收割機(jī)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)故障分析研究

田 銳

（三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，收割機(jī)產(chǎn)業(yè)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)之一。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是收割機(jī)的一個(gè)重要組成部分，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在收割機(jī)中的應(yīng)用較為廣泛，并代表著液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。由于液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在收割機(jī)上發(fā)生故障的概率大，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為更好地降低故障的發(fā)生率，需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析，研究液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的故障及處理辦法。

2 研究意義

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速穩(wěn)步發(fā)展，每年收割機(jī)生產(chǎn)量都在增加，對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用[1]。由于收割機(jī)的整車承載重量不斷提高，在收割機(jī)轉(zhuǎn)向控制過程中往往需要有效克服通向地面的巨大阻力矩。為了克服轉(zhuǎn)向過程中遇到的困難，使收割機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)性能，應(yīng)在收割機(jī)中安裝液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[2]。收割機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生的故障是多種多樣的，為避免液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障，要了解液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)及保養(yǎng)，可對(duì)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)性的增強(qiáng)以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)起到積極的作用。

收割機(jī)在行駛過程中經(jīng)常需要改變行駛方向，使其按駕駛員指令所規(guī)定的方向行駛，即為收割機(jī)轉(zhuǎn)向。實(shí)現(xiàn)改變行駛方向的主要辦法是借助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使收割機(jī)前后輪產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)夾角，若收割機(jī)在直線方向行駛，車輪因地面的干擾作用，會(huì)產(chǎn)生一定的側(cè)向偏離，繼而會(huì)導(dǎo)致收割機(jī)產(chǎn)生偏離角度。因此，這時(shí)候需要駕駛員控制好轉(zhuǎn)向盤，將轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至與收割機(jī)相反的行駛方向，這樣便可有效地確保收割機(jī)保持直線方向行駛。同時(shí)，可在收割機(jī)上設(shè)置一個(gè)保證轉(zhuǎn)向或直線行駛的機(jī)構(gòu)即收割機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[3]。對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要需求就是轉(zhuǎn)向靈敏與操作輕松。轉(zhuǎn)向靈敏要求轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)小，操作輕松要求轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)大。這是相互矛盾的，簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并不具備轉(zhuǎn)向靈敏與操作輕松的優(yōu)點(diǎn)，為解決這個(gè)矛盾，在許多收割機(jī)中應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出較少的力來(lái)改變行駛方向進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

3 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是以機(jī)械結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)向力輸出[4]。收割機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)向盤至轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸之前、駕駛者操縱轉(zhuǎn)向的裝置；轉(zhuǎn)向器是駕駛者改變轉(zhuǎn)向操舵力和改變操作行駛方向的裝置；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生的力和轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)傳至兩側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)并確保其正確操作行駛方向的裝置。

當(dāng)行駛的收割機(jī)速度提高或加速改變方向時(shí)，駕駛者對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加操舵力。轉(zhuǎn)向盤對(duì)轉(zhuǎn)向軸產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸輸入給轉(zhuǎn)向器。該轉(zhuǎn)矩經(jīng)轉(zhuǎn)向器放大和改變運(yùn)動(dòng)方向后傳給搖臂、直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、左轉(zhuǎn)向節(jié)，驅(qū)動(dòng)左輪偏擺；同時(shí)左轉(zhuǎn)向節(jié)將轉(zhuǎn)矩傳給左梯形臂、橫拉桿、右梯形臂、右轉(zhuǎn)向節(jié)，驅(qū)動(dòng)右輪偏擺，從而改變收割機(jī)行駛的方向。

轉(zhuǎn)向盤是控制收割機(jī)行駛方向的功能件，也是內(nèi)飾裝飾件。在確?？刂剖崭顧C(jī)方向的前提下，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)手感舒適，在發(fā)生意外碰撞時(shí)，確保起到緩沖作用，保護(hù)駕駛員的安全。轉(zhuǎn)向盤一般由輪緣、輪輻、輪轂及附件等組成。轉(zhuǎn)向盤的尺寸和其形狀直接影響使用收割機(jī)時(shí)的舒適性和轉(zhuǎn)向助力操縱的輕便性。直徑大的轉(zhuǎn)向盤操縱輕便，如果選擇了直徑小的轉(zhuǎn)向盤，駕駛員可能需用較大的轉(zhuǎn)向助力，從而使得收割機(jī)的操縱趨于困難。在現(xiàn)代收割機(jī)中，基本上都安裝了轉(zhuǎn)向助力裝置，轉(zhuǎn)向操舵力不需要很大，從而提高操縱舒適性。

轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向管柱總成轉(zhuǎn)向操縱裝置的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)向操縱裝置在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面采用了高強(qiáng)度的沖壓件，減輕了轉(zhuǎn)向操縱裝置的整體質(zhì)量。在調(diào)整結(jié)構(gòu)上，采用高彈力彈簧控制轉(zhuǎn)向管柱角度的調(diào)整，可根據(jù)駕駛員座椅的位置隨時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向盤的高度及角度，使駕駛更為舒適。采用最新的三鎖合一裝置，點(diǎn)火開關(guān)、車門鎖、油箱鎖采用同一套鑰匙進(jìn)行控制，使用方便。同時(shí)能更改轉(zhuǎn)向軸結(jié)構(gòu)，增加轉(zhuǎn)向盤鎖止功能，加強(qiáng)防盜功能，提高了安全性。轉(zhuǎn)向軸下端的軸承采用橡膠軸承，在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向過程中，可自動(dòng)找正轉(zhuǎn)向軸軸線，消除轉(zhuǎn)向管柱兩端軸承孔不同軸帶來(lái)的影響，減少磨損，可緩沖收割機(jī)行駛過程中轉(zhuǎn)向盤的振動(dòng)，提高駕駛舒適性。

4 轉(zhuǎn)向操縱裝置總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

夾緊調(diào)整機(jī)構(gòu)[5]主要由氣缸、活塞、碟形彈簧、搖臂及搖臂座等組成，靠碟形彈簧彈力產(chǎn)生的摩擦力鎖緊轉(zhuǎn)向管柱。正常時(shí)為鎖緊狀態(tài)，需要調(diào)整時(shí)接通氣路，打開活塞，轉(zhuǎn)向管柱處于松開狀態(tài)，可方便地調(diào)整轉(zhuǎn)向盤的高低、前后位置和前后角度，及時(shí)適應(yīng)駕駛員的坐姿。在轉(zhuǎn)向軸與伸縮軸連接方式上，首次采用等速萬(wàn)向聯(lián)軸器。該結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)向軸、伸縮軸的角速度相等，轉(zhuǎn)向盤的旋轉(zhuǎn)角度可以等效地傳遞到前橋輪胎。轉(zhuǎn)向軸與軸承的連接方式用卡箍直接鉚住取代擋圈方式，消除了原來(lái)軸、孔用擋圈軸向所產(chǎn)生的間隙，就消除了在行駛過程中收割機(jī)轉(zhuǎn)向盤上下振動(dòng)的現(xiàn)象。

5 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[6]直線行駛時(shí)：轉(zhuǎn)向盤不動(dòng)，軸向控制閥處在中間位置，轉(zhuǎn)向油泵為卸荷，油路閉鎖，動(dòng)力轉(zhuǎn)向器無(wú)助力作用。向左轉(zhuǎn)向：轉(zhuǎn)向盤左轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向控制閥處在左邊位置，油泵開始工作，助力缸活塞向右移動(dòng)，車輪左轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)向左轉(zhuǎn)向。向右轉(zhuǎn)向：情況與上述相反。

6 收割機(jī)典型的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

下面介紹一下收割機(jī)典型的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[7]，單前軸轉(zhuǎn)向車型的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)管路，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。

1）液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的故障現(xiàn)象：轉(zhuǎn)向沉重[8]。產(chǎn)生故障的原因：①轉(zhuǎn)向油罐缺少油液。②轉(zhuǎn)向油罐中的油液高度低于規(guī)定的要求。③油罐內(nèi)部太臟，濾網(wǎng)堵塞。④轉(zhuǎn)向油管接頭松動(dòng)，致使轉(zhuǎn)向液泄漏。診斷與排除：①檢查轉(zhuǎn)向油罐內(nèi)的油質(zhì)或油面高度，如油液質(zhì)量有問題則應(yīng)更換成規(guī)定的油液。②若油液面高度低于規(guī)定的高度，應(yīng)加油使油液面達(dá)到規(guī)定的位置。③查看油杯濾網(wǎng)，如濾網(wǎng)臟，應(yīng)清洗動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。④檢視油管的各連接頭，將各連接螺栓擰緊。

