机械液压助力系统

机械液压助力系统（精选十篇）

机械液压助力系统篇1

常规汽、柴油发动机前端轮系涉及的动力附件有:发电机、空调压缩机、真空泵、助力转向泵等, 其中, 助力转向泵包含两种类型:机械式液压助力转向泵、电子助力转向泵。助力转向泵主要通过带动转向助力系统各组件内的油压传递, 在转向过程中提供一定的辅助转向助力, 以减少驾驶人员的转向操作力, 增加车辆的转向舒适性。

本文主要涉及机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中的应用现状、模拟整车转向时带载运行的需求及模拟方案介绍等内容。通过分析机械式液压助力转向泵在整车转向时的带载状态, 并通过既定的方案在发动机单体试验过程中模拟该整车带载状态, 使得发动机的单体试验环境更贴近实际整车环境, 从而使发动机单体试验过程及试验结果更具真实性和科学性。

1、机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中的现状分析

1.1 现状分析

目前的发动机单体试验过程中, 受发动机试验台架的硬件和功能限制, 无法在试验过程中实现机械式液压助力转向泵的带载工作状态 (即功率输出状态) , 因此一般的发动机试验过程中均采用拆除助力转向泵或助力转向泵空转的方式。所谓的助力转向泵空转状态是指:发动机通过皮带轮带动助力转向泵运转, 通过驱动液压油在助力转向泵和油壶之间形成通路循环, 但助力转向泵进、出口并无压力差, 助力转向泵并未输出功率, 即并未消耗发动机功率。

1.2 模拟整车状态的需求

实际的整车运行过程中, 必然会伴随一定的转向动作, 在整车转向过程中液压助力转向系统处于带载工作状态, 通过助力转向泵对外输出功率, 驱动液压油在整车转向动力缸两侧形成压力差, 最终为驾驶员提供一定的转向助力, 此过程会消耗部分发动机功率。但是, 在常规的发动机单体试验过程中液压助力转向泵处于空转状态, 并未实现该部分功率的消耗, 因此, 常规发动机单体试验的环境与实际整车环境存在偏差。如果想要更加真实的、科学的模拟和考核发动机在整车环境下的运转状态, 同时, 为研究动力转向泵工作过程中对发动机功率消耗、发动机前端轮系等的影响, 就需要在发动机单体试验过程中实现液压助力转向泵的带载运行。

2、机械式液压助力转向泵模拟整车状态的方案

2.1 整车机械式液压助力转向系统组成及原理介绍

如图1所示为一种常见的机械式液压助力转向系统的组成示意图, 组成一般为:1.转向动力缸, 2.动力缸活塞, 3.转向齿轮, 4.转向齿条, 5.流量控制阀, 6.助力转向泵, 7.转向油罐, 8.回油管路, 9.进油管路, 10.扭杆, 11.转向轴, 12.转向控制阀。

具体的助力转向过程为:当整车无转向动作时, 转向控制阀12处于中立位置, 此时由转向油罐7、助力转向泵6、流量控制阀5组成助力转向的液压油路, 此时液压油仅经由转向控制阀12直接回流至转向油罐7, 动力缸活塞2两端并无压差, 无转向助力;当整车有转向动作, 即驾驶人员在转动方向盘时, 驾驶员通过方向盘给转向轴11施加一个转向力, 使得扭杆10产生扭转力, 此时由于轮胎与地面的摩擦阻力作用, 动力缸转向齿轮3、转向齿条4并不能运动, 但在扭杆10受到扭转力而产生变形后, 会引起转向控制阀12内部的阀芯和阀套产生相对转动, 使得控制阀12内部油路产生变化, 在动力缸活塞2两侧分别形成一个高压进油腔和低压回油腔, 所形成的液压油压力差推动转向齿条4向某一方向运动, 一方面转向齿条4转动会带动转向横拉杆平移, 横拉杆带动整车轮胎转动;另一方面转向齿条4转动也会带动转向齿轮3旋转 (转向与方向盘转动方向一致) , 转向齿轮3转动时同时带动转向轴11旋转, 使转向轴11 (方向盘) 旋转一定角度。只要方向盘持续转动, 扭杆10就会持续存在扭转力, 即会持续产生转向助力, 直至驾驶人员停止转动方向盘后扭杆恢复自由状态为止1。

2.2 在发动机单体试验过程中的模拟方案

2.2.1 基本原理

结合整车液压助力转向系统的硬件组成及原理 (图1) , 通过重新布置部分整车系统组件、设计新增部分必要部件、新增控制系统的方式设计出了机械式液压助力转向泵的模拟加载系统, 以实现机械式液压助力转向泵功率输出和控制, 同时该模拟加载系统也具备机械式液压助力转向泵输出油压和油温精确控制的功能, 其基本模拟原理如下图2、模拟系统实物示意如下图3所示。

在图2、图3中:13.低压伺服系统 (伺服电机+伺服驱动器+驱动电源) , 14.行星齿轮减速器, 15.转向控制阀, 16.动力缸活塞, 17.转向动力缸, 18.行程限位系统, 19.拉压力传感器, 20.弹簧机构, 21.阻力弹簧, 22.液压油温控系统, 23.液压油壶, 24.机械式液压助力转向泵, 25.油压传感器, 26.油温传感器, 27.油温信号线, 28.油压信号线, 29.伺服电机信号线, 30.控制单元, 31.拉压力传感器信号线, 32.行程限位信号线, 33.转向横拉杆。

机械原理介绍:如图2和图3所示, 由低压伺服系统 (伺服电机+伺服驱动器+24V驱动电源) 13和行星齿轮减速器14来模拟驾驶人员转向动作, 通过万向节上的花键驱动转向轴以及扭杆, 由扭杆变形力引发转向控制阀15内部油腔变化, 在转向动力缸活塞16两侧形成油压差, 驱动转向轴转动以及转向横拉杆33向左移动 (如图2) , 转向横拉杆33左移时带动弹簧机构20内的阻力弹簧21进行拉伸, 产生弹簧拉力 (用于模拟整车转向阻力) , 当低压伺服系统13达到设定角度位置 (伺服电机转角由相应传感器测量并反馈至控制单元) 时, 伺服电机停止转动, 动力缸活塞16两侧油压差与弹簧拉力形成平衡, 液压助力转向泵输出油压 (即输出功率) 保持恒定。其中:弹簧拉力由转向横拉杆33与弹簧机构20之间的拉压力传感器19测出并保存、输出至控制单元30中;为保证伺服电机运动范围不超出弹簧以及电机本身的极限位置, 在转向动力缸17和拉压力传感器19之间的转向横拉杆33上安装有一套行程限位系统18, 在转向横拉杆33左、右运动的两端极限位置各布置一个触点, 转向横拉杆33本身有一个触点 (如图2) , 当两个触点接触时伺服电机即停止动作。另外, 为保证液压油内部的气体在高压下顺利排出本模拟系统, 在机械式液压助力转向泵24与液压油温控系统22之间设置了一个液压油壶23, 该液压油壶23具备放气和稳压的功能;其次, 由于机械式液压助力转向泵24的持续功率输出以及弹簧弹力的作用, 能量转化过程会使液压油温持续上升, 本模拟系统在液压助力转向泵24和转向控制阀15之间的低压回油管路上配备了一套液压油温控系统22, 液压油温控系统22可实现液压油的温度设定和温度控制功能。

