某越野車轉(zhuǎn)向油泵殼體爆裂原因分析及驗證

沈阿榮 劉偉建 舒勇 田豪 范廣龍

摘 要：文章通過對某越野車型轉(zhuǎn)向油泵爆裂進行了分析，提出解決方案，并對方案進行驗證，為各類變型車及新車型開發(fā)提供理論依據(jù)與參考。

關鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；齒輪泵；殼體爆裂

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-80-02

Abstract： In this thesis， we make the analysis and validation of the pump split on the off-road Steering， put forward the method of the resolvent and verify it. The thesis provide a theoretical basis for the development of all kinds of variants and new models reference.

Keywords： steering systems； gear pump； split

CLC NO.： U463.4 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-80-02

前言

某型號越野車在出廠摸底試驗中，五輛樣車中有三輛樣車在舉升備輪時發(fā)生油泵殼體爆裂的故障。本文通過對轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)進行分析，找到轉(zhuǎn)向油泵殼體爆裂的原因，并通過對系統(tǒng)改進結合試驗驗證解決了該問題，提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性。

1 故障現(xiàn)象

樣車在行駛大約1000公里后，車輛進行常規(guī)檢查，舉升備輪時發(fā)生油泵殼體爆裂的故障。如圖1所示。

對損壞的齒輪泵進行拆解，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的主動齒輪有高溫灼燒的顏色，浮動軸承座表面有嚴重的磨損痕跡，安全閥彈簧變形，長度比正常的彈簧長度縮短5mm左右。如圖2所示。

2 故障原因分析

由于油泵殼體是在舉升備輪時發(fā)生爆裂，所以先對液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和備輪操縱系統(tǒng)進行分析。

2.1 轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理介紹

該越野車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與備輪舉升系統(tǒng)共用一個液壓泵。液壓油箱1中的液壓油通過吸油多通接頭3分別進入發(fā)動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)向油泵5和安裝在分動器上的應急泵10。轉(zhuǎn)向油泵5驅(qū)動液壓油進入備輪升降控制閥12后分為兩路：一路進入應急閥9的P1口，另一路直接進入雙回路轉(zhuǎn)向器7的第一回路；應急泵10驅(qū)動液壓油進入應急閥9的P2口，應急閥A口與轉(zhuǎn)向器7的第二回路連接，驅(qū)動前二橋轉(zhuǎn)向助力缸8進行工作。由于轉(zhuǎn)向油泵5內(nèi)置安全閥，所以當壓力升高時，通過內(nèi)置安全閥進行卸荷保護，轉(zhuǎn)向器7和應急閥9的回油通過回油多通接頭4流回液壓油箱1。轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理示意圖如圖3所示。

備輪操縱控制閥由一個三位四通電磁換向閥和一個雙向調(diào)速閥集成，可以分別調(diào)節(jié)備輪油缸的上升和下降速度，保證油缸運動平穩(wěn)性和安全性的要求，同時在油缸未工作時，保證油液最大限度通過控制閥，進入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。根據(jù)備輪舉升特性和車輛液壓系統(tǒng)參數(shù)，備輪操縱控制閥中位的最小通過流量可以達到50L/min，以滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量需求。按照油缸運動平穩(wěn)和安全性的要求，按30s時間，液壓缸的行程為470mm，舉升油缸具體參數(shù)見表1。

通過表3的備輪舉升油缸性能參數(shù)可以計算出活塞運動的平均速度 ，從而計算可得備輪舉升時需要的流量為： 。發(fā)動機怠速時轉(zhuǎn)速為600r/min±50r/min，發(fā)動機曲軸速比為1.47，所以發(fā)動機怠速時油泵的轉(zhuǎn)速為600×1.47=882r/min。油泵性能參數(shù)如表2所示，性能特性曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4轉(zhuǎn)向油泵特性曲線可以看出，在油泵轉(zhuǎn)速882r/ min時，油泵的輸出流量大約為21L左右。由于備輪舉升系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共用轉(zhuǎn)向油泵，所以油泵輸出的油液經(jīng)過備輪舉升電磁閥，有21-2.86=18.14L/min的油液需要進行溢流。故障樣車的轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)置安全閥，安全閥卸荷孔直徑僅有1mm，多余的油液直接進入油泵進油口。當操作備輪舉升系統(tǒng)時，由于轉(zhuǎn)向油泵溢流油液多，溢流時間長，使油泵內(nèi)部建立高壓，產(chǎn)生高溫，鑄鋁材料的油泵殼體變形，導致主動齒輪旋轉(zhuǎn)中二次掃膛，掃膛下來的鋁屑將安全閥卸荷孔堵塞，致使安全閥失效，系統(tǒng)壓力超過油泵殼體使用極限，致使油泵殼體開裂。

3 解決措施

根據(jù)前面的原因分析，要徹底解決油泵殼體開裂的情況，需要解決轉(zhuǎn)向油泵（齒輪泵）安全閥內(nèi)部溢流，將安全閥內(nèi)置油泵改為外置管路中，并將溢流油液回到油箱。改進后的轉(zhuǎn)向-備輪舉升液壓系統(tǒng)原理示意圖如圖5所示。

4 驗證效果

五輛樣車整改后，各經(jīng)過3萬公里可靠性試驗驗證，轉(zhuǎn)向油泵未再出現(xiàn)殼體開裂及其它異常現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和備輪舉升系統(tǒng)運行正常。

5 結束語

通過對該越野車暴露的問題進行分析驗證，有效的解決了該類液壓系統(tǒng)存在的安全隱患，并為各類變型車設計及新車型開發(fā)提供了理論依據(jù)和設計參考。

參考文獻

[1] 汽車構造.機械工業(yè)出版社.

[2] 機械設計手冊.化學工業(yè)出版社.

[3] 液壓與氣壓.傳動機械工業(yè)出版社.