農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障及檢修研究

馬明陽(yáng)

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

1 概述

1.1 研究背景

農(nóng)用車發(fā)展至今已經(jīng)有100多年的歷史，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展和創(chuàng)造，它已逐漸融入了人們的生活當(dāng)中。隨著農(nóng)用車的日益普及和井噴式的發(fā)展，它既給人們提供了方便，同時(shí)也帶來(lái)了新問(wèn)題，比如農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障問(wèn)題，應(yīng)該說(shuō)農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)隨著農(nóng)用車工業(yè)的發(fā)展歷經(jīng)了長(zhǎng)時(shí)間的演變[1-2]。大量的實(shí)踐證明，農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是保證農(nóng)用車安全行駛的最重要的系統(tǒng)之一，如何解決轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的常見(jiàn)故障是人們研究的熱點(diǎn)。農(nóng)用車在行駛時(shí)，如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)了故障將會(huì)非常危險(xiǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足、轉(zhuǎn)向沉重等故障導(dǎo)致無(wú)法正常轉(zhuǎn)向，可能會(huì)造成安全事故，對(duì)人們的生命安全造成影響，對(duì)財(cái)產(chǎn)造成損失?，F(xiàn)如今的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)擺脫了以往的純機(jī)械操控形式，轉(zhuǎn)變成為助力操控形式[3]。為了找出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種優(yōu)缺點(diǎn)，人們進(jìn)行了大量的實(shí)踐與數(shù)據(jù)分析，通過(guò)這些數(shù)據(jù)與實(shí)踐，改進(jìn)與創(chuàng)新了農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，提高了農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和操控性。對(duì)于安全性方面，農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的好壞對(duì)正常行駛的農(nóng)用車的影響是非常大的[4]。通過(guò)對(duì)一些農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各組成部分的作用、構(gòu)造、工作原理以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)功能的原理進(jìn)行分析，得出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向盤自由行程大、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正不好、轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向不足、轉(zhuǎn)向失靈或操縱失穩(wěn)、農(nóng)用車側(cè)滑等常見(jiàn)故障的產(chǎn)生原因，提出對(duì)以上故障現(xiàn)象進(jìn)行檢修與研究的可行方案。筆者總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展和研究，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理與故障分析和檢修做出了詳細(xì)的介紹，并對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了研究[5]。

1.2 農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

作為安全系統(tǒng)之一的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在農(nóng)用車中占有非常重要的地位。該機(jī)構(gòu)可以按照駕駛?cè)说囊庀螂S意去操縱農(nóng)用車的直行和轉(zhuǎn)彎的方向，因?yàn)檗r(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)用車的安全行駛起著至關(guān)重要的作用，所以農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零部件都統(tǒng)稱為“保安件”。農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)際上就是駕駛?cè)送ㄟ^(guò)方向盤控制農(nóng)用車轉(zhuǎn)向車輪的角度，使農(nóng)用車可以按照預(yù)想的軌跡運(yùn)動(dòng)[6]。它的主要工作原理是，使所有車輪都做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)并且使農(nóng)用車在轉(zhuǎn)向時(shí)車輪的軸線都相交于一點(diǎn)，而這個(gè)運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，使農(nóng)用車行駛時(shí)的阻力降低，確保行車的道路交通安全。主要功用是可以服從駕駛員的主觀意識(shí)使農(nóng)用車直行或轉(zhuǎn)彎，即便是農(nóng)用車遭受來(lái)自地面的沖擊或者行駛方向上發(fā)生跑偏，也能配合行駛系統(tǒng)保證農(nóng)用車駕駛的穩(wěn)定性，這對(duì)人們能否安全操控至關(guān)重要。

1.3 國(guó)外農(nóng)用車轉(zhuǎn)向器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，國(guó)外早就開始了研究，尤其對(duì)于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這是國(guó)外最早出現(xiàn)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在20 世紀(jì)50 年代，國(guó)外開始逐漸在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，研究出了動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，然后他們經(jīng)過(guò)多年的研究，從最開始的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)到后來(lái)具有優(yōu)越性能的電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套電子閥用來(lái)控制油泵的油輸出，以調(diào)整助力，再后來(lái)隨著國(guó)外的電子技術(shù)發(fā)展，他們開始對(duì)純電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向進(jìn)行研究[7]。

