陜重汽某車型駕駛室高度閥若干應(yīng)用問題分析和研究

摘 要：陜重汽某車型是陜重汽主打車型，在國內(nèi)重卡市場占據(jù)重要位置，但由于相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)制造誤差，國內(nèi)外高度閥產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差異化以及千差萬別的使用環(huán)境，導(dǎo)致項(xiàng)目初期高度閥出現(xiàn)諸多不適應(yīng)的情況。針對(duì)這些故障現(xiàn)象，基于現(xiàn)場大量的測量結(jié)果和相關(guān)理論分析，提出了針對(duì)性的解決措施;并設(shè)計(jì)了相關(guān)試驗(yàn)方法以檢驗(yàn)國內(nèi)外不同泄漏量標(biāo)準(zhǔn)的等效性;根據(jù)高度閥實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，對(duì)高度閥的“死區(qū)”進(jìn)行了合理分析，拓展了國內(nèi)高度閥應(yīng)用經(jīng)驗(yàn);針對(duì)新品入庫檢驗(yàn)和售后市場，設(shè)計(jì)了高度閥相關(guān)的檢驗(yàn)方法和設(shè)備以便于快速判別問題。關(guān)鍵詞：陜重汽;駕駛室;空氣懸架;高度閥中圖分類號(hào)：U463.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-117-05

Abstract： This certain key truck platform of Shaanxi Truck plays an important role in China truck market. But a lot of application issues were reported and solutions were required immediately when the project started due to the products manufacturing tolerance， the difference of air suspension valve specifications and the complex application environment. Based on a large amount of on-site inspection and analysis， effective solutions are completed accordingly; some related testing method are designed to evaluate the different leak specifications; analyzed the dead band of air suspension valve; some inspection methods and equipment are designed to complete the in-coming inspection and field inspection.Keywords： Shaanxi Truck; Cab; Air suspension; Air suspension valveCLC NO.： U463.81 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）08-117-05

前言

陜重汽某車型于2018年開始使用美國巴士德公司生產(chǎn)的新款駕駛室高度閥。該車型為四點(diǎn)懸浮空氣懸置的平頭駕駛室，每臺(tái)車駕駛室按前一后二布置共計(jì)安裝三只高度閥。該新款高度閥解決了原高度閥不耐油污和粉塵導(dǎo)致內(nèi)部氣路堵塞失效和內(nèi)部閥片容易卡滯失效等大量的售后質(zhì)量問題，但同時(shí)在使用之初，出現(xiàn)了一些諸如四個(gè)氣囊中某個(gè)氣囊不充氣、轉(zhuǎn)軸異常斷裂、高度閥擺臂不水平等應(yīng)用方面的問題。另外，由于國內(nèi)外泄漏量標(biāo)準(zhǔn)的差異化導(dǎo)致來料檢驗(yàn)和售后市場檢查出現(xiàn)困難。對(duì)于這些無關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量的應(yīng)用問題，設(shè)計(jì)了針對(duì)性的驗(yàn)證方法，并基于大量的重復(fù)性和再現(xiàn)性試驗(yàn)，找出了有效的解決措施，并得到了市場的驗(yàn)證。

1 四個(gè)氣囊中某個(gè)氣囊不充氣的問題

1.1 問題描述

調(diào)試車間人員反饋約有1/10的車輛下線之后駕駛室左后方氣囊囊皮空癟，沒有氣壓，如圖1所示。駕駛室姿態(tài)正常無明顯傾斜。經(jīng)檢查，整車以及儲(chǔ)氣筒氣壓足夠高（≥0.8MPa），所有高度閥以及氣囊沒有破損和泄漏點(diǎn)，高度閥充、排氣功能正常，所有氣管路連接可靠，且無折彎、壓扁等異?，F(xiàn)象。不充氣的氣囊對(duì)應(yīng)的高度閥擺臂明顯傾斜且位于排氣位置。另，經(jīng)過與調(diào)試車間人員溝通，這種情況在安裝老款高度閥時(shí)也一直存在，通常扳動(dòng)一下高度閥擺臂末端連接的球鉸豎桿固定支架能緩解這一問題。

