客车动力转向系统的设计布置及常见问题分析

客车动力转向系统的设计布置及常见问题分析
1、客车动力转向系统的设计要点
1.1 客车动力转向的设计要求
(1)转向轮转角与驾驶员转动方向盘的转角应保持一定的比例关系。

(2)动力转向系统失灵时，仍能用机械系统操纵车轮转向。

(3)减轻驾驶员作用在转向盘上的手力，同时还应有路感，并随转向阻力的增加而增大。

(4)方向盘应能平稳回位，保证汽车的直线行驶能力。

(5)转向系统应能在车辆转弯时灵活平稳地将扭力传到前轮。

(6)不同意路面不平引起的振动造成方向盘回跳或者方向失控。

1.2 动力转向器的选择
动力转向系统由于具有转向操纵灵活、轻便，能汲取路面对前轮产生的冲击，设计时转向器结构形式的选择也灵活多样等优点，因此，已在各国的汽车制造中普遍使用。

我国大客车通常使用的是整体式－液压动力转向器，其工作原理如图1所示。

液压式动力转向以液体的压力作动力来完成转向加力。

其特点是油液工作压力可达6-10MPa，甚至更高，
因此结构紧凑，动力缸尺寸小、重量轻；因油液具有不可压缩性，故灵敏度高；油液的阻尼作用能够用来汲取路面冲击；动力装置无需润滑。

其缺点是结构复杂，对加工精度与密封要求高等。

动力转向器型号的选择须根据前桥负荷、整车的布置等因素来综合考虑。

转向器选择的合适与否对整个转向系统起着至关重要的作用。

1.3 转向器及中间过渡臂的布置
转向器及中间过度臂的合理布置关于整车的行驶稳固性有非常重要的作用。

每一种转向器对其安装都有要求，在满足转向器安装要求的情况下，应根据整车的前转向桥与前悬挂的特点，保证转向拉杆与前悬挂的运动干涉在同意的范围内。

这需要作运动校核图，以确保不影响整车行驶稳固性的运动干涉。

另外，需根据前轮同意的内外转角，计算出转向垂臂与转向过渡臂的尺寸。

在这个过程当中，应尽可能地利用好转向器输出轴同意的摆角。

2、几种常用布置形式与特点
2．1 传统的转向系统布置形式
使用传统布置形式的转向系统要紧常见于10m长下列的高地板旅游客车与长途客车，其布置如图2所示。

图2中给出了转向传动装置与悬架共同工作校核图，目的是检查转向拉杆与悬架导向机构的运动是否协调。

在此种布置形式中，转向器通常布置在前钢板前支架邻近，这样使得与转向垂臂相连接的直拉杆球头点Bl与前桥上转向节臂处直拉杆球头点B2随悬架跳动的中心O2较近，从而比较容易找到合适的转向器布置位置，使得运动不协调造成的轨迹偏差GH与G'H'较小。

通常来说，GH与G'H'这一偏差应操纵在轮胎的弹性变形范围内。

目前国内大部分7-10m客车使用发动机后置，前开门，前悬较长，而长前悬客车转向器通常布置距离02较远，这样要使GH与G'H'操纵在轮胎弹性变形范围内，转
向器的选用很重要；因前地板高度较高，同时，长前悬客车如使用传统的布置形式，前直拉杆的长度较长，在相同的前桥载荷条件下，需增加直拉杆的直径，以增加拉杆稳固性。