控制原理介绍:该机械式液压助力转向泵的整车状态模拟系统包含一套控制系统, 主要包括控制单元以及相应的控制软件, 控制单元通过采集所需的传感器信号并加以处理, 形成相应的控制信号发送至低压伺服系统, 实现对液压助力转向泵转角的控制, 依此来间接控制弹簧弹力大小以及助力泵输出油压大小。控制系统具备以下的功能特点:⑴控制系统具备自动和手动控制低压伺服系统的功能, 主要为伺服电机的转动、停止功能, 控制系统可接受并处理伺服电机转角信号, 并以此转角信号作为伺服电机的控制信号;⑵控制系统能够接收油压传感器、油温传感器、行程限位传感器、拉压力传感器、伺服电机等的反馈信号, 用于记录动转泵输出油压、记录并调节油温、限定转向横拉杆极限位置、记录阻力弹簧弹力、记录伺服系统转角及控制伺服系统动作;⑶控制系统具备各参数的报警设置功能, 如:油压报警、油温报警、弹簧弹力报警、伺服电机异常报警、行程开关触电报警等;⑷控制系统具备自动控制循环编制并运行的功能, 以实现机械式液压助力转向泵的不同时间节点、不同输出功率、不同运行时间的自动模拟加载控制。⑸控制系统具备各参数的存储、实时数据及曲线显示、数据回放、数据导出等功能。⑹控制单元也具备一定的功能扩展功能, 如后期与发动机试验台架的通讯、同步联动等。

2.2.2 伺服系统及阻力弹簧选型计算

(1) 阻力弹簧选型

阻力弹簧作为模拟整车转向阻力的部件, 其选型较简单, 仅需:最大弹簧拉力Fmax≥最大整车阻力fmax。但考虑到弹簧的特性, 最好对弹簧的选型预留一部分余量, 在此选取Fmax≥ (1+10%) fmax。

(2) 直流伺服系统选型

直流伺服系统的选型主要为伺服电机型号 (额定扭矩、额定转速) 、减速机减速比的选型:1) 减速机的减速比尽量选大, 使得减速机的输出扭矩和输出转速尽量减小。

2) 伺服电机主要考虑电机额定扭矩T额定和额定转速n额定, 在确定减速机减速比i减速比、减速机转速n减速机、最大方向盘转向力F方向盘max、方向盘半径R方向盘之后, 电机额定扭矩T额定和额定转速n额定计算过程如下:

3、动转泵输出油压控制方式的计算

动转泵输出油压P输出与伺服电机角度∂之间的关系计算如下:

控制方式:由以上计算结果可以看出动转泵输出油压P输出与伺服电机角度∂之间为正比关系, 这样就可以用伺服电机转向角度作为输入参数, 来较精确地控制动转泵的输出油压值2。

4、应用效果举例

本文提到的方案应用到某一发动机机型, 该机型在整车上为机械式液压助力转向系统, 在同一发动机转速下, 输入不同的伺服电机转角, 所测得的助力转向泵输出油压值如下图4所示:

由上图:一方面可看出助力转向泵已经实现油压的输出 (即处于带载状态) , 且输出油压随伺服电机转向角度的增加而不断递增, 即已实现助力转向泵输出油压大小的控制;另一方面可看出该方案的控制方式效果较为良好, 助力转向泵输出油压和伺服电机转角线性较好。

5、结论

本文针对机械式液压助力转向泵在发动机试验过程中模拟整车运行状态的试验需求, 提出了一套能够满足该需求的模拟系统, 并对模拟系统的设计方案、基本原理以及实施效果等进行了介绍。

本文提出的模拟系统可以在发动机单体试验过程中较为准确的控制助力转向泵的输出油压 (即输出功率) , 从而实现助力转向泵模拟整车带载状态的目标, 且采用的伺服系统、各传感器、各执行器的测量控制精度均较高, 使得本模拟系统具有较高的控制精度;另外, 本模拟系统主要的执行单元仅为一套伺服系统, 控制方式简单、精确;最后, 本文提到的模拟方案是在整车助力转向系统的硬件基础上加以丰富、改进、新增其它组件的方式来实现的, 故更能准确地模拟实际的整车助力转向系统的特点。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造 (第3版) [M].北京:人民交通出版社, 2000.

工程机械液压系统论文篇2

工程机械液压系统论文

【摘要】随着当前建筑行业发展中，越来越多的建筑施工机械应用在建筑施工之中，成为当前建筑施工的主要的施工体系。工程机械液压系统是当前工程机械使用的主要系统，其在使用的过程中能够有效的提高施工效率和提高施工质量。然而其在施工的过程中容易受到各种外在因素的影响而造成施工的干扰。本文分析了在工程机械液压系统使用中的各种影响因素和危害，并提出其相应的维护措施和管理手段。

【关键词】工程机械;液压系统;维护

在当前社会发展中，液压系统是当前施工机械应用的主要形式，其正常运行与否是当前液压技术的衡量标准和判断依据。合格的液压油是液压系统可靠运行的保障，在液压系统使用的过程中合格的液压系统是其正常可靠运行的关键，更是提高施工质量和施工效率的主要方法和措施。

1 选择适合的液压油

液压油是当前液压系统中的重要组成成分，其在液压系统中起着重大的作用，主要作用表现在传递压力、润滑、冷却、密封，液压油的选择是不可忽视的过程，其在选择的过程中良好的液压油不但能够保证液压系统的正常有序运行，更能够提高运行速度，增加运行的效率和保障机械使用寿命。液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。因此在建筑施工机械工作的过程中，对液压油要选择能够与本机型相搭配的，避免由于也要有选择的不是引起的施工故障和施工缺陷，由于特殊情况的影响需要使用代用油的时候，要结合其品牌和性能进行选择。不能够使得其进行混合使用。避免由于液压油发生化学反应而造成的影响损失。

2 防止固体杂质混入液压系统

清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件，有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有：液压油不洁;加油工具不洁;加油和维修、保养不慎;液压元件脱屑等。可以从以下几个方面防止固体杂质入侵系统：

2.1加油时

液压油必须过滤加注，加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用干净的手套和工作服，以防固体杂质和纤维杂质掉入油中。

2.2保养时

拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位，造成系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。如拆卸液压油箱加油盖时，先除去油箱盖四周的泥土，拧松油箱盖后，清除残留在接合部位的杂物(不能用水冲洗以免水渗入油箱)，确认清洁后才能打开油箱盖。如需使用擦拭材料和铁锤时，应选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。

2.3液压系统的清洗

液压系统由于在长期工作的过程中使用液压油和其他因素造成的油垢，这些油垢随着长期的积累逐步的沉积下来，形成影响液压系统正常运行的主要因素，因此在其使用的过程中要通过清晰方式除去其中油垢。清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油，油温在45～80℃之间，用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上，每次清洗完后，趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器、更换新滤芯后加注新油。

3作业中注意事项

3.1机械作业要柔和平顺

机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。作业时产生的冲击负荷，一方面使机械结构件早期磨损、断裂、破碎，一方面使液压系统中产生冲击压力，冲击压力又会使液压元件损坏、油封和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀频繁动作油温上升。还有一个值得注意的问题：操作手要保持稳定。因为每台设备操纵系统的自由间隙都有一定差异，连接部位的磨损程度不同因而其间隙也不同，发动机及液压系统出力的大小也不尽相同，这些因素赋予了设备的个性。只有使用该设备的操作手认真摸索，修正自己的操纵动作以适应设备的个性，经过长期作业后，才能养成符合设备个性的良好操作习惯。一般机械行业坚持定人定机制度，这也是因素之一。

3.2要注意气蚀和溢流噪声

作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现“气蚀”噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才能使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢，并伴有溢流阀溢流声响，应立即停机检修。

3.3严格执行交接班制度

交班司机停放机械时，要保证接班司机检查时的安全和检查到准确的油位。系统是否渗漏、连接是否松动、活塞杆和液压胶管是否撞伤、液压泵的低压进油管连接是否可靠、油箱油位是否正确等，是接班司机对液压系统检查的重点。