1.2 原因分析

四點(diǎn)懸浮空氣懸置的駕駛室有四個(gè)氣囊，前部安裝一只高度閥控制前面左右兩個(gè)氣囊，后面左右兩側(cè)各安裝一只高度閥，各自控制一個(gè)氣囊。由于前面兩只氣囊互通，故前面氣囊不會(huì)出現(xiàn)不充氣的問題，通常只有后面氣囊會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題。由于不充氣的氣囊對(duì)應(yīng)的高度閥擺臂明顯位于排氣位置，說明氣囊無氣是由于高度閥擺臂沒有進(jìn)入充氣位置造成的。要使高度閥擺臂進(jìn)入充氣位置，必須使之向充氣位置擺動(dòng)，圖1中，必須使高度閥擺臂向下擺動(dòng)到向下傾斜，才能使氣囊充氣，當(dāng)氣囊充氣之后會(huì)逐漸升起并帶動(dòng)擺臂到達(dá)水平位置附近關(guān)閉高度閥。

出現(xiàn)這個(gè)問題的根本原因是由于，四點(diǎn)懸浮的懸置對(duì)駕駛室和底盤的設(shè)計(jì)和加工精度要求較高，前后左右四個(gè)氣囊的上下支點(diǎn)間的距離偏差很小。這就要求四個(gè)氣囊至少實(shí)際工作高度一致性要非常高，如圖2所示。對(duì)此處而言，假設(shè)底盤零部件安裝公差符合設(shè)計(jì)要求，則左后氣囊上支點(diǎn)實(shí)際位置顯然在其他三個(gè)氣囊上支點(diǎn)確定的平面以上，導(dǎo)致該氣囊無法承受適當(dāng)?shù)妮d荷以推動(dòng)高度閥擺臂進(jìn)入充氣位置。

很多卡車廠工程師和售后服務(wù)中心把這個(gè)問題歸咎于高度閥自身的質(zhì)量問題，這是有失偏頗的。這一點(diǎn)已經(jīng)通過交換試驗(yàn)得到過驗(yàn)證。

結(jié)合國內(nèi)卡車廠應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，駕駛室重量越?。ɡ?00kg左右），橫向尺寸越小（剛性較大），越容易出現(xiàn)這種問題。相反，較重較大的駕駛室，單個(gè)氣囊承載越高，且駕駛室剛性相對(duì)偏低，一定程度上能緩解這種問題。

1.3 解決方案

基于以上分析，針對(duì)該問題，提出的措施是將球鉸豎桿長度縮短一定長度?，F(xiàn)場選擇20臺(tái)出現(xiàn)該問題的車輛，平均分成兩組，第一組球鉸豎桿縮短5mm，第二組球鉸豎桿縮短10mm。調(diào)節(jié)后重新跑車5分鐘后停車，觀察問題是否消除。表1是統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

以上驗(yàn)證結(jié)果顯示，球鉸豎桿縮短5mm尚不足解決大部分問題車輛，但是縮短10mm可以解決大部分問題車輛。

經(jīng)過與陜汽的溝通，以此為基礎(chǔ)更新了車輛下線的調(diào)試工藝。后續(xù)持續(xù)跟蹤3個(gè)月，基本上解決了約98%的此類問題。極個(gè)別特殊的案例，通過多次調(diào)整后也能最終解決。

2 高度閥轉(zhuǎn)軸斷裂

2.1 問題描述

售后市場反饋，最近一個(gè)月出現(xiàn)3起后方高度閥轉(zhuǎn)軸斷裂的情況，如圖3所示。斷裂位置都在轉(zhuǎn)軸與擺臂配合的頸部。收到舊件后對(duì)轉(zhuǎn)軸材質(zhì)進(jìn)行金相分析，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)合格。另經(jīng)確認(rèn)，高度閥的球鉸豎桿工作正常無卡澀阻滯等現(xiàn)象。

2.2 原因分析

高度閥的工作原理是擺臂僅僅繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣囊的充氣、排氣以及關(guān)閉動(dòng)作。垂直于高度閥擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)平面的力或者力矩都是不允許存在的。由于舊件高度閥外表無其他損傷，因此，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸斷裂的原因只能是工作過程中擺臂受到垂直于擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)平面的力或者力矩。

為了防止行駛中駕駛室和底盤相對(duì)位移對(duì)高度閥擺臂造成側(cè)向沖擊，目前所有的高度閥豎桿都使用上下球鉸的設(shè)計(jì)，如圖4所示。正常情況下，球鉸的側(cè)向工作行程遠(yuǎn)大于駕駛室和底盤相對(duì)位移，因此不會(huì)將駕駛室側(cè)向載荷傳遞到高度閥擺臂上。但是如果駕駛室前后位移量過大，或者沒有前后限位裝置，極端情況下可能將側(cè)向力傳遞到高度閥擺臂造成轉(zhuǎn)軸斷裂。