1.4 國(guó)內(nèi)農(nóng)用車轉(zhuǎn)向器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)已有研制開發(fā)農(nóng)用車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的文獻(xiàn)報(bào)道，在我國(guó)的農(nóng)用車市場(chǎng)上，相對(duì)其他技術(shù)來(lái)說(shuō)，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)是比較成熟的。但是由于液壓系統(tǒng)的缺陷，比如噪聲、零部件多、能量利用不充分等等一些弊端，我國(guó)正在逐漸研究其他轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)[8]，構(gòu)成農(nóng)用車重要部位的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)得到了大大發(fā)展。對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的加工，已經(jīng)形成了專業(yè)化的生產(chǎn)。在技術(shù)上已經(jīng)解決了以前機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的煩瑣人工操作問(wèn)題，通過(guò)動(dòng)力助力來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)用車轉(zhuǎn)向[9]。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型和組成

2.1 機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由人力來(lái)實(shí)現(xiàn)操縱的，它所要維持的能源都來(lái)源于人的力量，所有的部位都是由各種零件組裝而成的，沒(méi)有任何電子輔助系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，方向盤到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸的一系列零部件稱為轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向管柱、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向輪等部分組成。機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是依靠人的體力來(lái)操縱方向盤使農(nóng)用車轉(zhuǎn)向達(dá)到行駛目的，它的工作原理是由駕駛?cè)藢?duì)方向盤進(jìn)行輸出力矩，力矩從轉(zhuǎn)向節(jié)、機(jī)械轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向橫拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向輪等機(jī)械部件依次進(jìn)行傳遞，使得車輪方向發(fā)生改變從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)用車轉(zhuǎn)向。

2.2 液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的常見(jiàn)形式，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是使用人的一部分體力和液壓裝置來(lái)助力農(nóng)用車轉(zhuǎn)向。液壓式機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和常規(guī)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的不同就在于增加了液壓油泵，使之轉(zhuǎn)向的時(shí)候更加省力。它的工作原理：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的時(shí)候，轉(zhuǎn)向油罐里的油液會(huì)由泵輸出，通過(guò)轉(zhuǎn)向油管為轉(zhuǎn)向提供助力使得轉(zhuǎn)向更加輕便。

2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種電動(dòng)-機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是擺脫了液壓軟管、液壓油、液壓泵、濾清器及其他的液壓部件。而且該系統(tǒng)更為節(jié)能，與需要恒定的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)僅需要在實(shí)際轉(zhuǎn)向中消耗能量。它的工作原理：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向力通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向柱和萬(wàn)向節(jié)軸傳遞到轉(zhuǎn)向力矩傳感器，而轉(zhuǎn)向力矩傳感器可以接收到駕駛員所驅(qū)使的轉(zhuǎn)向力大小而發(fā)出信號(hào)，而轉(zhuǎn)向助力控制單元能接收到轉(zhuǎn)向力矩傳感器發(fā)出的所驅(qū)使力大小的信號(hào)，使轉(zhuǎn)向助力電機(jī)發(fā)出助力，使得駕駛員轉(zhuǎn)向更加省力和輕便[10]。

3 農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常見(jiàn)故障排查及檢修

3.1 方向跑偏

故障現(xiàn)象：當(dāng)人們?cè)隈{駛農(nóng)用車的時(shí)候，會(huì)感覺(jué)到車子自己偏向于一個(gè)方向，需要用力去握住方向盤，才能使農(nóng)用車不偏向于一個(gè)方向，這就是農(nóng)用車的方向跑偏。故障原因：1）農(nóng)用車輪胎的型號(hào)不一樣、使用時(shí)間不同，比如更換過(guò)輪胎而導(dǎo)致農(nóng)用車輪胎左右的花紋深淺不同，如果是這種情況就及時(shí)更換輪胎，最好是使用一樣型號(hào)的輪胎；2）農(nóng)用車左右輪胎的胎壓不一樣，可能是一側(cè)輪胎氣壓高、另一側(cè)氣壓低，這樣行駛起來(lái)農(nóng)用車肯定會(huì)跑偏；3）有可能是某一個(gè)輪胎上的制動(dòng)器無(wú)法正?；匚?，導(dǎo)致一直使制動(dòng)器和剎車片接觸，從而輪胎的車速不一致產(chǎn)生的方向跑偏；4）有可能是農(nóng)用車前輪的減振器變形而導(dǎo)致左右兩側(cè)減振程度不一致，使得農(nóng)用車行駛跑偏；5）農(nóng)用車的車架變形，農(nóng)用車的前軸與農(nóng)用車的后軸不平行，從而致使農(nóng)用車跑偏，使得農(nóng)用車無(wú)法正常行駛。