2）轉(zhuǎn)向液壓泵產(chǎn)生故障現(xiàn)象：?jiǎn)芜呣D(zhuǎn)向沉重[9]。產(chǎn)生故障的原因：轉(zhuǎn)向液壓泵控制閥內(nèi)有異物，造成液壓泵不能正常工作。診斷與排除：更換轉(zhuǎn)向助力葉片泵。

3）轉(zhuǎn)向器產(chǎn)生故障現(xiàn)象：?jiǎn)芜呣D(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向失靈與漏油。產(chǎn)生故障的原因：①由于轉(zhuǎn)向器活塞缸的油封控制閥密封性有較大問題，油管的連接螺栓沒有完全緊固，致使其轉(zhuǎn)向液發(fā)生泄漏。②轉(zhuǎn)向器活塞缸的控制閥有較大的堵塞與損壞，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)向器工作系統(tǒng)運(yùn)行不符合規(guī)律。③由于轉(zhuǎn)向器油封活塞缸的磨損較大，油封控制閥密封不良，控制閥經(jīng)常損壞。④彈簧轉(zhuǎn)向器上的彈簧定位輪和彈簧片體的彈力性能不足或容易折斷。⑤安裝定位閥體、閥體、配油盤、定子及主閥后蓋結(jié)合處的螺栓較為松動(dòng)。診斷與排除：①更換轉(zhuǎn)向器，并緊固油管連接處的管接頭、更換轉(zhuǎn)向器。②更換動(dòng)力轉(zhuǎn)向器與新的彈簧片。③把螺栓按順序要求擰緊。

4）油管產(chǎn)生故障現(xiàn)象：轉(zhuǎn)向沉重、系統(tǒng)有異響和噪聲過大[10]。產(chǎn)生故障的原因：①油管各連接部位的螺栓松動(dòng)，致使泄漏。②油管有堵塞、彎折，產(chǎn)生共振及出油不暢的情況。診斷與排除：①檢查油管的各個(gè)連接部位，緊固各連接螺栓。②按規(guī)定調(diào)整轉(zhuǎn)向器齒輪、齒輪間隙。

5）輪胎產(chǎn)生故障現(xiàn)象：氣壓不足，氣壓不符合正常行駛要求。產(chǎn)生故障的原因：?jiǎn)芜呣D(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向沉重。診斷與排除：①按照規(guī)定給輪胎充氣，且調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。②給輪胎進(jìn)行充氣，直到達(dá)到規(guī)定的要求值。

6）油杯產(chǎn)生故障現(xiàn)象：收割機(jī)偏駛、異響。產(chǎn)生故障的原因：①油杯內(nèi)部的濾芯臟，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵吸油不良。②油杯的油面過低，系統(tǒng)中有漏油現(xiàn)象。③油杯油面過于低。診斷與排除：①檢查油杯，并更換新的油杯。②對(duì)轉(zhuǎn)向液進(jìn)行補(bǔ)充且充氣。

7）轉(zhuǎn)向泵控制閥產(chǎn)生故障現(xiàn)象：快速打方向時(shí)轉(zhuǎn)向沉。產(chǎn)生故障的原因：轉(zhuǎn)向泵控制閥被污染物堵塞，造成運(yùn)行不規(guī)范。診斷與排除：更換轉(zhuǎn)向助力葉片泵。

8）轉(zhuǎn)向油泵產(chǎn)生故障現(xiàn)象：系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)過熱。產(chǎn)生故障的原因：轉(zhuǎn)向油泵的流量過多。診斷與排除：對(duì)油泵的流量進(jìn)行調(diào)整，減少輸出。

9）轉(zhuǎn)向節(jié)主銷產(chǎn)生故障現(xiàn)象：系統(tǒng)會(huì)發(fā)生過熱情況，轉(zhuǎn)向輪出現(xiàn)回正困難。產(chǎn)生故障的原因：主銷被銹死。診斷與排除：更換主銷。