3.4保持适宜的油温

液压系统的工作温度一般控制在30～80℃之间为宜(危险温度≥100℃)。液压系统的油温过高会导致：油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降;润滑油膜强度降低，加速机械的磨损;生成碳化物和淤碴;油液氧化加速油质恶化;油封、高压胶管过早老化等。

为了避免温度过高：不要长期过载;注意散热器散热片不要被油污染，以防尘土附着影响散热效果;保持足够的油量以利于油的循环散热;炎热的夏季不要全天作业，要避开中午高温时间。油温过低时，油的粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低;当油温低于20℃时，急转弯易损坏液压马达、阀、管道等。此时需要进行暖机运转，起动发动机，空载怠速运转3～5min后，以中速油门提高发动机转速，操纵手柄使工作装置的任何一个动作(如挖掘机张斗)至极限位置，保持3～5min使液压油通过溢流升温。如果油温更低则需要适当增加暖机运转时间。

3.6液压油箱气压和油量的控制

压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压，其压力必须保持在随机《使用说明书》规定的范围内。压力过低，油泵吸油不足易损坏，压力过高，会使液压系统漏油，容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备，排尽系统中的空气后，要按随机《使用说明书》规定的检查油位状态，将机器停在平整的地方，发动机熄火15min后重新检查油位，必要时予以补充。

3.6其他注意事项

作业中要防止飞落石块打击液压油缸、活塞杆、液压油管等部件。活塞杆上如果有小点击伤，要及时用油石将小点周围棱边磨去，以防破坏活塞杆的密封装置，在不漏油的情况下可继续使用。

4 定期保养注意事项

目前有的工程机械液压系统设置了智能装置，该装置对液压系统某些隐患有警示功能，但其监测范围和程度有一定的局限性，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。

5 小结

保养与维护制度是液压系统使用中的主要方式，是利用相关的技术手段进行管理和控制的过程。做好维护保养措施能够有效的提高工程机械施工效率和施工质量，提高工程施工效益。

机械液压系统故障原因和维护篇3

关键词：液压系统泄漏噪声维护

0引言

由于在极为恶劣的环境中长时间工作，工程机械尤其是其液压系统出现这样那样的故障在所难免，产生故障的原因也是多种多样。弄清故障产生的原因，采取相应的措施及时排除故障，保障机械设备的正常运转，不论对工程质量或工期都有直接的影响。如何准确、及时地判断故障发生的位置和分析故障产生的原因并给出解决故障的方法，这将关系到设备的停台问题。因此作为液压系统的故障分析及处理工作就显得尤其重要。

1泄漏原因与治漏

液压系统泄漏的原因错综复杂，主要与振动、温升、压差、间隙和设计、制造、安装及维护不当有关，主要有以下原因：①液压系统中密封件密封件损坏造成泄漏，如密封件材料低劣、机械强度低、物化性不稳定、弹性低、耐磨性低等都造成密封效果不良而泄漏。安装密封件的沟槽加工精度低也会引起泄漏。②间隙密封的密封性与间隙大小、压力差、封油长度、加工质量及油的粘度等密切相关。由于运动副之间润滑不良、材质选配不当，加工、装配、安装精度较差会导致早期磨损、使间隙增大泄漏增加。③接合面粗糙度差、平面度不好、压后变形、元件泄油、回油管路不畅、油温过高、油液粘度下降、系统压力超高、密封件预压缩量过小、液压件铸件壳体存在缺陷等都会引起泄漏。

液压系统防漏与治漏的主要措施有：①尽量减少油路管接头及法兰的数量。②将液压系统中的液压阀台安装在与执行元件较近的地方。可以大大减少液压管路的总长度和管接头的数量。③液压冲击和机械振动直接或间接地造成系统管路接头松动。产生泄漏。因此，液压系统应远离外界振源，管路应合理设置管夹，泵源可采用减振器，高压胶管。补偿接管或脉动吸收器来消除压力脉动，减少振动。

2振动与噪声原因

2.1机械碰击引起管道布置不合理发生相互撞击；液压缸的活塞到行程终端位置无缓冲装置或缓冲装置失控，活塞与端盖的碰撞引起噪声。

2.2液压泵和液压马达引起

2 2.1闭式液压系统进入空气，泵和马达在运行中产生。

2.2.2泵吸油位置太高(超过500mm)，油的粘度太大或吸油管过细，滤油器被油污阻塞造成泵的吸油口真空度过大而使原来溶解在液压油中的空气分离出来。这样，当启动泵与马达后带有大量气泡的液压油由低压区流到高压区后受到压缩，体积突然缩小；反之，在高压区体积较小的气泡，流到低压区体积突然增大，油液中气泡体积急速改变，产生“爆炸”现象而引起振动和噪声。

2.2.3泵与马达的轴向、径间隙由于磨损而增大后，高压腔周期地向低压腔泄漏引起压力脉动，流量不足，噪声加剧。

2.2.4容积式泵是依靠密封工作容积的变化来实现吸、压油的，为了不使吸、压油腔互通，在吸、压油腔之间存在一个封油区，当密封工作容积经过封油区，既不通压油腔也不与吸油腔相通，引成闭死的密封容积，容积有微小变化就会产生高压和负压，引起振动和噪声，称“困油”现象。

2.2.5齿轮的齿形精度不高，齿面粗糙度差，相邻周节及周节累积误差大，两轴间的平行度差，滚针轴承损坏，装配前未经严格的去毛刺和清洗等，柱塞泵的柱塞移动不灵活或卡死；均能引起压力脉动，流量不足，噪声增大。

2.2.6换向阀换向，而泵不能卸荷时，由于泵的全部流量要通过溢流阀溢回油箱，就会引起系统压力升高；当反向起动后，系统压力又恢复原定压力。这种使系统压力升高与降低及恢复原压的过程是在瞬间发生的，溢流阀的调压弹簧在这瞬间被压缩或伸长。若调压弹簧疲劳或端面与轴心线垂直度不良，阀芯上的小孔堵塞，阀芯外圆拉毛或变形，就会使阀芯在阀体孔内移动不灵活而发生振动和噪声。当换向阀的开口过小或通道突变，流速高，产生涡流，流速高而背压低时，会形成局部真空，使原来溶解在油液中的气体被析出，产生“气穴”现象而发出噪声。

3工作机构运动速度不够或完全不动

产生这类故障的主要原因是油泵输油量不够或完全不输油，系统泄漏过多，进入液动机流量不够，溢流阀调节的压力过低，克服不了工作机构的负载阻力等。一些可能的原因及消除方法有：

3.1油泵转向不对或油泵吸油量不够。吸油管阻力过大，油箱中油面过低。吸油管漏气。油箱通大气的孔堵塞(油箱不透气)使油面受到压力低于正常压力(大气压)，油液粘度太大或油温太低。这些都会导致油泵吸油量不够，从而输油量也就不够了。

3.2油泵内泄漏严重。油泵零件磨损，密封间隙(特别是端面间隙1变大或油泵壳体的铸造缺陷。使压油腔与吸油腔连通起来。

3.3处于压力油路的管接头及各种阀的泄漏。特别是液动机内的密封装置损坏。内泄漏严重。判明原因后，便采取相应措施(如修理或更换磨损零件，清洗有关元件，更换损坏的密封装置等)加以改正。

4液压系统的维护

正确的维护是液压系统可靠运行的根本，根据工作实践，工程机械液压系统的维护要做到以下几点：

4.1液压油：液压油起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用，应按随机《使用说明书》55中规定的牌号选择液压油，特殊情况使用代用油时，应力求其性能与原牌号性能相同，不同牌号的液压油不能混合使用。液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。

4.2定期保养：目前有的工程机械液压系统设置了智能装置，但其监测范围和准确程度有一定的局限性，液压系统的定期检查与保养还是必不可少的，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。

