正在逐渐研究其他转向助力系统[8]，构成农用车重要部位的转向系统得到了大大发展。对于转向系统的加工，已经形成了专业化的生产。在技术上已经解决了以前机械转向系统的烦琐人工操作问题，通过动力助力来实现农用车转向[9]。

2 转向系统的类型和组成

2.1 机械转向系统

机械转向系统是由人力来实现操纵的，它所要维持的能源都来源于人的力量，所有的部位都是由各种零件组装而成的，没有任何电子辅助系统。结构较为简单，方向盘到转向传动轴的一系列零部件称为转向操纵机构，主要由转向盘、转向轴、转向横拉杆、转向管柱、转向器、转向轮等部分组成。机械转向系统主要是依靠人的体力来操纵方向盘使农用车转向达到行驶目的，它的工作原理是由驾驶人对方向盘进行输出力矩，力矩从转向节、机械转向器、转向横拉杆、转向节臂、转向轮等机械部件依次进行传递，使得车轮方向发生改变从而实现农用车转向。

2.2 液压助力转向系统

液压助力转向系统是动力转向系统的常见形式，液压助力转向系统是使用人的一部分体力和液压装置来助力农用车转向。液压式机械转向系统和常规机械转向系统的不同就在于增加了液压油泵，使之转向的时候更加省力。它的工作原理：当驾驶员转动方向盘的时候，转向油罐里的油液会由泵输出，通过转向油管为转向提供助力使得转向更加轻便。

2.3 电动助力转向系统

电动助力转向系统是一种电动-机械转向系统。这个系统的最大优点是摆脱了液压软管、液压油、液压泵、滤清器及其他的液压部件。而且该系统更为节能，与需要恒定的液压转向系统相比较，该系统仅需要在实际转向中消耗能量。它的工作原理：当驾驶员转动转向盘准备转向时，转向力通过转向系统中转向柱和万向节轴传递到转向力矩传感器，而转向力矩传感器可以接收到驾驶员所驱使的转向力大小而发出信号，而转向助力控制单元能接收到转向力矩传感器发出的所驱使力大小的信号，使转向助力电机发出助力，使得驾驶员转向更加省力和轻便[10]。

3 农用车转向系统常见故障排查及检修

3.1 方向跑偏

故障现象：当人们在驾驶农用车的时候，会感觉到车子自己偏向于一个方向，需要用力去握住方向盘，才能使农用车不偏向于一个方向，这就是农用车的方向跑偏。故障原因：1）农用车轮胎的型号不一样、使用时间不同，比如更换过轮胎而导致农用车轮胎左右的花纹深浅不同，如果是这种情况就及时更换轮胎，最好是使用一样型号的轮胎；2）农用车左右轮胎的胎压不一样，可能是一侧轮胎气压高、另一侧气压低，这样行驶起来农用车肯定会跑偏；3）有可能是某一个轮胎上的制动器无法正常回位，导致一直使制动器和刹车片接触，从而轮胎的车速不一致产生的方向跑偏；4）有可能是农用车前轮的减振器变形而导致左右两侧减振程度不一致，使得农用车行驶跑偏；5）农用车的车架变形，农用车的前轴与农用车的后轴不平行，从而致使农用车跑偏，使得农用车无法正常行驶。

3.2 方向摆头

故障现象：在行驶中，方向盘突然左右晃动，感觉到前轮在左右摆动，无法正常控制方向盘。故障原因：1）转向系统的方向控制拉杆球头下支臂球头连接松动，如果松动的话就需要对下支臂球头进行更换；2）农用车的前轮定位参数不是非常正确，建议对农用车进行四轮定位，并按照规定调整到标准值；3）农用车两侧的车轮不平衡，可以对农用车进行车轮动平衡测试，把它们调整平衡；4）传动蜗杆的轴承装配不标准，使得它们的配合过于松散；5）转向节主销和衬套之间的装配不符合标准，针对这种情况可以把农用车前半部升起用手来晃动车轮，检查转向节主销和车轮轴承的松旷程度。若观察有明显松旷，表明是转向不稳的故障，应予以调整或更换。

