大中型客车液压助力转向系统的设计匹配解读.doc

设计・计算・研究
２００９年第２期客车技术和研究
大中型客车液压助力转向系统设计匹配
于志强。李晶
（郑州宇通客车股份，郑州
４５００１６）
摘要：经过分析液压式助力转向系统组成及原理，叙述转向系统部件参数特征对液压助力转向系统影响，并提出设计中注意事项。
关键词：大中型客车；液压式助力转向系统；转向器；转向油泵；压力；流量中图分类号：ｕ４６３．４
文件标志码：Ｂ
文章编号：１００６—３３３１（２００９）０２一００２３—０３
月山ｓｔｒａｃｔ：ＢｙａｎａＩｙｚｊｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｎｄｐｒｉｎｃｉｐＩｅ
０ｆｈｙｄｒａｕ¨ｃｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒ．ｎｇｓｙｓｔｅｍ，廿１ｅｐａｐｅｒｅｘｐａｔｉａｔｅｓ
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大中型客车通常全部有载荷重、车速高特点，传统机械式转向系统满足不了要求，所以普遍采取液压助力系统来实现转向轻便及稳定性能。
１
液压助力转向系统组成及工作原理
图１所表示，液压式助力转向系统由转向油罐、转
向油泵、动力转向器和转向管路等部件组成。当驾驶员转动方向盘时，发动机驱动油泵未来自转向油灌低压油变成高压油，经转向管路进入动力转向器中，推进动力转向器活塞，螺杆和扇齿将活塞运动转化为输出轴旋转运动，从而实现液压转向助力。

