发动机应用设计、发动机各系统匹配设计、设计验证、仿真模态分析、车辆匹配确认。

　　摘要：商用车转向系统液压油油温对其性能和可靠性具有决定性的影响，其液压助力转向系统由于用户超载、环境温度、恶劣工况、转向频次等因素导致动力转向油温过高，极易导致转向沉重甚至损坏。围绕这个课题，我们从国内现行的实际情况出发，结合多年的转向系统设计开发、市场应用、配套测试、故障处理的经验，探寻多种形式结合的转向油温控制模式，重点从转向扭矩校核验证、转向散热器应用、结构设计优化、采用降温阀等措施对系统可靠性进行提升。加大了系统保险系数，弥补国产液压元件材料缺陷、加工工艺、设备水平的不足，逐步降低转向系统故障率。

　　当前市场环境下，车辆严重超载对商用车液压助力转向系统带来极其负面的影响。在兼顾用户运输成本和利润的同时，还要保证车辆转向的轻便性和可靠性。为防止转向沉重和油温过高的故障产生，除了在整车布置方面适当调整好车厢安装尺寸、降低前桥载荷比重外，通常需要对其做必要的转向系统设计校核，我们一般采用扭矩校核的方式，即以车辆的设计前桥载荷、轮胎气压等值为基础数据，计算出转向力矩值，与转向系统总的输出扭矩值做比较分析，下表即是以单前桥液压助力转向系统为例，罗列出的相关计算参数和选值标准：

　　通过上述分析，可以清晰的反映车辆超载(前桥超载)对转向效果的影响，据此，车辆实际使用时前桥载荷的限值(而不是设计载荷值)，对转向器缸径、转向泵流量和压力的设计选型具有决定性的影响！非常有必要在设计的初始阶段将其作为基础参数来考虑；另一方面，当既有的已投放市场的车辆出现严重超载、转向沉重、油温超高的情况时，可针对上述表格，通过输入已有的转向系统部件总成(如转向器、转向泵)等的相关参数输入，计算得出该车辆前桥所能承受的最大临界载荷值，以提醒车辆使用者，通过调整载货分布或减少整车载荷质量，避免该类故障的发生。

　　通过加装转向散热器型回油管路，对系统外部散热进行优化，从理论设计和试验验证角度，证明这一措施的可行性，玉柴通过应用这一方案，取得了较好的市场反响。

　　首先我们对钢和铝两种金属材料的传热系数、热阻、比热容等热力学参数进行分析：

　　传热系数的定义是“在单位长度、每K，可以传送多少W的能量”，单位是W/mK。其中W是热功率单位，m代表长度单位米，K是绝对温度单位开尔文。

　　式中Q代表热量，单位W；K代表热传导系数，单位W/mK；d代表热量传递距离；△T代表温度差；R代表热阻值。

　　将上面两个公式合并，可以得到K＝d／R。（d可看作金属管的厚度）从上面的公式可以看出，当回油管壁厚相同时，热传导系数K越小，热阻R越大。

　　从上表中可以看出铝的热传导系数约是钢的4.4-6.6倍，因此截面积相同的钢管和铝管，铝管传热效率更高。结合上述公式，铝管的热阻较小。热阻越小,散热效果越好。所以相同条件下，回油管采用铝制材料，散热效果较好。

　　从上表中可以看出，钢的比热容比铝小，每降低1℃，散发的热量比铝小，钢的密度是7.9kg／m?3; ，铝的密度为2.7kg／m?3;，钢的密度约为铝的2.9倍，因此制成相同管径和长度的管路时，在相同环境温度和动转油温条件下，由Q=Cm△T得出，钢管的热容量比铝管大，散热速率慢。

　　传统回油管路一般为08或08F牌号钢、表面镀锌或镀铜处理的双层卷焊钢管，直线管路与局部弯曲管路结合的形式，前端连接方向机出油口接头，后端连接液压转向油罐。如图2.1所示。

　　图2.3用于整改对比的第四代转向系统散热器(铝)，试验安装在方向机回油路中

　　螺旋管的传热性能的研究主要从雷诺数与壁面努塞尔数Nu考虑分析。螺旋管壁面努塞尔数随着雷诺数Re的增大而增大，而相同截面形状的直管，在所研究的范围内努塞尔数Nu是一个定值，直圆管为3.66，流体平均努塞尔数Nu与雷诺数的关系如图2.3所示。

　　努塞尔数的定义为：Nu=h*L/K，其中h为流体的对流换热系数，单位为W/m2K，K为静止流体的导热系数，单位为W/mK，L为特征长度，垂直于传热方向的尺度，单位为m。Nu的物理意义为是表示对流换热强烈程度的一个准数，又表示流体层流底层的导热阻力与对流传热阻力的比例。由上图可知，螺旋管的散热性能优于普通金属回油管。

　　试验验证：该转向系统试验为整车道路试验，试验方法为绕八字路试，原车做八字试验时对环境温度、油罐内油液温度、转向泵出油压力、转向泵出油流量进行监测，绕八字的圈数持续至油罐内油液温度平衡为止，记录各项试验参数；试验验证时将原车方向机回油管路改成铝制螺旋散热翅片式回油管，重复上述试验，确保绕八字圈数、起始油温、环境温度等与原车状态尽量相同再进行比较。对整改前后油温变化情况进行对比分析。

　　试验时负荷要求：整车载荷按原地可正常转向的极限载荷(临界载荷)进行装载，整车装载后总重为16.42吨，对应前桥载荷为6.94吨，以水泥载重块为加载物，均匀分布于车箱内。

　　按照上述试验方法进行绕八道路试验，直至油温趋于平衡时，绕八字圈数为16圈，整车原状态和更改回油管路时油罐内油温数值如表2.3所示。

　　通过改用铝制螺旋散热翅片式回油管替代原车回油管路，车辆在完成 16圈八字试验工况下，转向油温可比原车降低8.88℃，如按同等环境温度、同等起始油温情况下做对比，转向油温可降低6.99℃。

　　更换铝制螺旋散热翅片式回油管路，完成16圈八字试验后，继续进行八字环绕，直至油罐油温上升至试验后原车相同的油罐温度时，将车辆处于怠速状态，摆正车轮，在方向机停止工作的状态下，原车和更改回油管路时的油罐油温散热状态如表2.4所示。

　　以上试验数据表明，采用铝制螺旋散热翅片式回油管不仅能够降低高温环境下，转向频次增多时转向油罐内的转向油温，而且能够加强回油管路自身的散热能力，使油罐油温达到良好的散热效果。

　　一直以来，商用车转向系统油温控制策略的系统分析和完善，都是当前行业内各汽车厂和零部件制造厂家在转向系统设计制造和质量控制过程中积极追求的制胜法则。通过多年的技术探索和配套实践，我们已在商用车转向系统配套领域建立了自己的配套设计规范、试验设备规范、试验评价规范和故障分析处理机制，针对系统高温的课题，创新性地提出了从外部散热改善到内部设计优化的一整套设计方案，对商用车转向系统领域的质量提升提供了更好的经验借鉴和指导作用。以上内容，不吝之处，敬请批评指正，谢谢！

　　［1］陈家瑞，马天飞。汽车构造(第5版) ［M］，北京：人民交通出版社，2006。

　　［2］刘惟信。汽车设计(第4版) ［M］，北京：清华大学出版社，2001。