10）轉(zhuǎn)向控制閥產(chǎn)生故障現(xiàn)象：行駛跑偏。產(chǎn)生故障的原因：控制閥被異物堵塞。診斷與排除：檢查轉(zhuǎn)向閥，并進(jìn)行更換。

11）液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的檢修方法：檢查轉(zhuǎn)向器殼體是否漏油，蓋板螺栓是否松動(dòng)。若漏油，應(yīng)更換油封；螺栓松動(dòng)，則擰緊。檢查軸承是否松動(dòng)。若松動(dòng)，應(yīng)調(diào)整；若磨損嚴(yán)重，則更換軸承。中心軸有裂紋，則采用磁力探傷法進(jìn)行檢查。認(rèn)真檢查安裝的轉(zhuǎn)向控制閥油封唇與軸的接觸面是否存在磨損、燒蝕或刻痕等，若有磨損現(xiàn)象出現(xiàn)應(yīng)及時(shí)更換轉(zhuǎn)向軸，油封老化變形也應(yīng)更換。

12）轉(zhuǎn)向液壓泵的檢修方法[11]：①檢查流量控制閥的磨損與損壞情況。將控制閥加入油液施壓，檢查是否可憑本身重量順利地進(jìn)閥門內(nèi)，檢查流量控制閥是否有漏油的現(xiàn)象，先關(guān)閉一個(gè)閥孔，再向相反的方向用壓縮空氣加壓40 kPa~50 kPa，檢視空氣應(yīng)不會(huì)由閥孔端漏出。如需更換，應(yīng)更換與后殼相同記號(hào)的流量控制閥。檢查彈簧的長(zhǎng)度是否符合規(guī)格，有無(wú)破損的情況，其長(zhǎng)度為47 mm~50 mm，如不符合，應(yīng)更換。②檢查前、后殼軸套的損壞情況，有無(wú)裂痕。測(cè)量轉(zhuǎn)子軸與軸套之間的間隙，最小間隙為0.03 mm。更換油封，用一字螺釘工具將現(xiàn)油封拆下，再用專用工具把新油封換上。檢查前后側(cè)壓力板與轉(zhuǎn)子的接觸面，若有磨損，則更換。③檢查液壓泵轉(zhuǎn)子再裝葉片的槽內(nèi)是否有污染物，若有應(yīng)清洗。④檢查葉片、轉(zhuǎn)子、定子表面是否有嚴(yán)重的燒蝕、磨損，若有應(yīng)換液壓泵。

13）液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置的保養(yǎng)：①液壓泵驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)帶在40 N的壓力下，撓度約為10 mm~15 mm。②加油時(shí)，應(yīng)保持清潔。油液經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后可加入。③濾網(wǎng)被污染物堵塞，可用汽油清洗。更換汽輪油、加油時(shí)應(yīng)注意：旋出加油螺塞，將轉(zhuǎn)向盤向左轉(zhuǎn)到底，加油至“油面”的記號(hào)處，再將轉(zhuǎn)向盤向右轉(zhuǎn)到底加油，然后再向左、向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，直至加入的油不少于2.5 L。把油加到標(biāo)記處后，使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)回旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤到底，轉(zhuǎn)到低時(shí)以100 N的力保持2 s~3 s，然后再加油到標(biāo)記處，當(dāng)轉(zhuǎn)向油罐中不再有空氣泡溢出時(shí)，停止加油。將密封墊和蓋裝上，旋緊螺塞。

7 總結(jié)

綜上所述，本文基于收割機(jī)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了研究：1）在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述中，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本功用、結(jié)構(gòu)及其要求進(jìn)行了深入分析。2）簡(jiǎn)要地說(shuō)明了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要機(jī)構(gòu)及組成、優(yōu)缺點(diǎn)及工作運(yùn)行原理，并進(jìn)行了分析。3）對(duì)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)故障診斷進(jìn)行分析，并做出了解釋說(shuō)明。4）針對(duì)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)檢修與保養(yǎng)，給出了檢修與保養(yǎng)的方法。5）針對(duì)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的維護(hù)做了說(shuō)明，并總結(jié)了流程。