商用車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的影響因素及控制方法

禤釗堅

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州545005）

為保證車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能和可靠性，商用車液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常要求油液最高溫度不得高于120℃.一般通過8字雙扭路線轉(zhuǎn)向試驗進行評價，要求車輛在規(guī)定的載荷工況、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、環(huán)境溫度、油液起始溫度的條件下，連續(xù)完成10圈8字雙扭路線轉(zhuǎn)向試驗后油溫不得高于120℃.液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的危害是很多的，不僅影響系統(tǒng)性能，還降低系統(tǒng)的可靠性，影響行車安全，必須加以控制[1]。

1 油溫過高產(chǎn)生的原因及危害

1.1 油溫過高的原因

油溫升高的熱量來源于液壓助力中的液壓功率損失，包括液壓泄漏損失、流阻損失、機械摩擦損失等，這些損失的功率會轉(zhuǎn)換成熱量，并被液壓油吸收[2]。液壓油吸收的熱量通過油壺、油管、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵等部件進行散熱，當(dāng)液壓油的吸熱量與散熱量相平衡時，系統(tǒng)油溫趨于穩(wěn)定。因此，根據(jù)熱量來源及熱量平衡原理，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫過高的原因可分為兩大類：

（1）系統(tǒng)功率損失過大造成油溫高

1）轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵等部件內(nèi)泄漏過大，液壓泄漏造成功率損失。

2）系統(tǒng)無行程卸荷閥，造成方向打到最大轉(zhuǎn)角時產(chǎn)生持續(xù)高壓溢流的功率損失。由于用戶操作的不規(guī)范，車輛在移庫、調(diào)頭時經(jīng)常長時間將方向盤停留在最大轉(zhuǎn)角位置，這種情況下很容易就會造成轉(zhuǎn)向泵局部油溫急劇升高。

3）轉(zhuǎn)向泵流量過大，產(chǎn)生不必要的液壓溢流而增加功率損失，且隨著工作負(fù)荷的增大功率損失加大。

4）油管或接頭通徑過小，彎曲、變徑過多，管路流阻損失過大。

5）管路雜質(zhì)引起阻流損失，此種情況往往油溫升高的速度較快。

（2）系統(tǒng)散熱不良造成油溫高

1）管路散熱能力不足。如管路太短、油管材料和結(jié)構(gòu)不利于散熱、通風(fēng)不良等。

2）安全閥位置設(shè)置不合理。如將安全閥設(shè)置在轉(zhuǎn)向泵上，車輛因超載而轉(zhuǎn)不動方向時，系統(tǒng)處于“斷流”狀態(tài)[3]，高壓油在轉(zhuǎn)向泵內(nèi)溢流循環(huán)，轉(zhuǎn)向泵內(nèi)局部油溫急劇上升而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵頻繁損壞。對于使用工況較為惡劣的工程車最容易出現(xiàn)這樣的故障。

1.2 油溫過高產(chǎn)生的危害

在車輛的使用過程中，局部的、系統(tǒng)性的油溫過高會危害車輛的轉(zhuǎn)向性能和可靠性，主要的危害有以下幾種表現(xiàn)：

（1）降低油液黏度，增加內(nèi)泄漏，降低容積效率，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重、發(fā)卡故障。

（2）加速密封橡膠元件的老化，破壞密封，進而增加內(nèi)泄漏，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向沉重、發(fā)卡和漏油故障。

（3）引起潤滑不良，增加部件磨損，縮短轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向泵的壽命。

（4）使機械產(chǎn)生熱變形，影響循環(huán)球、活塞、葉片等運動副之間的間隙，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)向發(fā)卡。

（5）加速油液氧化，縮短油液使用壽命。

2 油溫控制方法

根據(jù)油溫過高的原因，油溫過高的控制同樣從兩個方面開展：

2.1 降低系統(tǒng)功率損失

（1）制定轉(zhuǎn)向器、助力油缸內(nèi)泄漏量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)向器、助力油缸的內(nèi)泄漏量。

