汽車轉(zhuǎn)向管路低溫失效分析及優(yōu)化

【摘要】介紹了低溫對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的影響，基于某款車型液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開發(fā)過程中由于低溫環(huán)境導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效模式，指出低溫環(huán)境對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回油管路內(nèi)壓力的影響，分析產(chǎn)生回油管路脫開的原因并提出相應(yīng)的解決措施。

【關(guān)鍵詞】液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；轉(zhuǎn)向液；回油管路；滲漏

隨著汽車研發(fā)技術(shù)和人們生活水平不斷提高，人們對汽車的操縱性要求也越來越高，為提高汽車的轉(zhuǎn)向操縱性能，目前汽車上廣泛地采用動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)按傳力介質(zhì)不同分為氣壓式、液壓式和電動式三種。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運行的液壓是由轉(zhuǎn)向泵產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)向液的量及壓力是由位于轉(zhuǎn)向泵內(nèi)的液流控制閥調(diào)節(jié)的。發(fā)動機啟動后，轉(zhuǎn)向泵開始工作，轉(zhuǎn)向油罐中的轉(zhuǎn)向液經(jīng)吸油管進入轉(zhuǎn)向泵，轉(zhuǎn)向液經(jīng)過轉(zhuǎn)向泵后，在出油口處變成高壓油液，高壓油液經(jīng)過油管進入轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器內(nèi)轉(zhuǎn)向液經(jīng)轉(zhuǎn)向小齒輪輸送到轉(zhuǎn)向閥，控制閥控制液體壓力并改變液流流向。液體被引向動力缸相應(yīng)的一側(cè)，并在此產(chǎn)生齒輪齒條推動力[1]。由于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相應(yīng)性價比更高，已在各種汽車上獲得廣泛應(yīng)用。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)再給人們帶來各種便利的同時，相應(yīng)的問題也隨之出現(xiàn)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在開發(fā)中會遇見各類問題，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)密封不嚴導(dǎo)致轉(zhuǎn)向油液滲漏便一直是影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作的難點之一。而影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滲漏的因素各種各樣，其中溫度的影響就需要我們引起高度的重視，由于轉(zhuǎn)向液的滲漏甚至油管的爆裂導(dǎo)致轉(zhuǎn)向助力失效，將會給汽車正常行駛留下極大的安全隱患，有必要對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的管路脫開進行相應(yīng)的分析及研究。

本文主要分析了低溫情況下轉(zhuǎn)向回油管路脫開的原理，并通過試驗分析的方法對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行改善，以解決轉(zhuǎn)向回油管路低溫情況下脫開的問題。

1、問題描述

對某款車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)問題進行統(tǒng)計匯總，在黑河進行冬季高寒試驗過程中出現(xiàn)動力轉(zhuǎn)向回油膠管與金屬管連接處脫開問題（環(huán)境溫度-30℃以下），有必要對該問題進行立項分析和改進。

2、問題原因分析

低壓管由于壓力較低，故低壓管與其他零件的連接主要采用彈簧夾箍進行連接，設(shè)計時應(yīng)注意使彈簧夾箍與橡膠管有足夠的緊固力，連接和密封應(yīng)力求簡單方便、牢固可靠[2]。

經(jīng)對轉(zhuǎn)向回油管脫開問題進行分析，總結(jié)出如下信息。

2.1回油管路接頭脫開問題具有區(qū)域集中性，僅發(fā)生在東北地區(qū)，在海南進行的試驗車輛未出現(xiàn)此問題。

2.2回油管路接頭脫開問題具有具有季節(jié)性，僅發(fā)生在冬季，在進行夏季試驗時未反饋此問題。

2.3回油管路接頭脫開問題具有車型集中性，僅發(fā)生在此車型，同步試驗的不同車型未反饋此問題。

針對以上特點，確定失效模式發(fā)生受溫度影響較大，環(huán)境特點為-30℃以下低溫環(huán)境。

3、失效原因排查

3.1低壓管由于工作壓力較低，故低壓膠管與硬管連接主要采用鋼帶型彈簧環(huán)箍進行連接。設(shè)計拉脫力為>500N，轉(zhuǎn)向硬管與膠管配合尺寸采用標準配合尺寸，經(jīng)過拉脫力測試，滿足設(shè)計要求。

3.2對系統(tǒng)不同溫度回油壓力進行測試

3.3經(jīng)最終排查，確定產(chǎn)生失效的原因如下：轉(zhuǎn)向回油管長度較長為4650mm，油液低溫粘度較大為20000mPas，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回油壓力在-30℃時峰值為3.3MPa，大于管路最小保壓能力（2.5MPa），-40℃時達到5.7MPa，超過管路的低溫最小爆破壓力（5MPa）。

4、效果驗證

4.1方案確定

根據(jù)上述原因分析，采取如下方案進行驗證。

方案一：將轉(zhuǎn)向回油管長度由4650mm變更為2500mm，進行低溫回油壓力最大為2.7MPa。

方案二：將轉(zhuǎn)向液更換為低溫性更好的轉(zhuǎn)向液，其-40℃時動力學(xué)粘度由20000mPas更改為1050mPas，進行低溫轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回油壓力測試最大壓力為2.1MPa。

4.2方案選擇：經(jīng)對方案進行測試對比，減短回油管路后影響轉(zhuǎn)向系統(tǒng)散熱性能，最終選擇方案二。

4.3效果驗證，經(jīng)對更換油液后車輛到黑河進行冬季高寒耐久試驗驗證，未再次出現(xiàn)此失效模式，徹底解決了回油管路脫開的問題。

5、結(jié)論

5.1通過本文的分析明確了該車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回油管路脫開問題是由于轉(zhuǎn)向管路布置、轉(zhuǎn)向油液耐低溫流動性能等綜合因素引起的，通過進行相應(yīng)優(yōu)化后，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)低溫回油壓力有了明顯的降低。

5.2通過本文的研究為以后解決此類問題提供了寶貴的經(jīng)驗，以后遇到類似情況時可通過調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，使問題得到解決。

參考文獻

[1]王洋.轉(zhuǎn)閥式液壓助力轉(zhuǎn)向器研究[M].鎮(zhèn)江：江蘇理工大學(xué)出版社，2001

[2]陳燕，陳竹君，陳丹曄.汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向液滲漏的分析及處理.潤滑與密封，2009.