2.3 解決方案

為限制駕駛室前后位移，經(jīng)過與陜汽溝通，建議在駕駛室后方鎖止機(jī)構(gòu)處增加限位裝置。該限位裝置既要能限制車輛行駛中駕駛室前后位移，也要保證駕駛室翻轉(zhuǎn)之后回落順暢。具體設(shè)計(jì)由陜汽負(fù)責(zé)，最終方案如圖5所示。

從限位裝置正式裝車并完成車輛銷售后，持續(xù)跟蹤售后市場6個(gè)月，再無高度閥斷軸反饋。

3 車輛靜態(tài)時(shí)高度閥擺臂不水平及原因分析

3.1 問題描述

車輛下線調(diào)試車間反饋，部分車輛高度閥安裝調(diào)試完成之后，發(fā)現(xiàn)高度閥擺臂不是完全水平狀態(tài)，略有向上或者向下傾斜的趨勢，除此之外無其他異?，F(xiàn)象，如圖6所示。

3.2 原因分析

關(guān)于這個(gè)問題，結(jié)合前期應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，不止卡車，其他安裝空氣懸架的車輛例如公交車、長途客車等，均有過類似反饋。究其原因，是由于幾乎所有高度閥，都必然存在一個(gè)既不充氣、也不放氣的“死區(qū)”范圍，這個(gè)角度基于水平線通常有±1.5°左右，如圖7所示。

當(dāng)車輛行駛在顛簸路面或者駕駛室載荷發(fā)生變化時(shí)，高度閥擺臂會(huì)被推動(dòng)，從死區(qū)向充氣或者排氣位置旋轉(zhuǎn)，從而打開充氣或者排氣通道，對(duì)氣囊充氣或者排氣，氣囊充氣或者排氣后，手柄又被推向死區(qū)，當(dāng)擺臂逐漸靠近死區(qū)邊界關(guān)閉的一瞬間，氣囊高度就會(huì)停止變化，也不會(huì)推動(dòng)擺臂繼續(xù)向水平位置旋轉(zhuǎn)。所以，在車輛正常使用過程中，高度閥擺臂永遠(yuǎn)都只會(huì)停留在死區(qū)靠近邊界的位置，即擺臂不會(huì)處于水平位置，而是略微向上或者向下傾斜。以上分析是基于高度閥安裝支架等相關(guān)零部件正確安裝、調(diào)節(jié)之后，高度閥在車身安裝位置超過公差范圍的情況不在討論之列。

有些客車廠和卡車廠的技術(shù)人員對(duì)高度閥工作原理了解不夠深入，往往會(huì)誤認(rèn)為這是一種質(zhì)量問題或者產(chǎn)品缺陷，實(shí)際并非如此。

因此實(shí)際應(yīng)用中，無需過分關(guān)注這個(gè)問題，而應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注氣囊高度是否正確，因?yàn)闅饽腋叨汝P(guān)乎駕乘舒適性、車身姿態(tài)和車輛操控穩(wěn)定性。所以必要時(shí)，需要檢查各個(gè)氣囊的高度是否在公差允許的范圍之內(nèi)，高度閥最核心的功能是車輛載荷變化時(shí)維持氣囊高度不變。

3.3 解決方案

根據(jù)以上分析，與陜汽進(jìn)行溝通，以消除認(rèn)識(shí)偏差。建議陜汽在出現(xiàn)類似問題時(shí)，首先排除是否存在安裝問題，然后檢查所有氣囊的高度是否在公差允許的范圍內(nèi)。

4 國內(nèi)外泄漏量標(biāo)準(zhǔn)等效研究以及產(chǎn)品檢驗(yàn)方法

4.1?國內(nèi)外泄漏量標(biāo)準(zhǔn)等效研究

陜汽外檢部門反饋，美國標(biāo)準(zhǔn)的高度閥泄漏量是按照一定壓力下氣流流量標(biāo)識(shí)的，陜汽參考標(biāo)準(zhǔn)是按一定時(shí)間內(nèi)氣壓降標(biāo)識(shí)的，二者不統(tǒng)一導(dǎo)致無法檢驗(yàn)。