4.3防止颗粒杂质入侵：清洁的液压油是液压系统的生命。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤，发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。防止固体杂质混入要注意以下几点：①加油时液压油必须过滤，加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉液压油箱加油口处的过滤器。②保养时拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检NFL、液压油管等部位，液压系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。要选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。液压元件、液压胶管要认真清洗，用高压风吹干后组装。选用正品滤芯。换油同时清洗滤清器，安装滤芯前应用擦试材料认真清除滤清器壳内部污物。③液压系统的清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油，油温在45℃～80℃之间，用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上，每次清洗完后趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器，更换新滤芯后加注新油。

4.4防止水、气等流质入侵①防止水入侵液压系统。液压油中含有过量水分会使液压元件锈蚀，油液乳化变质、润滑油膜强度降低，加速机械磨损。除了维修保养时要防止水分入侵外，还要注意储油桶不用时要拧紧盖子，最好倒置放置。②防止空气入侵液压系统。大量的空气进入油液中将使“气蚀”现象加剧，液压油压缩性增大，工作不稳定，降低工作效率的不良后果。还会使液压油氧化，加速其变质。防止空气入侵应注意以下几点：①维修和换油后要按随机《使用说明书》规定排除系统中的空气。②液压油泵的吸油管口不得露出油面，吸油管路必须密封良好。③油泵驱动轴的密封应良好，更换该处油封时应使用正品油封。

5结束语

机械液压助力系统篇4

汽车转向器是影响汽车主动安全性和操纵稳定性的重要部件。20世纪70年代, 齿轮齿条式转向器在轻型车上开始推广使用。由于电控液压助力转向系统不仅能保证汽车低速行驶时驾驶员转向的轻便性, 还可以保证高速时有一定的路感, 从而提高汽车行驶的安全性和操纵的稳定性, 节约了发动机的能量, 提高了燃油的经济性, 有利于环境保护。与传统的液压动力转向系统相比, 电控液压助力转向系统可以实时调节助力, 所以, 在美国、日本和欧洲等地, 轿车上基本都安装了电控助力转向系统。

EHPS系统除了具备传统的HPS的优势外, 还有以下3个优点: (1) 实时调节助力。在原地转向或汽车低速行驶时, 液压泵仍然能提供比较大的转向助力, 以保证汽车转向的轻便性;汽车在高速行驶时, 则提供比较小的转向助力, 保证汽车高速时的转向路感, 从而协调转向轻便性与路感之间的矛盾。 (2) 降低发动机能耗, 节约能源。根据不同的行驶工况, EHPS系统可以调节电机的转速, 控制液压泵的流量, 开式电控液压助力转向系统在非转向工况下, 电机低速运转, 大大降低了发动机的能量消耗;闭式电控液压助力转向系统在非转向工况下, 靠蓄能器供油, 不消耗能量。 (3) 控制器具有可编程性。通过控制器软件的控制程序改变助力, 使汽车具有良好的转向助力特性和转向路感。

2 EHPS的结构

该系统设计的电控液压助力转向系统 (EHPS) 的工作结构如图1所示。其主要包括车速传感器、转矩传感器、电子控制单元 (ECU) 、无刷直流电动机、转向盘、扭杆、转向柱、齿轮齿条转向器、转阀、液压管路、助力液压缸、转向油泵、压力限制阀和储油罐等。

3 EHPS的工作原理

EHPS系统工作原理是:电子控制单元 (ECU) 实时根据车速传感器和转矩传感器等的信号计算出合适的电机转速, 并通过PID控制器调节电机达到合适的转速, 进而驱动转向油泵为系统供油。转向油泵将高压油从出油孔泵出, 经过出油管进入转向阀, 当有转向操作时, 转阀利用阀芯与阀套的相对运动控制高压油进入转向助力缸的一侧, 使转向助力缸左右两缸两侧产生压力差, 从而产生助力, 推动活塞向压力比较小的液压缸运动, 另一侧液压缸的低压油流入储油罐。同时, 液压助力缸活塞运动产生适当的助力带动齿轮齿条式转向器的传动装置运动, 帮助汽车车轮转向。当无转向操作时, 高压油不进入液压助力油缸, 会直接被压出来流入储油罐。

4 EHPS的特点

电控液压助力转向系统是由独立于发动机的无刷直流电动机驱动液压泵工作供油的, 并且可以根据转向需求实时调节转向助力, 使汽车具有良好的转向特性。在汽车原地转向或者低速行驶时, 电机转速的提高为驱动液压泵提供了比较大的供油量, 而在汽车高速行驶时, 电机转速降低, 液压泵供油量降低, 即当汽车在原地转向或者低速行驶时, 驾驶员需要提供比较大的转向助力转向, 以解决汽车低速转向轻便性的问题;当汽车高速行驶转向时, 助力要偏小, 这样, 不仅优化了转向的操纵特性, 还克服了转向“发飘"的感觉, 使驾驶员操纵时有显著的“路感", 从而保证汽车高速行驶时的安全感和稳定性, 降低发动机的油耗。因此, 电控液压助力转向系统不但满足了汽车转向时对转向系统的要求, 又达到了节能的目的。

综上所述, 电控液压助力转向系统具有以下特点: (1) 按照国家节能减排的要求, EHPS的性能、价格比较高, 完全符合机电液一体化的发展方向。 (2) EHPS是在传统的液压助力转向系统基础上, 增加了电机和电子控制器改动而成的, 以前的系统可以利用, 不需要有较大的改动。同时, 可以将电动机、液压泵、储油罐、溢流阀和电子控制单元 (ECU) 等集成在一起, 构成结构紧凑、占用空间小、便于安装的电动液压泵。 (3) 相对传统的液压助力转向系统, EHPS可以实时调节助力, 节省发动机能耗;相对于电动助力转向系统, EHPS手感好, 提供的转向助力比较平滑, 而且比较大。 (4) 采用电机代替发动机驱动转向油泵, 实时控制液压泵流量, 只在转向需要时提供液压助力, 降低了发动机的消耗, 有效提高了燃油的经济性。根据相关文献可知, 其最多能节约85%的能源。 (5) EHPS可以通过软件编程进行优化, 实时控制助力的变化, 有效改善了汽车转向特性和操纵稳定性, 提高了驾驶员的安全性和舒适性, 协调了低速时转向轻便于高速时转向路感之间的矛盾。

摘要：电控液压助力转向系统采用电机驱动转向油泵工作, 可以实时调节助力, 不但节省转向燃油消耗, 还解决了低速转向轻便性与高速转向路感之间的矛盾。简要介绍了EHPS的国内外发展现状及其主要特点, 以期为相关工作提供参考和借鉴。

关键词：EHPS,电控液压助力转向系统,转速,路感

参考文献

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[3]李宏伟.电动液压助力转向系统数字化控制研究[D].天津:天津大学, 2006.