2.2 转向垂臂使用倒置或者横置
转向垂臂倒置多使用于二级踏步城市客车上。

由于转向节臂球销中心A1点随悬架的摆动中心O2通常已接近于地板面，如转向垂臂布置向下。

为满足运动不协调造成的轨迹偏差在规定的范围内，则整个转向器将超出地板面。

为使整个转向器的布置不超出地板面，而又保证整车的接近角，转向垂臂倒置是目前国内二级踏步城市客车普遍使用的布置形式。

转向垂臂横置用于大落差前桥与空气悬架在大型超低地板城市客车上，其简图如图3所示。

由于大型超低地板城市客车的气囊较大，在前桥工字梁上方已没有布置转向节臂的位置，转向节臂只有布置在工字梁的下方。

但是使用大落差前桥后，工字梁与地面的间隙已较小，因此转向节臂与工字梁的距离很小。

如使用转向垂臂下置，容易造成转向直拉杆与工
字梁干涉。

使用转向垂臂横置后，转向垂臂与转向节臂基本上是一个平行四边形运动关系，转向直拉杆基本上在与地面平行的平面上运动，因此减小了与工字梁干涉的可能性。

2.3 使用中间摆臂形式
使用中间摆臂形式的转向系统要紧常见于10m以上的高地板旅游客车与长途客车。

此种车型前悬较长，传统布置形式的转向系统已不能满足整车转向性能要求。

国内10m以上大客车目前应用最为广泛的布置形式如图4所示。

此种布置形式与传统的布置形式相比，整个转向系统增加了前直拉杆、中间摆臂两个总成件。

设计时，应尽量使前直拉杆与后直拉杆处于中间摆臂的同侧，否则中间摆臂在运动时会形成一个扭矩，使中间摆臂轴承容易损坏。

其要紧优点是：
(1)由于中间摆臂的安装及布置要比转向器的布置安装简单得多，因此与使用传统的转向系统布置形式相比，Bl点更容易布置在O2点邻近，使运动不协调造成的轨迹偏差更小。

(2)转向器布置位置较为灵活，特别是转向器的高低位置布置的选择余地较大，从而使得在整车总布置时，从方向盘至转向器的传动装置的布置更为合理、方便。

其缺点是：
(1)由于转向系统增加了前直拉杆与中间摆臂，而且中间摆臂的加工及安装精度较高，使得整车成本有所增加，整个转向系统的可靠性也有所降低。

(2)在整车营运初期，由于多了一道中间传动环节，增大了转向传动传动阻力，从而使得整车转向时可能出现转向繁重、回正不好的现象。

而在整车营运一段时间后，各传动副之间的间隙加大，使得转向系统的转向自由间隙较大，调整比较困难。

2.4 使用角传动器传动布置形式
角传动器布置形式的转向系统常见于10m以上的低地板城市客车，其简图如图5所示。

在此种布置形式中，转向器的布置均为卧置。

由于从方向盘至转向器的输入角度过大，不可能实现用一根转向管柱将方向盘与转向器连接起来，因此通常的方法是在中间加一角传动器来转换传动角度，此种布置形式大多见于大型低地板城市客车。

其优点为：
(1)能有效降低地板高度。

由于大型城市客车的前轴荷较大，因此转向器的体积也较大，加上地板较低，如转向器按常规布置，则转向器将会有部分或者全部在地板面以上，造成传动困难、密封困难及车内不美观等问题。

而将转向器卧置后，转向器的高度下降较多，加上角传动器的体积很小，因此基本上不影响地板面高度，而且不影响整车的接近角。

(2)方向盘的布置位置较为灵活。

由于从方向盘传动到转向器要通过转向管柱及传动轴二次万向传动，因此方向盘与转向器在布置位置上在整车X及Y方向上都能够有较大的距离，给整车总布置带来了一定的方便性。

此种布置形式的缺点是：
(1)转向器的安装较困难。

由于转向器体积较大，加上转向器布置在前钢板前支架邻近，可用的空间较小，为使转向器支架有足够的强度与刚度，转向器支架的形状通常较为复杂，而且重量较大。

(2)整个转向系统的零部件增加，成本也增加。

3、大客车转向系统常见问题及分析
液压动力转向系统的常见故障要紧有液压助力系统因油液泄漏、渗人空气、动力转向泵失效、转向操纵阀损坏与机械传动机构损坏而引起方向回位困难、转向繁重、车辆发飘与转向噪声等故障。

3.1 方向回位困难
通常车辆都有转向自动回位的功能。

液压助力的汽车，由于液压阻尼的作用，自动回位的功能有所减弱，但还应保持一定的自动回位能力。

假如回位时还需转向时那样施力，就说明回位功能有故障。

这种故障通常发生在转向机械部分。

如转向节主销与衬套缺油而烧
损；转向横、直拉杆接头缺油而锈蚀；方向盘与转向机连接的传动轴万向节缺油而锈蚀或者不灵活与转向机的转向轴扇齿与活塞直齿啮合太紧等都会造成这种故障。

3.2 转向繁重
装有动力转向的汽车本来转向应是很轻便的，但在汽车行驶中却感到转向困难、繁重。

其原因通常是液压转向助力系统失效或者助力不足、机械传动机构损坏或者调整不当所致，如储液罐缺油或者油液高度低于规定要求；各油管接头处密封不良，有泄漏现象；转向液压回路中渗人了空气；油管变形，油路堵塞；动力转向泵传动带张紧力不足，传动带打滑；动力转向泵内部磨损、泄漏严重，使动力转向泵输出压力达不到标准；动力转向泵内调压阀失效，使输出压力过低；转向操纵阀、动力液压缸内部泄漏等都会造成这种故障。

