陳靜, 高飛, 王春宏, 宋海兵

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重型商用車雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)淺析

陳靜1,2, 高飛3, 王春宏3, 宋海兵3

（1.江蘇大學(xué)汽車工程研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院，

3.江蘇罡陽股份有限公司，江蘇 泰州 225300）

本文主要介紹了雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及工作原理，分析了作為雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)核心部件的應(yīng)急閥、切換閥總成的設(shè)計(jì)及工藝方面的關(guān)鍵技術(shù)，討論了影響切換平順性的閥芯卡緊問題，并提出了相應(yīng)的解決措施。

雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；應(yīng)急閥；設(shè)計(jì)；工藝

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)02-05-04

前言

眾所周知，由于轉(zhuǎn)向橋負(fù)荷較大，轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大阻力，重型商用車上一般都采用轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。但是重型商用車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，光靠駕駛員的手力是轉(zhuǎn)不動(dòng)方向盤的，因此歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)第79號(hào)法令有如下要求：以10 km/h車速，10m的轉(zhuǎn)彎半徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其最大轉(zhuǎn)向力為450N，轉(zhuǎn)向操作時(shí)間最長不超過6s。而我國GB17675-1999 EQV70/311/ECC也規(guī)定了汽車轉(zhuǎn)向系的基本要求，其中3.9條規(guī)定

如下：以10km/h車速、24m轉(zhuǎn)彎半徑前行轉(zhuǎn)彎時(shí)，不帶助力時(shí)轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于245N，帶助力轉(zhuǎn)向但助力轉(zhuǎn)向失效時(shí)，其轉(zhuǎn)向力應(yīng)小于588N，機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)間正常情況下不得大于4s，帶助力轉(zhuǎn)向但助力失效時(shí)不得大于6s，左右兩個(gè)方向都要試驗(yàn)[1]。

由此可見，不管是歐洲法令還是我國標(biāo)準(zhǔn)，對于轉(zhuǎn)向失效的助力轉(zhuǎn)向器都規(guī)定了其轉(zhuǎn)向力和短時(shí)轉(zhuǎn)向操作時(shí)間，這就是說當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時(shí)，要有一套應(yīng)急系統(tǒng)來保證汽車短時(shí)間內(nèi)的助力轉(zhuǎn)向。雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了當(dāng)液壓系統(tǒng)主油泵出現(xiàn)故障時(shí)不能提供助力轉(zhuǎn)向的問題，以滿足法規(guī)要求，使車輛安全行駛。

1、雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成及工作原理

雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要應(yīng)用于負(fù)荷較大或有兩個(gè)及兩個(gè)以上轉(zhuǎn)向軸的車輛助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主泵工作，行進(jìn)中車輪的慣性則驅(qū)動(dòng)副泵工作。在正常情況下，主油泵壓力油經(jīng)應(yīng)急閥和轉(zhuǎn)閥進(jìn)入轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向，這時(shí)副泵壓力油經(jīng)應(yīng)急閥回油口直接回油箱。當(dāng)主油泵出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)急閥自動(dòng)切換到副泵供油狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向。

圖1是雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成，包含兩個(gè)獨(dú)立回路，回路1由主泵6供油，回路2由副泵8供油。該系統(tǒng)的主要元件包括輔助助力缸1、切換閥2、轉(zhuǎn)向器3、轉(zhuǎn)閥4、應(yīng)急閥5、主泵6、副泵8、安全閥7等。

正常工作狀態(tài)下，回路1中，主泵工作，切換閥2的閥芯在來自主泵的液壓油作用下被推向右端，應(yīng)急閥5的閥芯被推向左端，主泵壓力油通過應(yīng)急閥進(jìn)入轉(zhuǎn)閥，按照輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過轉(zhuǎn)閥再進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和輔助助力缸的左腔或右腔，執(zhí)行正常的動(dòng)力轉(zhuǎn)向；回路2中，應(yīng)急閥5的閥芯被推向右端，使副泵上來的液壓油直接流回油箱。