机械设备液压系统调试要求有哪些？篇5

一、系统在充液前，其清洁度应符合规定，

二、所充液压油（液）的规格、品种及特性等均应符合使用说明书的规定；充液时应多次开启排气口，把空气排除干净。

三、系统应进行压力试验。系统的油（液）马达、伺服阀、比例阀、压力传感器、压力继电器和蓄能器等，均不得参与试压。试压时应先缓慢升压到下表的规定值，保持压力10min，然后降至公称压力，检查焊缝、接口和密封处等，均不得有渗漏现象。

四、启动液压泵，进油（液）压力应符合说明书的规定；泵进口油温不得大于 60℃ ，且不得低于 15℃ ；过滤器不得吸入空气，调整溢流阀（或调压阀）应使压力逐渐升高到工作压力为止，

升压中应多次开启系统放气口将空气排除。

五、应按说明书规定调整安全阀、保压阀、压力继电器、控制阀、蓄能器和溢流阀等液压元件，其工作性能应符合规定，且动作正确、灵敏和可靠。

六、液压系统的活塞（柱塞）、滑块、移动工作台等驱动件（装置），在规定的行程和速度范围内，不应有振动、爬行和停滞现象；

换向和卸压不得有不正常的冲击现象。

工程机械液压系统常见问题分析篇6

液力机械传动系统主要由液压泵、控制阀、变矩器、变速器和动力换挡变速阀等组成、其故障通常表现为行走无力或液压离合器接合不良。工作装置液压系统主要由液压泵、控制阀、液压马达和液压缸组成，其故障主要表现为马达的行走或回转无力、液压缸活塞的伸出和缩回迟缓。这两种系统故障的共同特点为：系统压力不足。

二、工程机械液压系统的故障检查方法

1.直观检查法对于一些较为简单的故障，可以通过眼看、手模、耳听和嗅闻等手段对零部件进行检查。

2.对换诊断法在维修现场缺乏诊断仪器或被查元件比较精密不宜拆开时，应采用此法。先将怀疑出现故障地元件拆下，换上新件或其他机器上工作正常、同型号的元件进行试验，看故障能否排除即可作出诊断。

3.仪表测量检查法仪表测量检查法就是借助对液压系统各部分液压油的压力、流量和油温的测量来判断该系统的故障点。在一般的现场检测中，由于液压系统的故障往往表现为压力不足，容易查觉；而流量的检测则比较困难，流量的大小只可通过执行元件动作的快慢作出错略的判断。

4.原理推理法工程机械液压系统的基本原理都是利用不同的液压元件、按照液压系统回路组合匹配而成的，当出现故障现象时可据此进行分析推理，初步判断出故障的部位和原因，对症下药，迅速予以排除。

对于现场液压系统的故障，可根据液压系统的工作原理，按照动力元件→控制元件→执行元件的顺序在系统图上正向推理分析故障原因。

现场液压系统故障诊断中，根据系统工作原理，要掌握一些规律或常识；一是分析故障过程是渐变还是突变，如果是渐变，一般是由于磨损导致原始尺寸与配合的改变而丧失原始功能；如果是突变，往往是零部件突然损坏所致，如果弹簧折断、密封件损坏、运动件卡死或污物堵塞等。二是要分清是易损件还是非易损件，或是处于高频重载下的运动件，或者为易发生故障的液压元件。而处于低频、轻载或基本相对静止的元件，则不易发生故障。

三、工程机械液压系统的维护

1.选择适合的液压油液压油在液压油系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用，液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。应按随机《使用说明书》中规定的牌号选择液压油，特殊情况需要使用代用油时，应力求其性能与原牌号性能相同。

2.定期保养注意事项目前有的工程机械液压系统设置了智能装置，该装置对液压系统某些隐患有警示功能，但其监测范围和准确程度有一定的局限性，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。

（1）250h检查保养检查滤清器滤网上的附着物，如金属粉末过多，往往标志着油泵磨损或油缸拉缸。（2）500h检查保养工程机械运行500h后，不管滤芯状况如何均应更换，因为凭肉眼难以察觉滤芯的细小损坏情况，如果长时间高温作业还应适当提前更换滤芯。（3）1000h检查保养此时应清洗滤清器、清洗液压油箱、更换滤芯和液压油，长期高温作业换油时间要适当提前。（4）7000h和10000h检查维护此时的工程机械液压系统需由专业人员检测，进行必要的调整和维修。根据实践，进口液压泵、液压马达工作10000h后必须大修，否则液压泵、液压马达因失修可能损坏，对液压系统是致命性的破坏。

3.防止固体杂质混入液压系统清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件，有的设阻尼小孔或缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤，发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。

4.防止空气和水入侵液压系统（1）防止空气入侵液压系统在常压常温下液压油中含有容积比为6%~8%的空气，压力降低时空气会从油中游离出来，气泡破裂使液压元件“气蚀”，产生噪声。大量的空气进入油液中将使“气蚀”现象加剧，液压油压缩性增大，工作不稳定，降低工作效率，执行元件出现“爬行”等不良后果。另外，空气还会使液压油氧化，加速其变质。（2）防止水入侵液压系统液压油中含有过量水分会使液压元件锈蚀，油液乳化变质、润滑油膜强度降低，加速机械磨损。除了维修保养时要防止水分入侵外，还要注意储油桶不用时要拧紧盖子，最好倒置放置；含水量大的液压油要经多次过滤，每过滤一次要更换一次烘干的滤纸。在没有专用仪器检测时，可将液压油滴到烧热的铁板上，没有蒸气冒出并立即燃烧方能加注。

四、作业中注意事项

1.工程机械作业要柔和平顺工程机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使工程机械故障频发，大大缩短其使用寿命。作业时产生的冲击负荷，一方面会使工程机械结构早期磨损、断裂、破碎，另一方面又使液压系统中产生冲击压力，冲击压力又会使液压元件损坏、油封和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀频繁动作使油温上升。

2.要注意气蚀和溢流噪声在工程机械作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现“气蚀”噪声，应查明原因排除故障后再使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢，并伴有溢流阀溢流声响，应立即停机检修。

3.严格执行交接班制度交班司机停放工程机械时，要保证接班司机检查时的安全和检查方便。检查内容有液压系统是否渗漏、连接是否松动、活塞杆和液压胶管是否撞伤、液压泵的低压进油管连接是否可靠、液压油箱油位是否正确等。此外，常压式液压油箱还要检查并清洁通气孔，保持其畅通，以防气孔堵塞造成液压油箱内出现一定的真空度，致使液压油泵吸油困难或损坏。

4.保持适宜的液压油温度液压系统的工作温度一般控制在30~80℃之间为宜。液压系统的油温过高会导致：液压油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降；润滑油膜强度降低，加速机械的磨损；生成碳化物和淤碴；油液氧化加速，油质恶化；油封、高压胶管过早老化等。为了避免温度过高；不要长期过载；注意散热器，散热片不要被油污染，以防尘土附着影响散热效果；保持足够的油量以利于液压油的循环散热；炎热的夏季不要全天作业，要避开中午高温时间。液压油温过低时，其粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低；当油温低于20℃时，急转弯易损坏液压马达、阀、管道等。此时需要进行暖机运转，启动发动机后，空载怠速运转3~5min，然后以中速油门提高发动机转速，操纵手柄使工作装置的任何一个动作(如挖掘机张斗)至极限位置，保持3~5min使液压油通过溢流升温。如果油温更低则需要适当增加暖机运转时间。

5.液压油箱气压和油量的控制压力式液压油箱在工作中要随时注意液压油箱气压，其压力必须保持在随机《使用说明书》规定的范围内。压力过低时油泵吸油不足易损坏；压力过高时会使液压系统漏油，容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的工程机械，排尽系统中的空气后要按随机《使用说明书》规定的检查油位状态，将工程机械停在平整的地方，发动机熄火15min后重新检查油位，必要时予以补充。

机械液压助力系统篇7

一、故障现象

汽车转向时, 驾驶员转动方向盘感到沉重而费力, 视为转向沉重。

二、原因分析

1.润滑不良

润滑不良使相对运动的配合机件发生干摩擦, 摩擦系数增大, 导致转向沉重。

2.装配过紧

转向系统内的配合机件装配过紧, 使两机件摩擦表面的接触应力增大, 导致转向沉重, 其装配过紧的部位有:

(1) 转向器EQ1141液压助力转向系统采用循环球式转向器。支承转向螺杆的两个推力球轴承预紧力过大, 钢球尺寸偏大, 齿扇与齿条啮合间隙过小等, 可能导致转向沉重。