3.2 方向擺頭

故障現(xiàn)象：在行駛中，方向盤突然左右晃動(dòng)，感覺(jué)到前輪在左右擺動(dòng)，無(wú)法正?？刂品较虮P。故障原因：1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向控制拉桿球頭下支臂球頭連接松動(dòng)，如果松動(dòng)的話就需要對(duì)下支臂球頭進(jìn)行更換；2）農(nóng)用車的前輪定位參數(shù)不是非常正確，建議對(duì)農(nóng)用車進(jìn)行四輪定位，并按照規(guī)定調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值；3）農(nóng)用車兩側(cè)的車輪不平衡，可以對(duì)農(nóng)用車進(jìn)行車輪動(dòng)平衡測(cè)試，把它們調(diào)整平衡；4）傳動(dòng)蝸桿的軸承裝配不標(biāo)準(zhǔn)，使得它們的配合過(guò)于松散；5）轉(zhuǎn)向節(jié)主銷和襯套之間的裝配不符合標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)這種情況可以把農(nóng)用車前半部升起用手來(lái)晃動(dòng)車輪，檢查轉(zhuǎn)向節(jié)主銷和車輪軸承的松曠程度。若觀察有明顯松曠，表明是轉(zhuǎn)向不穩(wěn)的故障，應(yīng)予以調(diào)整或更換。

3.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向沉重

故障現(xiàn)象：在農(nóng)用車行駛轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以明顯感覺(jué)到轉(zhuǎn)向盤非常沉重，可能是農(nóng)用車的液壓動(dòng)力裝置功能喪失。故障原因：1）可能是空氣進(jìn)入了液壓管的回路中。檢查下油罐中是否存在氣泡，如果有就是空氣進(jìn)入了液壓管中，應(yīng)該進(jìn)行氣體排除并檢查什么地方漏氣。2）可能是轉(zhuǎn)向油罐中的液壓油少于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。檢查下轉(zhuǎn)向油罐中液壓油的液面位置，如果缺少就添加到指定位置，如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向油變質(zhì)就要及時(shí)更換轉(zhuǎn)向油。3）有可能是油泵的傳送帶松緊度問(wèn)題，過(guò)松或者過(guò)緊都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重。應(yīng)該檢查傳送帶是否過(guò)松或者過(guò)緊，如果出現(xiàn)過(guò)松或者過(guò)緊情況就要及時(shí)把它們調(diào)整到正常狀態(tài)。4）有可能是油泵損壞或者油泵內(nèi)部磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致輸出的油壓不足，從而使轉(zhuǎn)向沉重。應(yīng)該對(duì)油泵進(jìn)行檢查，檢查它是否磨損嚴(yán)重，內(nèi)部是否有泄漏或者堵塞，檢查轉(zhuǎn)子上的密封環(huán)或者油封有沒(méi)有問(wèn)題，如果有就及時(shí)更換零件，實(shí)在不行就換新油泵。

3.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)回正不好

故障現(xiàn)象：農(nóng)用車行駛中，在駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)彎后，農(nóng)用車的方向無(wú)法正常回到之前的直線行駛狀態(tài)。故障原因：1）可能是轉(zhuǎn)向軸軸承過(guò)緊，針對(duì)這種情況可以對(duì)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向器進(jìn)行拆卸，然后查看轉(zhuǎn)向軸軸承是否過(guò)緊，如果是這種情況就對(duì)軸承進(jìn)行更換。2）可能是液力助壓系統(tǒng)控制閥調(diào)整不正確，液壓閥黏住或有臟物卡住。檢查液壓助力系統(tǒng)控制閥，如果調(diào)整有誤就進(jìn)行更正，如果有臟東西之類的就進(jìn)行清洗。3）檢查一下回油管有沒(méi)有完全彎曲或堵塞，如果回油管彎曲或者堵塞就對(duì)它進(jìn)行清洗。

