陳移鳳

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

液壓助力轉向系統(tǒng)主要由液壓助力和機械轉向兩部分組成。液壓助力轉向系統(tǒng)的液壓轉向泵由發(fā)動機驅動，通過液壓轉向泵輸出壓力來推動轉向器，從而實現(xiàn)助力轉向[1]。

無論汽車是行駛還是原地怠速，且無論汽車是否轉向，液壓助力轉向系統(tǒng)都要工作以提供助力。當液壓助力轉向系統(tǒng)失效，將導致汽車轉向沉重故障，而引起該故障的原因包括轉向液加注量不足、轉向系統(tǒng)清潔度差、轉向泵定轉子組件間隙過大或過小、轉向泵進油不暢、轉向泵出油不暢等。文章對某車型轉向系統(tǒng)液壓助力失效導致轉向沉重的實例分析，通過對故障件的分析、故障車的故障再現(xiàn)以及改進方案的故障再現(xiàn)驗證，確認導致液壓助力失效的根本原因，并采取有效措施解決了問題。

1 液壓助力轉向系統(tǒng)的構成及工作原理

液壓助力轉向系統(tǒng)主要由整體式轉向器、液壓轉向泵、儲油罐、油管四部分組成。

液壓轉向泵安裝在發(fā)動機上，由曲軸通過皮帶驅動或通過齒輪嚙合驅動，向外輸出液壓油，儲油罐通過吸油管、回油管分別與液壓轉向泵和轉向器連接。

液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖如圖1所示，當汽車直線行駛時，轉向器內控制閥將液壓轉向泵輸出的液壓油與儲油罐相通，轉向泵處于卸荷狀態(tài)，轉向器不起助力作用。當汽車需要右轉向時，駕駛員向右轉動方向盤，轉向器內的控制閥將轉向泵輸出的液壓油與轉向器R腔接通，將L腔與儲油罐相通，在液壓油的作用下，活塞向下移動，通過傳動結構使左、右輪向右偏轉，從而實現(xiàn)向右轉向。向左轉向時與上述情況相反[2]。

圖1 液壓助力轉向系統(tǒng)示意圖

2 液壓助力失效故障分析

市場上某輕卡車型售后客戶反饋，車輛低速行駛轉彎偶發(fā)性出現(xiàn)液壓助力轉向失效故障，導致轉向沉重，輕踩油門轉向時，轉向助力恢復。根據故障現(xiàn)象，首先檢查原地轉向時無轉向異響，排除轉向泵進油不暢故障因子。觀察轉向時儲油罐內轉向液無翻滾氣泡，排除轉向系統(tǒng)有空氣進入故障因子；檢查轉向管路裝配及固定支架，未發(fā)現(xiàn)管路折癟，轉向液無泄漏，排除轉向系統(tǒng)漏油和裝配不當故障因子[3]。

對比故障車與非故障車差異，通過兩臺車轉向系統(tǒng)零件互換裝車路試，確認肇事故障件為轉向泵。

因此，對轉向泵可能導致轉向沉重的可疑因子詳細分析，以判斷故障原因。

2.1 轉向泵清潔度檢測

首先根據清潔度檢測規(guī)程，檢測故障件轉向泵清潔度，包括雜質總重量及顆粒度。

通過清潔度掃描儀/全自動顆粒度檢測儀，使用5/150 μm濾膜收集轉向泵泵蓋、泵體內腔、泵總成內部組件沖洗后清洗劑中的雜質，烘干濾膜并稱重。

清潔度檢測數據如表1所示，測試結果顯示轉向泵清潔度合格。

表1 清潔度檢測匯總

2.2 轉向泵氣密性測試

氣密試驗臺上，轉向泵進油口密封，出油口連接氣密試驗通氣管，將轉向泵完全浸入水中，通入0.1 MPa氣壓，保壓10 s，觀察保壓期間被測轉向泵無氣泡產生，測試結果合格。