(2) 转向传动机构弹簧的预紧力大小是靠调整螺塞来调整的, 若螺塞旋入过多, 就会使弹簧的预紧力过大, 而将球头销夹持过紧, 从而使两机件摩擦阻力增大, 导致转向沉重。

(3) 转向节主销与衬套装配过紧而引起转向沉重。

3.滚动阻力过大

滚动阻力主要是由于车轮与路面的变形产生的。车轮沿硬路滚动, 路面变形很小, 轮胎内部的缓冲层、布帘层、胎冠等发生相互摩擦, 同时与地面接触面积增大 (即摩擦面增大) , 从而引起滚动阻力增大;车轮在软路面上行驶, 轮胎变形小, 路面变形大, 同样会使轮胎与路面接触面积增大而摩擦阻力也增大。车轮滚动时产生的变形与摩擦均会引起转向沉重。

4.推力轴承影响

在转向节下耳与前梁拳部之间装有推力轴承, 使前轮转向灵活轻便。但是, 由于推力轴承磨损过甚而滚动体失圆、毛面或缺润滑油, 原来的滚动摩擦变为部分或全部滑动摩擦, 从而增大了摩擦阻力, 引起转向沉重。

5.前轮定位失准

对汽车前轮的要求是:行驶时应做纯滚动, 如果前轮定位失准, 就会使前轮连滚带滑, 引起车轮与路面摩擦阻力增大, 导致转向沉重。

三、诊断步骤

诊断时应先了解情况, 如果维修后转向明显沉重, 说明装配或调整过紧;若未进行维修, 说明润滑不良可能性很大, 或者是推力轴承磨损过甚而引起转向沉重;若发生撞车事故后引起转向沉重, 说明是前轮定位失准所致。

1.润滑问题

可采用对润滑部位进行润滑, 若润滑后转向变轻, 便说明转向沉重是因润滑不良所致。

2.轮胎气压

检查轮胎气压若气压不足, 按规定充气。

3.检查装配是否过紧的检查步骤

(1) 将汽车前部支起, 使前轮悬空, 并转动方向盘, 若轻便, 则说明转向沉重是转向节下耳与前梁拳部所装推力轴承损坏, 或是前轮定位失准, 或者是轮胎气压不足所致 (轮胎气压不足可直观判断) 。若仍转向沉重, 再按下列步骤进行检查调整。

(2) 将转向摇臂拆下, 转动方向盘, 若转向轻便, 表明引起转向沉重的是转向传动部分或转向节主销与衬套装配过紧和无润滑所致。若脱节后仍转向沉重, 表明是转向器装配过紧, 应予以调整。否则, 是传动件装配过紧, 应调整。

(3) 检查横拉杆、直拉杆、转向节主销。用手抓住横拉杆或直拉杆, 来回绕其轴心线转动, 若转动轻便, 表明转向沉重与直、横拉杆球铰链无关。若转动费力或转不动, 说明转向沉重是球铰链调整螺塞过紧所致。应重新调整。其调整方法如下:取出开口销, 用扳手将螺塞旋出则变松, 反之, 则变紧。若以上调整后, 转向仍然沉重, 表明问题在转向节主销。如主销和转向节推力轴承润滑不良应添加润滑脂。或者由于主销与转向节衬套配合间隙过小, 应检测铰削衬套。

(4) 前轮定位失准的检查。被检车辆在硬质路面上 (水泥路面上) 直线行驶过后, 若在路面上留下印迹, 表明前轮定位失准, 应检查前轮定位或车架及前轴变形情况, 并针对故障所在进行排除。

前轴变形, 可通过检测主销内倾、后倾和前轮前束测出。车架变形, 可通过测量前、后桥两端轴距查出。检测主销倾角。

诊断结果为左侧转向节主销平面轴承损坏。

四、结构分析

转向桥是利用车桥中的转向节使车轮可以偏转一定角度, 以实现汽车转向。EQ1141转向桥主要由前梁、转向节和主销组成。

前梁用钢材锻造, 两端加粗的拳部有通孔, 主销即插入此孔内, 用带有螺纹的楔形锁销将主销固定在拳部孔内, 使之不能转动。前梁经主销与转向节相连, 车轮可绕主销偏转, 从而实现汽车转向。

为了减少磨损, 转向节内端两耳部通孔内压入铜衬套, 销孔端部用盖加以封住, 并通过转向节上的黄油嘴注入黄油。转向节上耳与前梁之间采用了一组2.1～2.8mm的不同厚度的调整垫片, 用来调整转向节叉的轴向间隙, 要求其间隙在0.1mm以下。不同厚度的垫片可以避免垫片太薄装配时易变形, 不易保证间隙的缺点。在转向节下耳与前梁之间装有推力滚子轴承以减少转向阻力, 止推轴承上端有“O”形密封圈, 下端靠橡胶刃口进行端面密封, 既可以保证转向轻便, 又提高了轴承的使用寿命, 减轻主销锈蚀。

靠转向节耳部有一方形凸缘, 用以固定制动底板。左转向节两耳的上端的锥形孔用来安装转向节臂, 下端的锥形孔分别用以安装左右转向梯形臂。转向节轴颈用内外两个滚子止推轴承和支承轮毂, 并通过轴承调整螺母、止推垫圈、锁止垫圈、锁止螺母与转向节安装于一体, 轴承紧度用调整螺母加以调整。轮毂与车轮用螺栓连接, 其内端是制动鼓, 轮毂轴承采用润滑脂润滑。为防止润滑脂浸入制动鼓, 影响制动效能, 在内端轴承内侧装有油封, 若油封漏油, 则外端的挡油盘仍足以防止润滑油进入制动器内;外轴承外端用轮毂盖加以防尘。

五、故障排除

更换转向节主销平面轴承。

(一) 拆卸步骤

1.用千斤顶在前轴下端面选择合适的位置支起故障侧车轮。注意不要挡住转向横拉杆。

2.拆下半轴外端油封盖。整体拆下轮胎和轮毂总成。拆卸制动底板总成。清理尘土。

3.拆下转向节上耳孔的转向节臂和下耳孔的转向梯形臂。

4.用专用工具压出主销。

发现主销锈蚀严重, 衬套损坏。上耳孔黄油嘴堵塞。平面轴承外座圈压坏, 滚柱散落。

(二) 装复步骤

1.购回专用主销更换零件包。在转向节上、下耳孔内用专用工具压入衬套。并试装主销, 发现上端衬套过紧, 用锉刀铰削, 砂纸磨平, 至主销能在孔内轻松滑动为止。

2.装入主销。平面轴承抹足黄油并注意平面轴承的安装方向。用调整垫片调整拳形孔与转向节耳孔的间隙。

3.装复转向节臂和转向梯形臂。

4.装复制动底板。

5.清洗轮毂轴承并抹足黄油, 更换油封并装复轮胎和轮毂。拧上半轴外端油封盖。

机械液压助力系统篇8

为了提高汽车的转向操纵性能,现代汽车已普遍安装各类助力转向系统,其中齿轮齿条式液压助力转向系统在轿车和轻型货车上被广为采用。

转向系统刚度会改变车辆前轮的侧偏刚度,进而影响汽车的不足转向度,另外对车辆的转向灵敏性和轻便性也会产生影响[1,2]。路感特性是驾驶员在进行转向动作时,通过转向系统获得对路面状况和阻力变化的直接感觉[3]。由于液压助力的采用,转向系统刚度和路感特性会产生相应的改变。

