李廣耀，吳潤(rùn)漢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

某重型6×4非公路自卸車轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題的分析與優(yōu)化

李廣耀，吳潤(rùn)漢

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

針對(duì)某重型6×4非公路自卸車在一些嚴(yán)重超載等惡劣工況下出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題，本文從整車匹配角度進(jìn)行原因分析，并提出提高助力力矩的具體改進(jìn)措施。改進(jìn)措施通過(guò)理論計(jì)算校核及實(shí)地試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足嚴(yán)重超載等惡劣工況下的使用要求，轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題得到解決。

助力系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向沉重；助力力矩；

CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-28-03

引言

某重型6×4非公路自卸車采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，市場(chǎng)反饋該車在實(shí)際使用中存在轉(zhuǎn)向沉重現(xiàn)象，尤其是重載下坡工況時(shí)問(wèn)題尤為嚴(yán)重。經(jīng)調(diào)查，車輛使用時(shí)普遍嚴(yán)重超載，車貨總重可達(dá)85噸，重載下坡工況時(shí)前軸載荷達(dá)24.2噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值。筆者根據(jù)前軸實(shí)際載荷，校核現(xiàn)有助力系統(tǒng)差距，并提出提高助力力矩的具體優(yōu)化方案，經(jīng)過(guò)計(jì)算校核及試驗(yàn)，優(yōu)化方案滿足嚴(yán)重超載工況的使用要求。

1、現(xiàn)有助力系統(tǒng)效果核算

1.1 現(xiàn)有助力系統(tǒng)基本配置

現(xiàn)有助力系統(tǒng)基本配置為：QC32/17 -ISME助力泵+ZF8098循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器+單助力油缸（側(cè)置，Φ60缸徑）。各元件主要性能參數(shù)分別如下表1、2、3所示。

表1 QC32/17-ISME助力泵主要性能參數(shù)

表2 ZF8098轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)

表3 轉(zhuǎn)向助力缸主要性能參數(shù)

1.2 轉(zhuǎn)向阻力矩核算

靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向阻力矩是汽車使用中所需轉(zhuǎn)向力矩的最大極限值，設(shè)計(jì)時(shí)以此為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力、油泵流量等參數(shù)的選擇和計(jì)算。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算所需參數(shù)見(jiàn)下表4。

表4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算所需參數(shù)

1.2.1 按“半經(jīng)驗(yàn)公式法”計(jì)算靜態(tài)原地

轉(zhuǎn)向阻力矩：

采用半經(jīng)驗(yàn)公式[1]：

1.2.2 按劉惟信算法計(jì)算靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向阻力矩Tr：

轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向阻力矩Tr由轉(zhuǎn)向輪相對(duì)于主銷軸線的滾動(dòng)阻力矩T1、輪胎與地面接觸部分的滑動(dòng)摩擦力矩T2和車輪回正力矩T3組成[2]：

為使計(jì)算合理，避免上述兩種公式單獨(dú)使用時(shí)與實(shí)際工況造成的誤差，采用其平均值作為靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向阻力矩MS0

1.3 轉(zhuǎn)向助力力矩核算

現(xiàn)有總助力力矩由轉(zhuǎn)向器提供的助力力矩和助力缸提供的助力力矩組成，即：

根據(jù)布置型式，左轉(zhuǎn)時(shí)助力缸無(wú)桿腔工作，此時(shí)最小輸出力矩：

右轉(zhuǎn)時(shí)助力缸有桿腔工作，此時(shí)最小輸出力矩：

1.4 現(xiàn)有助力系統(tǒng)效果結(jié)論

根據(jù)轉(zhuǎn)向阻力矩及助力力矩的核算結(jié)果，無(wú)論左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)時(shí)助力力矩大大低于總阻力矩，即現(xiàn)有轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)不能滿足極限工況下使用要求，具體對(duì)比數(shù)據(jù)如表5所示。

2、轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

由上述分析可知，總助力力矩小于阻力矩是該車在特定惡劣工況下轉(zhuǎn)向沉重問(wèn)題的原因。為此需提高轉(zhuǎn)向助力力矩，具體方案為采用大缸徑動(dòng)力轉(zhuǎn)向器+雙助力缸。采用大缸徑轉(zhuǎn)向器有利于降低系統(tǒng)壓力并增大助力力矩；采用雙助力缸可在系統(tǒng)壓力一定的情況下進(jìn)一步增大助力力矩。為兼顧正常行駛和大載荷原地轉(zhuǎn)向的需求，降低采用單個(gè)高壓、大流量泵所造成的功率損失和油液發(fā)熱[3]，用雙聯(lián)葉片泵。低速時(shí)主、副泵合流，增大流量；高速時(shí)，僅副泵工作，降低系統(tǒng)發(fā)熱量。

表5 助力力矩與阻力矩對(duì)比

表6 雙聯(lián)助力泵主要性能參數(shù)

表7 W02-3411005轉(zhuǎn)向器主要性能參數(shù)