①一转向油罐；②一转向油泵；③一转向管路；④一动力转向器
图ｌ液压助力转向系统组成
１．１
转向器
液压式动力转向器关键有循环球动力转向器和齿
轮齿条式动力转向器。大中型客车关键选择循环球动
力转向器。该种转向器最大特点是采取转阀结构，贯通结构转向螺杆和齿条活塞，扭杆作为复位弹性元件，并设有行程限位机构，内设限压阀。当系统压力超出转向器设定压力，限压阀打开泄荷，能有效保
护转向器内部元件，延长液压系统使用寿命。
转向器设定关键参数有：传动比ｆ、最大输出扭矩ｒ、最大压力Ｐ、流量Ｑ、转向垂臂行程、方向盘转动圈数等。选择转向器最大输出扭矩时，可用以下公式进行估算：
胁＝【／（Ｇ。３，Ｐ）ｍ】３式中胁为在沥青或混凝土路面上原地转向阻力
矩，Ｎ・—姗；．厂为轮胎和地面间滑动摩擦系数，取
０．７；Ｇ，为转向轴负荷，Ｎ；Ｐ为轮胎气压，ＭＰａ。
转向器最大输出扭矩隧取时，要满足ｒ≥Ｍｒ，一
般取ｒ＝１．２５Ｍｒ，这么能够很好发挥转向器效率，并保持液压系统有一个良好工作工况。
表ｌ是宇通某１２ｍ大型旅游客车所选择转向器参数（转向器行程初始及两端三种状态时参数）。
表１某转向器参数
方向盘罔数
＋２．４
０
—２．４
转向垂臂行程
＋４７。
００一４７０
速比
２０：ｌ
１７：ｌ２０：ｌ最大压力下输出扭矩，Ｎ・ｍ＋５
８２９
４９５４
—５８２９
最大１＝作压力，ＭＰａ１３
流量，ｄｍ７｜Ｉｌｉｎ
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万方数据
客车技术和研究２００９年第２期
选择转向器时，首先考虑转向器最大输出扭矩要满足整车要求，还要综合考虑转向系统整体部署形式、悬架特征（前悬架后倾角、前束等）对转向器影响、内轮最大转角需要垂臂行程、方向盘圈数等原因。１．２转向油泵
液压式助力转向系统可采取转向油泵类型很多，如齿轮泵、叶片泵、柱塞泵，现采取最多是叶片泵，因为：
１）叶片泵Ｔ作压力高，可达１３—１５ＭＰａ，符合现大型客车转向器匹配需要。ＺＦ叶片式转向油泵最大压力能够达成１７～１８
ＭＰａ。
２）叶片泵体积小，结构紧凑，发动机更轻易部署，方便安装。
３）叶片泵流量好调整，轻易系列化。
４）叶片泵在不工作时，叶片无离心力作用，和定子内表面有间隙，形成油液回路，使油缸两腔自然相通，从而无须再单独设计小循环回路。
转向油泵压力、流量依据转向器需求及液压式助力转向系统需求设定，在本文２．２中作具体介绍。１．３转向管路
液压式助力转向系统管路通常由转向进油（高压）管、转向回油（低压）管、油泵进出油管及管接头组成。管件通常采取钢管或橡胶软管，不管是哪种，全部要满足液压系统压力要求，而且管路内径也要满足流量需要。
２液压助力系统匹配
２．１
压力选择
液压式动力转向器特征参数中关键参数之一就
是压力，因为压力和转向器输出扭矩有直接关系。转向器输出扭矩公式为
Ｍ＝ＪＰ（＆一Ｓ）耶
（１）
式中肘是动力转向器输出扭矩，Ｎ・ｍ；户是油泵
最大工作压力，ＭＰａ；ｓ提油缸：【作面积，ｍ２；ｓ，是螺杆外径所占面积，ｍ２；Ｒ晨扇形齿分度圆半径，ｍ。
若动力转向器缸径、螺杆等参数保持不变，则肘和尸成正比，即转向泵压力越大，转向器输出扭矩越大。动力转向器会标定一个最大压力，转向器在
最大压力下输出扭矩为ｒ（此时对应转向器扭矩最
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大，即ｒ＝Ｍ。）。此压力是转向器厂家依据转向器缸径、输出扭矩需求、油封寿命、内部泄漏压力等原因综合设定。所以，转向油泵压力必需依据动力转向器设定最大压力来选择。对没有泄压阀动力转向器。转向油泵压力能够和转向器最大压力要求一样；对有泄压阀动力转向器，转向油泵压力要略高于转向器最大压力要求，以确保转向器在达成最大压力时进行泄压，有利于发挥整个液压助力系统最大效率及确保系统使用寿命。２．２流量选择
液压助力转向系统油液流量是由转向泵提供，转向泵流量是客车液压助力转向系统一项关键参数，对转向系统轻便性、反应速度、回正能力、寿命及功率损耗等有很大影响。
转向泵流量选择要满足液压转向器对油液流量需求，即提供填补客车转向时动力转向器活塞移动产生空间所需要流量。确保液压转向系统正常工作最小流量：
Ｑ，ｌ如＝州ｆ＋△Ｑ
（２）
式中Ｑ，ｌ胁是液压助力转向系统正常工作最小流量；胛是方向盘转动最大速度；爿是动力转向器活塞缸面积；ｆ是动力转向器螺杆螺距；△Ｑ足动力转向器许可最大内泄漏量。
驾驶员转动方向盘时，通常不超出２圈，ｓ；验算时甩通常选择９０—１２０ｒ／ｍｉｎ，大型客车方向盘直径通常为
５００
ｍｍ，以可取１００
ｒ，ｍｉｎ。
以某动力转向器为例，其活塞缸径为书１２０ｍｍ，
螺距ｆ＝１２ｍｍ，内泄量不能过大，取△Ｑ＝ｌ
Ｌ，ｍｉｎ，
则Ｑ抽＝，纠ｆ＋△Ｑ＝１４．５
Ｕｍｉｎ
动力转向器厂家会给出流量要求，选择转向油泵控制流量通常略高于动力转向器所要求。另外，转向泵流量选择要注意发动机转速较低时流量特征，图２所表示。从该流量特征曲线能够看出，发动机怠速时转向泵提供并不是控制流量，而是有一个提
升过程，通常在ｌ
０００
ｒ／ｍｉｎ左右才能达成控制流量。因
此，选择转向泵控制流量后，还要注意转向油泵在低转速提供流量是否能满足要求。
转向油泵流量并不是越大越好，因为：
１）流量越大，损耗发动机功率也越大，油耗就
越高。
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图２流量特征曲线
２）流量越大，当系统管路通径和转向器分配阀过流开隙一定时，系统液流阻力就越大，产生热量就越大，造成系统温度过高，加速油封和橡胶软管老化，缩短液压系统寿命，降低系统回正能力，甚至产生振动和噪声。
所以，在满足液压转向系统正常运转前提下，转向油泵流量应尽可能小。考虑到满足原地转向时流量需要及液压转向系统零部件本身制造误差，和转向器对油泵控制流量要求，转向油泵控制流量选择可比计算最小流量大２～３
Ｌ／ｍｉｎ。
３
影响液压助力转向系统其它原因
除了上述参数选择外，设计及装配还要注意：１）转向器输出扭矩利用效率。转向器选择时不
要让转向器输出扭矩刚刚满足转向需求，也不要过大。原地转向时，输出扭矩需要系统工作压力为最大压力８０％比较理想，这么既可确保液压系统寿命，又能够提升系统输出功率。
２）转向泵排量。转向油泵排量选择往往被忽略，转向油泵流量＝排量×转速，达成设定控制流量后经过截流阀工作，将流量控制在要求流量值内（见图２）。排量是流量特征曲线斜线部分斜率，能够经过排量设定来获取客车原地转向或在低转速区适宜流量。
３）转向器内部阻力设定。评价转向性能标准中有一项叫作“手力曲线”。在液压助力转向系统输出扭矩满足最大阻力矩时，影响转向力原因之一就是转向器内部阻力，包含摩擦阻力和扭杆弹性阻力。转向器内部阻力过小，可能造成高速发飘，路感过强，甚至方
向盘打手；转向器内部阻力过大，则会影响回正效果。
４）转向管路安装。转向管路女装时，要确保各接头密封性及清洁性。安装过程中，假如工作环境不够清洁，铁屑等杂质进入管路，可能会造成转向器阀芯卡阻等故障。管路密封不好，漏油进气将产生方向沉重等故障。假如转向进回油管采取钢管，油泵出油管需要采取高压软管和钢管连接，以确保发动机跳动量需要，钢管固定最好采取有橡胶垫支架或管夹，以降低钢管振动，且管路折弯尽可能平顺。另外，软管安装也要平顺，不要“拧”、“折”，以免影响流量。
５）转向油罐。转向油罐首先满足补充液压系统
补充流量，滤芯过滤精度能够满足系统需要，油
罐安装位置尽可能部署在易加油检验位置。
４
结束语
液压助力转向系统是一个完整系统，系统全部元
件设计及选型必需确保系统最优化，可靠、优良液压助力转向系统，能够使驾驶员拥有轻便操纵手力、适中驾驶路感，而且在整车经过性及舒适性等方面全部会有较大提升。参考文件：
【ｌ】刘惟信．汽车设计【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００１．【２１《汽车工程手册》编辑委员会．汽车工程手册（设计篇）ｆＭ】．
北京：人民交通出版社，２００１．
收稿日期：２００８一∞一０７

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