（2）轉(zhuǎn)向器需設(shè)置行程卸荷閥，使系統(tǒng)在方向打到最大轉(zhuǎn)角時進行泄壓，避免產(chǎn)生持續(xù)的高壓溢流功率損失。某車型轉(zhuǎn)向器初始設(shè)計方案無行程卸荷閥，車輛在打死方向盤并停留30 s左右再回正方向時，存在轉(zhuǎn)向沉重的問題。經(jīng)過試驗測試發(fā)現(xiàn)，造成該問題的原因正是由于打死方向時轉(zhuǎn)向泵持續(xù)高壓溢流，轉(zhuǎn)向泵局部油溫急劇升高，油液黏度下降，回正方向盤時轉(zhuǎn)向泵建壓緩慢，轉(zhuǎn)向無助力。經(jīng)過修改設(shè)計方案，轉(zhuǎn)向器增加行程卸荷閥后該問題得以解決。隨著駕駛員的年輕化，駕駛員未按操作說明要求操作，長時間打死方向的情況經(jīng)常發(fā)生，因此轉(zhuǎn)向器設(shè)置行程卸荷閥顯得尤為重要。

（3）合理選擇轉(zhuǎn)向泵排量和控制流量。定排量泵的流量隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而升高，控制流量時存在溢流損失，轉(zhuǎn)向泵排量選擇過大或控制流量設(shè)計過大容易造成系統(tǒng)油溫過高。如采用變排量泵則可較好地減少高速時的溢流損失。表1通過對比三個不同轉(zhuǎn)向泵的方案，在滿足系統(tǒng)匹配需求的前提下，選擇較小的轉(zhuǎn)向泵排量、流量可以有效降低系統(tǒng)油溫。

表1 同一車型不同轉(zhuǎn)向泵排量、流量油溫對比

（4）合理設(shè)計油管和接頭通徑、閥過流能力，管路布置要求平順，可以減小管路流阻損失。

（5）提高零部件清潔度，減小阻流損失。對于清潔度，除了規(guī)定雜質(zhì)總重量要求外，還需規(guī)定最大雜質(zhì)的尺寸、重量要求。生產(chǎn)中就曾遇到過因轉(zhuǎn)向器進油口有毛刺造成油溫高的故障。

2.2 提高系統(tǒng)散熱能力

（1）通過采用螺旋管或回形管增加金屬管的長度，利用發(fā)動機風(fēng)扇對管路、油壺進行通風(fēng)散熱；或采用翅片管、散熱器、主動散熱油壺、鋁合金殼體轉(zhuǎn)向泵等措施提高系統(tǒng)散熱能力。翅片管、散熱器、主動散熱油壺等往往成本較高，采用同等成本的螺旋管或回形管可以以較低的成本獲得較好的散熱效果。見表2.

表2 同一車型不同散熱管形式的油溫對比

（2）將安全閥設(shè)置在轉(zhuǎn)向器上，將高壓溢流由轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)向器上，從而使高壓溢流產(chǎn)生的熱量通過系統(tǒng)管路進行散熱，避免轉(zhuǎn)向泵局部高溫，同時也增加了油液的循環(huán)散熱，避免系統(tǒng)溫升過快。對于載荷及工況惡劣的工程車，該措施效果更佳。

3 結(jié)束語

商用車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油溫控制的主要途徑是減少功率損失，提高系統(tǒng)散熱能力。減少功率損失是源頭控制，通過控制部件質(zhì)量，優(yōu)化系統(tǒng)匹配，可以有效預(yù)防油溫過高。提高系統(tǒng)散熱能力是末端控制，通過熱平衡減緩油溫過快升高，保持系統(tǒng)油溫趨于穩(wěn)定。不管是減少功率損失還是提高系統(tǒng)散熱能力，都需要綜合考慮工況和性能目標(biāo)選擇經(jīng)濟的設(shè)計方案。