根据齿轮齿条式液压助力转向系统的实际结构,建立了考虑转向立柱弹性和扭力杆弹性的转向系统模型,对转向系统刚度和路感特性进行分析,找出二者与液压助力的关系。

1齿轮齿条式助力转向系统结构

图1是简化的齿轮齿条式液压助力转向系统方向盘输入转角(力矩)通过转向立柱和扭力杆传给转向小齿轮,转向小齿轮与转向齿条啮合将输入信息传给转向齿条;同时由于扭力杆的变形α带动液压控制阀的变化,在齿条助力油缸两端产生压力差P产生转向助力。

1—转向盘,2—转向立柱,3—扭力杆,4—转向齿条, 5—转向小齿轮,6—齿条助力油缸

1.1 齿条输出力分析

齿条的输出力F一部分来自驾驶员的力矩输入,一部分来自助力。

$F = \frac{Τ}{r} + Ρ \cdot A (1)$

F:齿条输出力;

T:方向盘输入力矩;

r:小齿轮半径;

P:助力压力差;

A:助力油缸活塞面积。

1.2 齿条位移分析

齿条的理想位移d是方向盘输入角θin在不考虑转向系统弹性的情况下产生的齿条位移,但实际上转向系统由于转向立柱和扭力杆的存在,必然会产生相应的弹性变形角θ,这样就使得齿条的实际位移d′与理想位移d产生差值L。

L=d-d′=θr (2)

d:齿条理想位移;

d′:齿条实际位移;

θ:转向系统总变形角;

θin:方向盘输入角;

L:齿条位移差。

2 转向系统刚度分析

转向系统刚度定义为齿条输出力与齿条由于转向系统弹性产生的位移差的关系[4]。

如图1,方向盘力矩T与转向系统弹性变形角θ有如下关系:

$Τ = θ \frac{Κ t \cdot Κ r}{Κ t + Κ r} (3)$

Kt:扭力杆刚度;

Kr:转向立柱刚度。

将式(3)代入式(1),得:

$F = \frac{θ}{r} \frac{Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} + Ρ A (4)$

式(4)对θ求导,得:

$\begin{array}{l} \frac{d F}{d θ} = \frac{1}{r} \frac{Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} + \frac{d Ρ}{d θ} A = \\ \frac{1}{r} \frac{Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} + \frac{d Ρ}{d α} \frac{d α}{d θ} = \\ \frac{1}{r} \frac{Κ t \cdot Κ r}{Κ t + Κ r} + \frac{d Ρ}{d α} \frac{A Κ r}{Κ t + Κ r} (5) \end{array}$

α:扭力杆变形角;

根据式(2),得:

dL=dθ r (6)

将式(6)代入式(5),得:

$\frac{d F}{d L} = \frac{Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} + \frac{d Ρ}{d α} \cdot \frac{A r Κ r}{Κ t + Κ r} (7)$

助力特性是助力压力随方向盘力矩的变化关系 $\frac{d Ρ}{d Τ}$ :

$\frac{d Ρ}{d Τ} = \frac{d Ρ}{d α} \frac{d α}{d Τ} = \frac{d Ρ}{d α} \frac{1}{Κ t} (8)$

将式(8)代入式(7),得转向系统刚度:

$\frac{d F}{d L} = \frac{Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} + \frac{d Ρ}{d Τ} \cdot \frac{A r Κ t Κ r}{Κ t + Κ r} (9)$

转向系统刚度会随着助力特性变化率的升高而增大。如果是纯机械转向 $Κ t = \infty ‚ \frac{d Ρ}{d Τ} = 0$ 则

$\frac{d F}{d L} = Κ r (10)$

由图3可知,由于液压助力的采用,在中心区小转角附近不施加助力的情况下,转向系统刚度小于纯机械转向系统刚度。随着助力变化率的增大,转向系统刚度会大于纯机械转向系统刚度。

图4是某车辆转向系统齿条输出力与齿条位移曲线,由该图可以看到,齿条输出力随着齿条位移差的增加而增大,斜率呈现上升趋势。这主要是由于助力特性变化率逐渐增加造成转向系统刚度增大的原因。

3 转向系统路感分析

路感的强弱通常用路感强度E来表示。其定义为:转向负载增加单位值时对应的方向盘操纵力矩的相对变化量。

对于齿轮齿条式液压动力转向系统,路感强度用下式表示[5]:

$E = \frac{d Τ}{d F} (11)$

其中,T为方向盘操纵力矩,F为齿条输出力。

由式(1),得:

$\frac{d F}{d Τ} = \frac{1}{r} + \frac{d Ρ}{d Τ} A (12)$

式(12)的倒数,即为转向系统路感:

$\frac{d Τ}{d F} = \frac{r}{1 + r A \frac{d Ρ}{d Τ}} (13)$

转向系统路感特性会随着助力特性变化率的升高而减小。如果是纯机械转向 $\frac{d Ρ}{d Τ} = 0$ ,则

$\frac{d F}{d L} = r (14)$

图6是某车辆转向系统方向盘力矩与齿条输出力特性曲线,由该图可以看到,方向盘力矩随着齿条输出力的增加而增大,但斜率逐渐变小,增大趋势逐渐变缓。这也是助力特性变化率的影响所致。

4 具体实例分析

针对两种典型的助力特性曲线进行分析,研究不同助力曲线对转向系统刚度和路感的影响。

图7是两种典型的助力曲线,助力压力随方向盘力矩的变化关系。一般分为3个区间。Ⅰ区即直线行驶位置附近小角度转向区,该区间基本无助力。Ⅱ区属常用转向区,该区间转向助力作用明显,对整车转向性能有较大影响。Ⅲ区为最大转角区,接近于原地转向情况,此时转向阻力最大,需要施加较大的助力作用。曲线A与曲线B在Ⅰ区和Ⅲ区一致,在Ⅱ区有明显的不同,曲线B为斜率恒定的直线变化,而曲线A则为曲线变化,两者的差异对车辆转向系统刚度和路感会产生很大的影响。

4.1 不同助力特性转向刚度的变化

图8表明在车辆进入转向区后,由于曲线B是斜率恒定的直线变化,因此其转向系统刚度变化恒定,相比曲线A的刚度较大。意味着小的齿条位移差会产生大的齿条输出力,从而使驾驶员在转向时需要施加较小的力矩,从而有较好的转向轻便型。

4.2 不同助力特性转向路感的变化

图9表明在车辆进入转向区后,曲线B进入路感恒定区,路感比曲线A路感大,对于重型车辆转向,曲线B能够提供优于曲线A的路感。意味着在转向过程中保证较大齿条输出力的情况下,仍然具有较好的路感曲线A和曲线B在车辆中心区范围的低方向盘力矩驾驶区域,转向系统刚度一致,均低于转向区刚度。事实上,车辆在转向区受到的阻力较大,转向系统具有较高的刚度对于保持车辆灵敏性具有很重要的意义。在中心区路感较大,也满足车辆在该区域需要较强路感的需要[6]。

5 结论

刚度和路感是转向系统重要的特性参数,它们对车辆的操纵稳定性和驾驶员的主观评价会产生很重要的影响。通过本文分析,得出以下几点结论:

1.由于液压助力的采用,使得转向系统刚度和路感特性呈现出明显的非线性特征。

2.转向系统刚度随着助力变化率的增大而增大,齿条输出力随齿条位移差的增加而增加,斜率呈上升趋势,增加幅度不断加大。

3.转向系统路感随着助力变化率的增大而增大,意味着方向盘力矩随齿条输出力的增加而增加,斜率呈下降趋势,增加幅度不断减小。

参考文献

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[5]毕大宁.汽车转阀式动力转向器的设计与应用,北京:人民交通出版社,1998