當(dāng)系統(tǒng)工作出現(xiàn)異常時(shí)，回路1中，應(yīng)急閥5的閥芯在彈簧的作用下，被推向右端，主泵壓力油通過應(yīng)急閥5直接流回油箱，切換閥2的閥芯在彈簧的作用下，被推向左端，切換閥則旁通輔助助力缸的兩腔；而回路2中，應(yīng)急閥5的閥芯在彈簧的作用下，被推向左端，副泵液壓油通過應(yīng)急閥5進(jìn)入轉(zhuǎn)閥，按照輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過轉(zhuǎn)閥再進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的左腔或右腔，執(zhí)行動(dòng)力轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向。

2、雙回路液壓應(yīng)急助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件

應(yīng)急閥和切換閥實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)二位四通液動(dòng)換向閥，當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分別處于正常工作和應(yīng)急工作狀態(tài)時(shí)，它們的作用不同。本文在普通二位四通閥的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種用于雙回路液壓助力轉(zhuǎn)向器的應(yīng)急閥、切換閥總成，這種總成將應(yīng)急閥、切換閥集于一體裝于轉(zhuǎn)向器閥體上，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向器正常工作和應(yīng)急工作的雙回路切換，如圖2所示。

該總成中，應(yīng)急閥作為關(guān)鍵零件，在該系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它由堵頭、閥體、閥芯、彈簧、主泵和副泵進(jìn)、回油口等組成，如圖3的B-B圖所示。閥芯裝在閥體內(nèi)，堵頭和彈簧裝在閥芯兩端，閥芯孔有主油泵進(jìn)、回油口和副泵進(jìn)、回油口。當(dāng)主泵工作正常時(shí)，應(yīng)急閥和切換閥閥芯右移，液壓油通過轉(zhuǎn)閥進(jìn)入動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和輔助助力缸的左腔或右腔，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作。

當(dāng)主油泵出現(xiàn)故障時(shí)，如圖4的A-A圖所示，應(yīng)急閥和切換閥閥芯在復(fù)位彈簧作用下均向左移動(dòng)，切換閥旁通輔助助力缸的兩腔，轉(zhuǎn)向器由副泵供油，液壓油通過應(yīng)急閥進(jìn)入轉(zhuǎn)閥，仍能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向。

3、加工制造中的主要問題及對策

應(yīng)急閥是一種特殊的液動(dòng)換向閥，作為雙回路轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心零件，其質(zhì)量和性能都有很高的要求，閥芯卡緊是影響它切換平順性的主要問題。下面就來討論閥芯卡緊產(chǎn)生的原因及解決措施。

3.1 閥芯卡緊的原因

（1）閥芯因加工產(chǎn)生圓柱度誤差，裝配時(shí)可能歪斜在閥體孔中，閥芯將受到徑向不平衡力導(dǎo)致卡緊[4]。

（2）被污染的液壓油進(jìn)入閥芯與閥孔間隙使卡緊。

（3）配合間隙過小的閥芯與閥孔也會(huì)出現(xiàn)卡緊。

（4）系統(tǒng)中雜質(zhì)會(huì)使閥芯與閥孔拉傷，造成卡緊。

（5）油液高溫導(dǎo)致閥芯或閥孔材料變形，從而造成卡緊。

（6）閥端彈簧疲勞使閥不能很好動(dòng)作和復(fù)位，造成卡緊。

3.2 避免閥芯卡緊的對策

提高閥體閥芯等關(guān)鍵液壓件加工精度及提高液壓系統(tǒng)的清潔度的具體措施如下：

（1）形位公差

液壓閥設(shè)計(jì)時(shí)，總要遇到如何確定閥芯和閥體孔配合處的形位公差問題。首先，要考慮閥芯和閥體孔配合的圓柱度，一般取0.8-1.5um，當(dāng)閥芯和閥體孔成階梯配合時(shí)，還要考慮同軸度；其次，要考慮閥芯和閥孔的表面粗糙度，閥芯一般為Ra0.2，閥孔一般為Ra0.4。