對(duì)于高度閥的允許的泄漏量，美國標(biāo)準(zhǔn)為80psi壓力下不超過4.0SCCM，是以流量值來衡量的。泄漏量的檢測也是通過流量計(jì)來獲取檢測結(jié)果的，檢測一只樣品在幾分鐘內(nèi)即可完成，非常迅速。陜汽則參考《GB/T 11612-1989客車空氣懸架用高度控制閥》（已作廢），將高度閥連接在容積為4L初始?jí)毫?.80MPa的儲(chǔ)氣筒上，24小時(shí)之后觀察氣壓下降了多少，使用該方法檢測樣品十分耗時(shí)，陜汽實(shí)際生產(chǎn)中也沒有按此方法檢測，但是陜汽希望了解這兩種檢測方法的等效性。

由于常規(guī)壓力狀態(tài)下干燥空氣密度可以通過氣體狀態(tài)方程計(jì)算出來，在此先計(jì)算容積為4L初始?jí)毫1為0.80MPa的儲(chǔ)氣筒壓力逐步下降為P2之后，對(duì)應(yīng)的美國標(biāo)準(zhǔn)流量值（SCCM），結(jié)果詳見表2所示。

可以看出，當(dāng)24小時(shí)壓力降為0.15MPa即終止壓力為0.64MPa到0.65MPa之間時(shí)，對(duì)應(yīng)泄漏流量值約4.0SCCM。

為驗(yàn)證理論計(jì)算的可靠性，按《GB/T 11612-1989客車空氣懸架用高度控制閥》制作了專用檢測設(shè)備以及6件泄漏量為4.0±0.1SCCM的高度閥樣品，采集了6組數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，結(jié)果如表3所示。

從上表可看出，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果比較相符。

4.2?產(chǎn)品檢驗(yàn)方法

基于前文4.1節(jié)的理論計(jì)算思路和相關(guān)研究方法再做進(jìn)一步拓展，在此提供按照壓降法快速檢測高度閥泄漏量的方法（流量檢測設(shè)備過于昂貴）。為了也能適應(yīng)惡劣的室外應(yīng)用環(huán)境，所提供的設(shè)備為便攜式，如圖8所示，儲(chǔ)氣筒容積為4L，初始?jí)毫1為0.80MPa，壓力表最小分度為0.01MPa。

可以通過氣體狀態(tài)方程計(jì)算出，當(dāng)儲(chǔ)氣筒氣壓由0.80?MPa降低到0.79MPa時(shí)，不同泄漏量值與其所需要的時(shí)間T之間的關(guān)系，考慮到不同季節(jié)溫度的差異，按照冬季（0°C），春秋季（15°C），夏季（27°C）分別計(jì)算，結(jié)果如表4所示，曲線如圖9所示。

以上數(shù)據(jù)可以看出，將一個(gè)泄漏量為4.0±0.1SCCM的高度閥連接在一個(gè)4L儲(chǔ)氣筒上時(shí)，在冬季、春秋季和夏季三種溫度條件下，儲(chǔ)氣筒氣壓由0.80MPa降低到0.79MPa時(shí)，所需要的時(shí)間分別是100分鐘、95分鐘和90分鐘，這樣的時(shí)間消耗相比之前的24小時(shí)大為減少，不論在試驗(yàn)室還是室外都具備可操作性。

依此結(jié)論，可將待檢樣品連接到檢測設(shè)備上，當(dāng)壓力為0.80MPa時(shí)開始計(jì)時(shí)，100分鐘（此值為冬季值，春秋季值和夏季值分別按95分鐘和90分鐘）之后，觀察氣壓表讀數(shù)，如果不低于0.79MPa，則樣品合格，否則不合格。

此設(shè)備除檢測高度閥泄漏量之外，還可以檢測高度閥進(jìn)氣、排氣功能以及死區(qū)是否正常等所有常規(guī)檢測項(xiàng)目，且設(shè)備成本只有流量檢測設(shè)備的3%左右，目前已經(jīng)交付陜汽和其他卡車廠以及相關(guān)維修服務(wù)站并用于實(shí)際檢測，用戶反饋良好。

5 結(jié)論

目前國內(nèi)已有60%左右的重卡駕駛室安裝了空氣懸掛，

由于用戶對(duì)舒適性需求不斷提高，傳統(tǒng)的螺旋彈簧懸掛將逐步被空氣懸掛所替代。高度閥作為空氣懸掛關(guān)鍵控制元件，不僅要滿足靜態(tài)安裝要求，還要滿足車輛運(yùn)行的動(dòng)態(tài)要求，其重要性不言而喻。關(guān)于其應(yīng)用的各種問題也是亟待解決，這就需要拋棄既有思維模式，不斷推陳出新，尋找新的解決問題的方法，才可以滿足用戶需求。

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