3.3 动力转向系统转向沉重

故障现象：在农用车行驶转弯时，可以明显感觉到转向盘非常沉重，可能是农用车的液压动力装置功能丧失。故障原因：1）可能是空气进入了液压管的回路中。检查下油罐中是否存在气泡，如果有就是空气进入了液压管中，应该进行气体排除并检查什么地方漏气。2）可能是转向油罐中的液压油少于规定的标准。检查下转向油罐中液压油的液面位置，如果缺少就添加到指定位置，如果发现转向油变质就要及时更换转向油。3）有可能是油泵的传送带松紧度问题，过松或者过紧都会导致转向沉重。应该检查传送带是否过松或者过紧，如果出现过松或者过紧情况就要及时把它们调整到正常状态。4）有可能是油泵损坏或者油泵内部磨损严重，导致输出的油压不足，从而使转向沉重。应该对油泵进行检查，检查它是否磨损严重，内部是否有泄漏或者堵塞，检查转子上的密封环或者油封有没有问题，如果有就及时更换零件，实在不行就换新油泵。

3.4 转向系统回正不好

故障现象：农用车行驶中，在驾驶员转动方向盘进行转弯后，农用车的方向无法正常回到之前的直线行驶状态。故障原因：1）可能是转向轴轴承过紧，针对这种情况可以对转向轴和转向器进行拆卸，然后查看转向轴轴承是否过紧，如果是这种情况就对轴承进行更换。2）可能是液力助压系统控制阀调整不正确，液压阀黏住或有脏物卡住。检查液压助力系统控制阀，如果调整有误就进行更正，如果有脏东西之类的就进行清洗。3）检查一下回油管有没有完全弯曲或堵塞，如果回油管弯曲或者堵塞就对它进行清洗。

3.5 转弯时转向不足

故障现象：农用车的转向不足就是驾驶员在转动方向盘时不灵敏，方向盘的自由行程过大，主要表现为农用车保持直线行驶时方向盘过度松动，即左右旋转的角度过大，因此只能通过大幅度转动方向盘来实现农用车的转向，即农用车转弯的时候原本只需要旋转方向盘20°实际却需要20°以上才能维持正常转向，而与此状况相反的就是转向过度。转动量不够可能的原因是：前悬挂的硬度过高或者后悬挂的硬度过低；转向角度限位螺栓调整太长；转向摇臂没有正确安装在摇臂轴上；转向节主销、衬套磨损或者松动；转向直拉杆调整不对，应及时调整；转向器的主动啮合部位和从动啮合部位间隙太大，应该及时调整；循环球或者转向器扇形齿在蜗杆箱的安装位置不合适。

3.6 农用车转向系统异响

故障现象：在驾驶农用车进行转向的时候，转动方向盘会发出一些不正常的响声。故障原因：1）农用车转向系统异响有可能是由转向油发出的脉冲而导致的，针对这种可能，对农用车进行原地转向确定其是否是由油液脉冲导致的，如果确定是，这种现象则是正常的。2）检查是否是方向柱防尘套发出的异响，如果异响从方向盘下方传来，那么就极可能是方向盘下方的方向柱防尘套发出的异响。原因可能是方向盘下方的方向柱防尘套缺少润滑油润滑发生了摩擦，发出了一些吱吱响声。这时，要在上面涂抹一些润滑油，异响如果消失那就是这个原因。3）异响有可能是由高压油管和其他部件之间的摩擦造成的，如果确定是这种情况，就可以通过重新固定高压油管来解决这个问题。4）可能是转向系统的转向机发生故障，当转向机内部的齿轮老化磨损造成齿轮间隙过大，会导致异响，这种情况就要更换转向机。5）当农用车在行驶中转向时听见“哒哒”声音，这种情况应该检查转向系统的油路管道有没有泄漏，没有的话就可能是控制阀的堵塞导致油路不通而产生异响，这就要对控制阀进行清洗或者更换。6）可能是万向节或者转向机内部轴承的密封圈老化或者损坏，如果是这样的话就更换老化或损坏的密封圈。

4 总结

农用车行驶过程中，农用车转向系统对驾驶人的安全影响是非常大的。在行驶过程中常常由于各种情况需要进行拐弯，而如果农用车转向系统存在故障很可能就会引发安全问题。笔者通过研究农用车转向系统的原理、常见故障和检修方法，对于农用车常见的转向系统故障进行分析排查，明确影响液压转向系统故障的主要原因，针对故障提出正确的维修方案或解决措施，从而减少农用车转向系统行车时的安全隐患，让农用车行驶更加安全。