机械液压助力系统篇9

电控液压助力转向系统采用无刷直流电机代替发动机直接驱动转向油泵供油, 再通过控制转阀的面积, 控制转向助力缸的液压油的压力, 进而调节系统的助力。当电子控制单元 (ECU) 接收转向盘转矩和车速两个信号信号后, 按照第二章设计的助力特性曲线的助力算法, 来确定电机的目标转速, 进而通过电机的转速、电流双闭环PID控制器系统调节电机的输出转矩, 从而进一步确定目标转矩。

2 PID控制器的算法

经典的PID控制器在生产工程中是最常用、最简单的控制方法, 系统由被控对象和模拟PID控制器组成, 其控制原理是将目标偏差的比例 (P) 、微分 (D) 和积分 (I) 通过线性组合运算构成目标控制信号, 然后通过现场的反复试验和调试, 使系统满足课题的设计指标。由于PID控制器不考虑实际模型性能的变化, 所以不必要算出被控对象的准备的数学模型, 因此本课题中采用PID控制器实施控制电机转速的大小。

如图1所示为经典的PID控制原理图。PID控制原理简单、实现方便、鲁棒稳定性强、技术成熟、适用范围广, 并且PID控制器的转速和电流的反馈控制可以保证被控对象的准备精度, 通过被控对象的当前实际值和理论值的比较, 把二者的偏差输入到控制系统, 重新得到一个新的控制量, 从而减小了被控对象的控制误差。但是PID控制器存在一个很大的缺点:控制器的比例、积分、微分参数需要反复不断的进行试验调节, 而且在很大程度上依据经验值, 很难确定。

PID控制器的系统输入值rin (t) 与实际输出值yout (t) 在t时刻的偏差值可以表示为:

在模拟控制系统中, 其控制原理可以表示为:

PID控制器的传递函数的可以表示为:

式中:kp-比例系数;

T2-微分时间系数

T1-积分时间系数;

当确定好控制对象的数学模型后, 然后确定好比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd, PID控制器就可以立即对控制对象进行精确的控制。确定PID控制器三个参数的方法包括:临界灵敏度法、Ziegler-Nichols经验公式法、基于增益优化的整定法、性能指标设定法、基于总和时间常数的整定法、ISTE最优设定法等。其中普遍采用Ziegler-Nichols经验公式法。

Ziegler-Nichols经验公式法确定PID控制器三个参数的方法:首先假设微分Kd=0, 然后通过改变比列参数Kp直到系统开始振荡, 并且记录下次临界状态的Kp值是Kcr, 其振荡周期是Tcr。

3 无刷直流电机的控制

本文中转速作外环、电流作内环的双闭环系统的PID控制调节无刷直流电机的转速。转速、电流的双闭环PID控制系统需要分别检测电机的转速、电流分别作为反馈量, 与预先设定的值进行比较构成控制信号。采用串联方式将电流环和速度环连接, 外环为速度环, 内环为电流环, 电流调节器的输入为速度调节器的输出。一方面由于电磁时间常数比较小, 系统的响应速度比较快, 将内环设置为电流环可以改善系统的调节速度, 从而提高系统的动态性能;另一方面电流内环可以进一步控制电机的电流, 提高了电机的抗扰动能力起动能力和抗负载能力。

整个转速、电流双闭环电机调速系统的控制策略可以分为两层:第一, 无刷直流电机实际转速通过调节转速PID控制器的三大参数与电机的目标转速保持一致;第二层, 电机实际电流通过调节电流PID控制器的三大参数与电机的目标电流保持一致。

PID双闭环调速系统的工作特点是, 电流调节器和转速调节器是相互独立的, 而且转速调节器的输出作为电流调节器的输入, 从而通过调节速度偏差, 电流调速器随着速度偏差的改变调节电机的实际电流值。当实际的电机速度比转速给定值小时, 促使转速调节器的的积分环节作用加大, 使系统的速度输出提高, 即电流调节器的输入增加, 通过电流环调节器调节电机电流不断增加, 从而电机转矩增加, 电机转速也不断提高;当实际的电机速度比速度给定值高时, 速度调节器的输出减小, 即电流环的输入减小, 然后通过电流环调节器调节电机电流下降, 从而电机的转向不断减小。

由于PID控制器电流环的等效时间常数比较小, 当PID控制器系统受到外来的干扰时, 能够立即地作出反应, 抵制干扰的影响, 提高系统的稳定性和系统响应的抗干扰能力。并且双闭环调速系统具有“以速度调节系统的输出值作为电流调节系统的给定输入值”的特点, 对电机的逻辑功率元件起到有效的保护作用。因此, 无刷直流电机的转速、电流双闭环控制的直流调速系统得到了广泛的应用, 具有一定的价值。

4 结论

本文通过对电机的工作结构、工作原理以及PID控制器的原理、PID三大参数的确定方法的分析, 提出采用转速、电流的双闭环的调节方法控制对无刷直流电机转速。

参考文献

[1]惠晓丹.汽车电控液压助力转向系统的动力学分析和仿真[D].重庆:重庆交通大学, 2010, 4.

机械液压助力系统篇10

随着科技的发展,人们对汽车行驶的舒适性和安全性要求逐渐提高,汽车已越来越趋向于高端化、安全性方面的发展,转向系统对汽车行驶安全性起着至关重要的作用。

但是多轴转向的重型卡车当转向泵失效或发动机突然熄火时,系统液压油会形成较大的回油阻尼,增大转向阻力,使转向变得异常困难,甚至转向失控。光靠驾驶员的手力是转不动方向盘的,欧洲经济委员会第79号法令及我国GB17675也规定了汽车转向系的基本要求,对于转向失效的助力转向器都规定了其转向力和转向操作时间,这就是说当转向系统失效时,要有一套应急系统来保证汽车短时间内的助力转向,因此可实现应急转向功能的双回路液压控制转向系统应运而生。

1、双回路液压控制转向系统简介

1.1 原理

双回路液压控制转向系统是在原液压动力转向系统的基础上添加了新的功能部件,为车辆转向增加一套可自动选择的安全装置。在车辆行驶过程中,一旦发动机停车或主转向油泵出现故障,系统将自动切换到应急供油管路,从而保证转向系统正常工作,保障驾乘人员和车辆的安全。

双回路转向系统原理简图如下:

如图1所示,整车双回路液压控制转向系统包括两个三口油罐(1)、应急泵(2)、转向叶片泵(3)、应急阀(4)、方向机(5)、助力缸(6)及油管接头附件。

车辆正常行驶情况下,转向叶片泵输出油通过应急阀进入转向机,应急泵油液通过应急阀回油罐。当发动机熄火或转向叶片泵出现故障时,应急阀将应急泵油液切换到转向机,由应急泵和转向叶片泵同时为转向机供油,实现应急转向。应急泵动力来源于变速箱或分动箱,是由车轮拖动的,只要车辆在行走,车轮在转动,应急泵就可以工作,为系统提供压力油。应急泵具备双旋向工作特点,能够保证在任何情况下为转向系统提供液压助力,保证车辆正常转向。

1.2 车辆带有应急系统的功用

带有应急系统的车辆转向系统在以下状况中能正常工作:

(1)发动机熄火不能正常运转等故障时;

(2)主转向泵失效不能提供所需流量时;

(3)怠速转向流量小(此时主泵和应急泵同时供油)从而解决怠速方向沉重问题。

总之,应急转向系统在发动机和主转向系统出现任何故障时,都能保证行走车辆具备转向能力,最大程度提高车辆的安全性能。

2、双回路液压助力转向系统流量需求分析

2.1 主泵流量分析

当主泵正常工作时,应急泵不参与方向机流量供应,动转泵控制流量计算如下:

对于双前桥转向的汽车,转向系统存在转向助力缸,所以计算增加转向助力缸需求流量,双前桥转向系统的简图如下:

Fasist——助力缸输出力,N

V——转向助力缸推进速度,mm/s