表8 轉(zhuǎn)向助力缸主要性能參數(shù)

2.1 優(yōu)化方案系統(tǒng)最大壓力校核

助力系統(tǒng)的所需要的最大壓力sP＇取決于最大轉(zhuǎn)向阻力矩Ms0和助力元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及布置型式。系統(tǒng)最大壓力可按下式計(jì)算：

其中：

DG—轉(zhuǎn)向器活塞直徑，mm；

rG—轉(zhuǎn)向器齒扇分度圓半徑，mm；

L垂—轉(zhuǎn)向垂臂長(zhǎng)度，mm；

L節(jié)—轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度，mm；

η'—轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，取0.8；

D1—助力缸活塞直徑，mm；

d1—助力缸活塞桿直徑，mm；s

P＇未超過(guò)轉(zhuǎn)向油泵的最大壓力，滿足使用要求。

2.2 助力泵流量校核

2.2.1 怠速時(shí)系統(tǒng)流量校核

為保證停車轉(zhuǎn)向時(shí)的助力效果，必須保證怠速時(shí)油泵流量能夠滿足要求。此時(shí)，助力系統(tǒng)所需的流量Q0由轉(zhuǎn)向器所需流量和左、右助力缸所需流量組成，即：

其中：

計(jì)算可得，Q0=16.91L/min 。根據(jù)雙聯(lián)泵流量特性曲線，怠速700 r/min時(shí)流量為19L/min。

2.2.2 緊急避險(xiǎn)時(shí)油泵流量校核

緊急避險(xiǎn)時(shí)，考慮到此車的實(shí)際使用工況，方向盤轉(zhuǎn)速

其中：

ηv—轉(zhuǎn)向油泵容積效率，取0.85；

s—轉(zhuǎn)向器絲桿螺距，mm；

Nh—怠速移車時(shí)方向盤轉(zhuǎn)速，取30 r/min；

DG—轉(zhuǎn)向器缸徑，mm；

Δ—泄漏系數(shù)，取0.1；

D1—助力缸活塞直徑，mm；

lg—油缸行程，mm；

t—轉(zhuǎn)向盤從左極限轉(zhuǎn)至右極限所需的時(shí)間，s；取1r/s，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取1900 r/min。仿照怠速時(shí)流量計(jì)算方法，算得此時(shí)所需流量為31.82 L/min。根據(jù)流量特性曲線，可查得泵的流量為32L/min。

怠速時(shí)、緊急避險(xiǎn)時(shí)助力泵排量均滿足要求。

2.3 優(yōu)化方案助力力矩核算

總助力力矩由轉(zhuǎn)向器提供的助力矩和助力缸提供的助力矩組成，即：

左轉(zhuǎn)時(shí)，左助力缸有桿腔工作，右助力缸無(wú)桿腔工作。此時(shí)最小輸出力矩：

總助力力矩：右轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)對(duì)稱性，總助力力矩：

左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及靜態(tài)原地轉(zhuǎn)向時(shí)，總助力力矩超過(guò)總阻力矩，且有較大的設(shè)計(jì)裕度，滿足特定惡劣工況使用要求，具體對(duì)比數(shù)據(jù)如下表9所示。

3、總結(jié)

原重型6×4非公路自卸車在初始設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到嚴(yán)重超載等惡劣工況下的轉(zhuǎn)向助力問(wèn)題，在實(shí)際使用中出現(xiàn)轉(zhuǎn)向沉重現(xiàn)象。本文從整車匹配角度進(jìn)行原因分析，總結(jié)如下：

通過(guò)計(jì)算確定現(xiàn)有轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)匹配不能滿足特定惡劣工況下的使用要求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用包括增大系統(tǒng)流量、提高助力力矩等措施對(duì)助力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

改進(jìn)措施通過(guò)理論計(jì)算校核及實(shí)地試驗(yàn)驗(yàn)證滿足嚴(yán)重超載惡劣工況下的使用要求，為以后同類型車輛轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了方法及經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王宵峰.汽車底盤設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出社.2010.4.

[2] 劉惟信. 汽車設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出社.2001.7.

[3] 楊開(kāi)林.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向泵液壓油溫度影響因素的探討[J] . 內(nèi)燃機(jī)與配件.2012.2.

The Steering heavy problem about a Off-Highway of 6×4 Heavy-duty Dump Truck analysis and optimization

Li Guangyao, Wu Runhan
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

Abstrcct: As steering heavy problem on a off-highway of 6×4 heavy-duty dump truck when some serious overload and other harsh conditions appeared, in this paper, from vehicle matching direction analysis the reasons, and put forward to increase the torque boost specific improvements. Improvement measures through the theoretical calculation of proofreading and field experiment, meet the requirements of the use of harsh conditions such as serious overload, steering heavy problem is resolved.

Propellant system; Steering heavy; Torque boost

U463.4

A

1671-7988(2014)09-28-03

李廣耀，就職于陜西重型汽車有限公司。