2.3 轉向泵性能測試

性能測試臺檢測轉向泵性能，測試數據安全閥開啟壓力、流量曲線等均符合設計要求，如表2所示。

2.4 轉向泵拆解分析

故障件轉向泵拆解分析，目視檢查轉子/葉片/配油盤/定子，定轉子組件，無異常磨損，如圖2所示。

表2 性能測試數據匯總

圖2 故障件轉向泵定轉子組件圖

轉向泵閥組件檢測，與泵體閥孔配合表面無異常磨損，閥組件解體檢查無雜質，無卡滯。閥組件結構示意圖如圖3所示。

圖3 轉向泵閥組件結構示意圖

故障件與新轉向泵拆解零組件尺寸對比如表3所示，通過關鍵組件尺寸檢測分析，均符合設計要求。

表3 轉向泵內部組件尺寸對比

解剖轉向泵的泵體進、出油油道，檢查油道是否有機加工毛刺或雜質堵塞，對比故障件油道狀態(tài)，確認轉向泵總成閥堵頭裝配后，局部遮擋轉向泵高壓出油口，存在出油不暢風險，圖4為泵體剖切圖。

圖4 泵體剖面圖

基于轉向泵安全閥開啟時工作原理如圖5所示，轉向泵壓力是同外負載（方向機）所提供的，當外負載壓力增加到超過安全閥壓力時，安全閥打開，產生旁道流量Qv，由于油泵阻力孔A的原因使Psv＜Ps，主閥芯兩端壓差增大，主閥芯的開啟度加大，產生了更大的旁道泄漏，油泵的恒流特性受到破壞，但壓力卻相當于恒壓輸出，此時安全閥打開產生的旁道回油流量Qv及主閥芯的回油Qb進入油泵吸油口，定量葉片泵重新泵出。這部分轉向液在泵內部高速內循環(huán)產生高熱，使油泵配油盤等零部件加速磨損。同時，油泵的高壓腔與低壓腔溝通，使方向機在負載增加時建立不起工作壓力，轉向器操縱困難，油泵轉向沉重。轉向泵安全閥開啟時轉向泵流量及壓力關系滿足下列公式：

式中，Psp為定量葉片泵出油壓力（MPa）；Ps為轉向泵供給方向機壓力（MPa）；Psv為油泵阻力孔后端壓力（MPa）；Fs0為流量閥彈簧預緊力（N）；Ks為彈簧剛度（N/mm）；Xv為主閥芯開啟度（mm）；Qp為定量葉片泵輸出流量（L/min）；Qb為主閥芯開啟回油流量（L/min）；Qv為旁道流量（L/min）；△P為主閥芯前后的壓差（MPa）。

圖5 轉向泵在開啟壓力下工作原理圖

故障件轉向泵輸出到方向機高壓油道由于部分被遮擋，出油不暢導致背壓增大，當背壓達到轉向泵安全閥開啟壓力，使轉向泵提前卸壓，則會導致轉向系統(tǒng)液壓助力失效，駕駛員轉向時出現(xiàn)轉向沉重。

3 改進方案及驗證

根據轉向泵的閥工作原理推導，判斷導致轉向系統(tǒng)液壓助力失效的根本原因為轉向泵高壓出油油道遮擋，為了驗證該論斷的正確性，采取改進措施，改制將遮擋出油油道的閥堵頭螺紋長度改短，以保證轉向泵高壓出油口油道暢通不被遮擋。

將轉向泵故障件恢復裝車，通過整車路試試驗，低速轉彎時偶發(fā)轉向系統(tǒng)液壓助力失效故障再現(xiàn)。通過單因子驗證方法，將改進措施優(yōu)化后的轉向泵閥堵頭更換到轉向泵故障件上驗證，同臺車同試驗路況，經1 000 km循環(huán)試驗，低速轉彎時偶發(fā)轉向系統(tǒng)液壓助力失效故障消除。最后再次故障再現(xiàn)驗證，將轉向泵故障件的原狀閥堵頭換回，再次路試結果故障仍然再現(xiàn)。

通過理論分析推導，結合實車故障再現(xiàn)驗證，確認該案例中轉向系統(tǒng)液壓助力失效的根本原因為轉向泵高壓出油不暢，導致出現(xiàn)偶發(fā)低速轉彎時轉向沉重。

4 結論

文章通過實際工作中遇到的典型故障案例，通過大量數據的采集分析，從轉向泵組件尺寸、性能參數、泵體結構、閥體工作原理各方面展開分析，結合轉向泵閥系統(tǒng)工作原理合理推斷故障原因，并對推斷觀點實踐驗證，在整車上故障再現(xiàn)A-B-A驗證，從理論和實踐兩方面驗證故障原因分析的準確性的方法，在實際問題分析中值得借鑒。