（2）配合間隙和泄漏

閥芯與閥體孔之間的配合間隙決定了液壓閥的動(dòng)作可靠性和泄漏量的大小[5]。如果間隙過大會(huì)使泄漏量加大，而間隙過小會(huì)使閥芯的動(dòng)作不靈活，油溫升高后還會(huì)使閥芯卡死。實(shí)際上，只有適當(dāng)提高形位公差精度，配合間隙才可能減小。閥芯直徑、零件材料、油液粘度和溫度、封油處壓差以及加工工藝水平等因素都會(huì)影響配合間隙的正確選取，要

酌情選取。

（3）加工工藝

要提高閥體和閥芯加工精度，就要提高和改進(jìn)閥體和閥芯的加工工藝，對閥體閥芯的工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

定位基準(zhǔn)的選擇是在進(jìn)行閥體機(jī)械加工過程設(shè)計(jì)時(shí)首先要解決的問題。在許多情況下，閥體的技術(shù)條件能否獲得保證，首先決定于基準(zhǔn)選擇的正確。

定位基準(zhǔn)確定之后，再根據(jù)加工面的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)類型，選擇閥體和閥芯的加工方法。

加工方法確定后，就可以確定表面的加工工序，最后加工[6]。

（4）液壓系統(tǒng)清潔度

當(dāng)滑閥工作在一定污染環(huán)境下，由于壓差關(guān)系，油液會(huì)從高壓腔經(jīng)過閥芯和閥體之間的間隙流到低壓腔，會(huì)發(fā)生污染顆粒的截留，從而產(chǎn)生卡緊力，導(dǎo)致滑閥動(dòng)作滯后、失效。因而，液壓閥的輔助加工工藝和清潔度控制顯得尤為重要。液壓閥的輔助加工工藝包括：閥體清砂，閥體零部件去毛刺，去熱處理殘?jiān)扒逑吹葍?nèi)容[7]。

4、結(jié)語

作為一種新型的液壓助力轉(zhuǎn)向器，雙回路液壓助力轉(zhuǎn)向器解決了轉(zhuǎn)向油泵異常時(shí)不能通過轉(zhuǎn)向器提供助力轉(zhuǎn)向的問題，在汽車轉(zhuǎn)向器領(lǐng)域中將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1] 汽車轉(zhuǎn)向系 基本要求，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，1999.

[2] 吉林工業(yè)大學(xué)《金屬切削機(jī)床》，中國工業(yè)出版社, 1961.

[3] 王麗梅，劉寶田， 液壓換向閥閥芯卡緊故障分析，液壓與氣動(dòng) 1999; 3，38～39.

[4] 王志良，液壓換向閥閥芯卡緊的分析研究，吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文.

[5] 宋宏堯，丁忠堯等，《液壓閥設(shè)計(jì)與計(jì)算》，機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[6] 陳益標(biāo), 應(yīng)世建. 淺談液壓閥的輔助加工，工程機(jī)械,2001, 8 35—37.

[7] 項(xiàng)玲媛 , 液壓閥清潔度控制探討 工程機(jī)械,2001,12 35—37.

The analysis of the key technology of Heavy commercial vehicle double loop hydraulic emergent power steering system

Chen Jing1,2, Gao Fei3, Wang Chunhong3, Song Haibing3

(1.JiangSu University, Jiangsu Zhenjiang 212000; 2.Taizhou Polytechnic College，
3. Jiangsu Gangyang stock Co.,Ltd，Jiangsu Taizhou 225300)

This paper describes a double loop hydraulic emergent power steering system’s components and working principle，Analyzed as a double loop hydraulic emergent power steering system core components of the emergency valve, switching valve assembly design and workmanship of the key technologies, discussed the Spool chucking problem which influenced the Switching ride, and Puts forward corresponding solving measures.

Dual circuit hydraulic emergency steering system;The emergency valve; Design; Technology

U463.4

A

1671-7988(2014)02-05-04

陳靜，講師，就職于泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院。

江蘇省高等職業(yè)院校高級(jí)訪問工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目（2013）