转向繁重问题需要重点检查：
(1)轮胎气压是否正常，按规定气压充气。

(2)转向液压系统各油管接头是否泄漏，油管有无损坏、变形或者裂纹。

(3)油路中是否渗入空气并检查其原因。

(4)储液罐内的油液质量与液面高度是否符合规定。

(5)动力转向泵传动带的张紧程度，查看传动带是否打滑或者有无损坏。

通过上述检查后，可将方向盘向左、右极限位置来回转动，假如转向轻便，说明故障予以排除；假如左、右转向仍然繁重，则故障可能在动力转向泵、动力液压缸或者转向传动机构；假如左、右转向助力不一致，则故障可能在转向操纵阀。

下面则需要检测转向泵输出油压以确诊故障所在部位。

具体操作如下：将与规定油压相习惯的压力表（带阀门）连接在转向泵压力输出口与转向操纵阀输人油管之间。

检测时，打开压力表阀门至全开，使发动机怠速运转，转动方向盘至极左或者极右位置，测量转向泵的输出油压。

这时，若油压达不到原厂规定的压力，且在逐步关闭压力表阀门时，油压也不升高，说明转向泵有故障；若油压未达到原厂规定的压力，但在逐步关闭压力表阀门时油压升高，可达到规定值，说明转向泵良好，故障出现在转向操纵阀或者动力液压缸；若检测时油压正常，则故障在转向传动机构。

检查转向传动机构时，需要转动方向盘，查看与转向柱轴有关的元件是否转动灵活，查看角传动器、中间摇臂、各传动杆件球头连接部位是否过紧等。

通过上述检测可发现问题并予以调整或者重新换装，解决转向繁重问题。

3.3 车辆发飘或者跑偏
车辆发飘是指方向盘居中时，汽车向前行驶过程中从一侧飘向另一侧的现象。

发飘的汽车行驶时，难以保证向正前方向行驶而总向一边跑偏。

车辆发飘的故障首先应检查机械部分与外部因素。

汽车行驶在拱形路面的一侧时本身就有跑偏的倾向，拱形越大跑偏就越明显，这是外部因素。

轮胎两边气压不均匀或者左右轮胎磨损差异较大，前钢板错位（如钢板中心螺栓）或者悬架元件损坏，前轮定位偏差较大，转向传动机构连接处间隙过大或者连接件松动或者磨损过甚等都会造成车辆发飘或者跑偏。

假如排除上述外部与机械因素，车辆发飘或者跑偏问题仍然存在，则可能是油液脏污导致阀芯与阀套运动受到阻滞，也可能是转向机内转向操纵阀弹簧损坏或者太软，难以克服转向器传动阻力，使操纵阀不能及时回位，也可能是转向操纵阀阀芯偏离中间位置，或者尽管在中间位置但与阀套槽肩的缝隙大小不一致。

3.4 转向噪声
汽车转向时，转向系统有点噪声是正常现象，但当噪声过大或者影响转向性能时，就视为故障了。

通过辨听转向噪声通常可大体推断故障所在。

当出现转向柱轴接头松动、横拉杆松动或者球形接头松动，或者转向器安装过松，连接处的润滑部位没有进行必要的润滑，或者者转向泵带轮松动等故障时，则转向时会发出咔哒声；若动力转向泵传动带打滑，则转向时会发出嘎嘎声，且方向盘从一极限位置转到另一极限位置时，噪声更大；若液压系统中有空气，则转向时转向泵会发出咯咯声，如今需要找出渗人空气原因所在；若转向泵发出嘶嘶声或者尖叫声，而液压系统无空气，且传动带紧度正常，则说明油路有堵塞或者转向泵严重磨损甚至损坏，应予以修复或者更换；当方向盘处于极限位置或者原地慢慢转动方向盘时，转向器发出嘶嘶声，若这种异响严重，则可能为转向操纵阀性能不良，应更换转向器或者操纵阀。

4、结束语
通过对传统及几种典型转向系统的布置形式的介绍与对大客车转向系统常见问题的分析，能够看出不一致的布置形式各有其优缺点及适用范围。

为照顾整车总布置并更好地满足转向功能，国内许多客车在转向系统布置时使用以上布置形式的两种组合。

设计人员除在整车方案及设计过程中认真验算与校核外，还应不断积存实践经验，遇到问题时能准确分析原因，找出解决问题的方法。

另外，还需要保证装配与调试人员的素养，不断提高其工作能力，以确保转向系统的装配质量。