3.5 轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向不足

故障現(xiàn)象：農(nóng)用車的轉(zhuǎn)向不足就是駕駛員在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)不靈敏，方向盤的自由行程過(guò)大，主要表現(xiàn)為農(nóng)用車保持直線行駛時(shí)方向盤過(guò)度松動(dòng)，即左右旋轉(zhuǎn)的角度過(guò)大，因此只能通過(guò)大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)用車的轉(zhuǎn)向，即農(nóng)用車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候原本只需要旋轉(zhuǎn)方向盤20°實(shí)際卻需要20°以上才能維持正常轉(zhuǎn)向，而與此狀況相反的就是轉(zhuǎn)向過(guò)度。轉(zhuǎn)動(dòng)量不夠可能的原因是：前懸掛的硬度過(guò)高或者后懸掛的硬度過(guò)低；轉(zhuǎn)向角度限位螺栓調(diào)整太長(zhǎng)；轉(zhuǎn)向搖臂沒(méi)有正確安裝在搖臂軸上；轉(zhuǎn)向節(jié)主銷、襯套磨損或者松動(dòng)；轉(zhuǎn)向直拉桿調(diào)整不對(duì)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整；轉(zhuǎn)向器的主動(dòng)嚙合部位和從動(dòng)嚙合部位間隙太大，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整；循環(huán)球或者轉(zhuǎn)向器扇形齒在蝸桿箱的安裝位置不合適。

3.6 農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響

故障現(xiàn)象：在駕駛農(nóng)用車進(jìn)行轉(zhuǎn)向的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤會(huì)發(fā)出一些不正常的響聲。故障原因：1）農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異響有可能是由轉(zhuǎn)向油發(fā)出的脈沖而導(dǎo)致的，針對(duì)這種可能，對(duì)農(nóng)用車進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向確定其是否是由油液脈沖導(dǎo)致的，如果確定是，這種現(xiàn)象則是正常的。2）檢查是否是方向柱防塵套發(fā)出的異響，如果異響從方向盤下方傳來(lái)，那么就極可能是方向盤下方的方向柱防塵套發(fā)出的異響。原因可能是方向盤下方的方向柱防塵套缺少潤(rùn)滑油潤(rùn)滑發(fā)生了摩擦，發(fā)出了一些吱吱響聲。這時(shí)，要在上面涂抹一些潤(rùn)滑油，異響如果消失那就是這個(gè)原因。3）異響有可能是由高壓油管和其他部件之間的摩擦造成的，如果確定是這種情況，就可以通過(guò)重新固定高壓油管來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。4）可能是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)發(fā)生故障，當(dāng)轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部的齒輪老化磨損造成齒輪間隙過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致異響，這種情況就要更換轉(zhuǎn)向機(jī)。5）當(dāng)農(nóng)用車在行駛中轉(zhuǎn)向時(shí)聽(tīng)見(jiàn)“噠噠”聲音，這種情況應(yīng)該檢查轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油路管道有沒(méi)有泄漏，沒(méi)有的話就可能是控制閥的堵塞導(dǎo)致油路不通而產(chǎn)生異響，這就要對(duì)控制閥進(jìn)行清洗或者更換。6）可能是萬(wàn)向節(jié)或者轉(zhuǎn)向機(jī)內(nèi)部軸承的密封圈老化或者損壞，如果是這樣的話就更換老化或損壞的密封圈。

4 總結(jié)

農(nóng)用車行駛過(guò)程中，農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)駕駛?cè)说陌踩绊懯欠浅４蟮?。在行駛過(guò)程中常常由于各種情況需要進(jìn)行拐彎，而如果農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在故障很可能就會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題。筆者通過(guò)研究農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理、常見(jiàn)故障和檢修方法，對(duì)于農(nóng)用車常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障進(jìn)行分析排查，明確影響液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障的主要原因，針對(duì)故障提出正確的維修方案或解決措施，從而減少農(nóng)用車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)行車時(shí)的安全隱患，讓農(nóng)用車行駛更加安全。