收割机液压转向系统的结构故障分析研究

田 锐

（三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景

目前，随着我国经济的快速增长，收割机产业成为我国国民经济的重要产业之一。转向系统是收割机的一个重要组成部分，液压转向系统在收割机中的应用较为广泛，并代表着液压转向系统技术的发展方向。由于液压转向系统在收割机上发生故障的概率大，液压转向系统的结构较为复杂，为更好地降低故障的发生率，需要进行系统的分析，研究液压转向系统结构可能发生的故障及处理办法。

2 研究意义

随着我国经济的高速稳步发展，每年收割机生产量都在增加，对推动国民经济的快速增长具有很强的促进作用[1]。由于收割机的整车承载重量不断提高，在收割机转向控制过程中往往需要有效克服通向地面的巨大阻力矩。为了克服转向过程中遇到的困难，使收割机具有良好的机动性能，应在收割机中安装液压助力转向系统[2]。收割机结构复杂，发生的故障是多种多样的，为避免液压转向系统发生故障，要了解液压转向系统的结构，对其进行维护及保养，可对行业竞争性的增强以及我国经济的快速增长起到积极的作用。

收割机在行驶过程中经常需要改变行驶方向，使其按驾驶员指令所规定的方向行驶，即为收割机转向。实现改变行驶方向的主要办法是借助转向系统使收割机前后轮产生偏转夹角，若收割机在直线方向行驶，车轮因地面的干扰作用，会产生一定的侧向偏离，继而会导致收割机产生偏离角度。因此，这时候需要驾驶员控制好转向盘，将转向盘转至与收割机相反的行驶方向，这样便可有效地确保收割机保持直线方向行驶。同时，可在收割机上设置一个保证转向或直线行驶的机构即收割机转向系统[3]。对于转向系统来说，主要需求就是转向灵敏与操作轻松。转向灵敏要求转向器传动小，操作轻松要求转向器传动大。这是相互矛盾的，简单的转向系统并不具备转向灵敏与操作轻松的优点，为解决这个矛盾，在许多收割机中应用发动机输出较少的力来改变行驶方向进行驱动。

3 机械转向系统

机械转向系统是以机械结构把转向力输出[4]。收割机转向系统主要是由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。转向操纵机构是转向盘至转向传动轴之前、驾驶者操纵转向的装置；转向器是驾驶者改变转向操舵力和改变操作行驶方向的装置；转向传动机构是将转向器产生的力和转向轮运动传至两侧转向节并确保其正确操作行驶方向的装置。

当行驶的收割机速度提高或加速改变方向时，驾驶者对转向盘施加操舵力。转向盘对转向轴产生一个转矩，该转矩通过转向传动轴输入给转向器。该转矩经转向器放大和改变运动方向后传给摇臂、直拉杆、转向节臂、左转向节，驱动左轮偏摆；同时左转向节将转矩传给左梯形臂、横拉杆、右梯形臂、右转向节，驱动右轮偏摆，从而改变收割机行驶的方向。

转向盘是控制收割机行驶方向的功能件，也是内饰装饰件。在确保控制收割机方向的前提下，转向盘应手感舒适，在发生意外碰撞时，确保起到缓冲作用，保护驾驶员的安全。转向盘一般由轮缘、轮辐、轮毂及附件等组成。转向盘的尺寸和其形状直接影响使用收割机时的舒适性和转向助力操纵的轻便性。直径大的转向盘操纵轻便，如果选择了直径小的转向盘，驾驶员可能需用较大的转向助力，从而使得收割机的操纵趋于困难。在现代收割机中，基本上都安装了转向助力装置，转向操舵力不需要很大，从而提高操纵舒适性。

转向轴和转向管柱总成转向操纵装置的主要结构特点，转向操纵装置在基础结构方面采用了高强度的冲压件，减轻了转向操纵装置的整体质量。在调整结构上，采用高弹力弹簧控制转向管柱角度的调整，可根据驾驶员座椅的位置随时调整转向盘的高度及角度，使驾驶更为舒适。采用最新的三锁合一装置，点火开关、车门锁、油箱锁采用同一套钥匙进行控制，使用方便。同时能更改转向轴结构，增加转向盘锁止功能，加强防盗功能，提高了安全性。转向轴下端的轴承采用橡胶轴承，在转向盘转向过程中，可自动找正转向轴轴线，消除转向管柱两端轴承孔不同轴带来的影响，减少磨损，可缓冲收割机行驶过程中转向盘的振动，提高驾驶舒适性。

4 转向操纵装置总成的结构特点

夹紧调整机构[5]主要由气缸、活塞、碟形弹簧、摇臂及摇臂座等组成，靠碟形弹簧弹力产生的摩擦力锁紧转向管柱。正常时为锁紧状态，需要调整时接通气路，打开活塞，转向管柱处于松开状态，可方便地调整转向盘的高低、前后位置和前后角度，及时适应驾驶员的坐姿。在转向轴与伸缩轴连接方式上，首次采用等速万向联轴器。该结构使转向轴、伸缩轴的角速度相等，转向盘的旋转角度可以等效地传递到前桥轮胎。转向轴与轴承的连接方式用卡箍直接铆住取代挡圈方式，消除了原来轴、孔用挡圈轴向所产生的间隙，就消除了在行驶过程中收割机转向盘上下振动的现象。

5 液压转向系统的工作原理

液压转向系统[6]直线行驶时：转向盘不动，轴向控制阀处在中间位置，转向油泵为卸荷，油路闭锁，动力转向器无助力作用。向左转向：转向盘左转，转向控制阀处在左边位置，油泵开始工作，助力缸活塞向右移动，车轮左转从而实现向左转向。向右转向：情况与上述相反。

6 收割机典型的液压转向系统

下面介绍一下收割机典型的液压转向系统[7]，单前轴转向车型的液压转向系统管路，其结构较为简单。

1）液压转向机构的故障现象：转向沉重[8]。产生故障的原因：①转向油罐缺少油液。②转向油罐中的油液高度低于规定的要求。③油罐内部太脏，滤网堵塞。④转向油管接头松动，致使转向液泄漏。诊断与排除：①检查转向油罐内的油质或油面高度，如油液质量有问题则应更换成规定的油液。②若油液面高度低于规定的高度，应加油使油液面达到规定的位置。③查看油杯滤网，如滤网脏，应清洗动力转向系统。④检视油管的各连接头，将各连接螺栓拧紧。

2）转向液压泵产生故障现象：单边转向沉重[9]。产生故障的原因：转向液压泵控制阀内有异物，造成液压泵不能正常工作。诊断与排除：更换转向助力叶片泵。

3）转向器产生故障现象：单边转向沉重、转向沉重、转向失灵与漏油。产生故障的原因：①由于转向器活塞缸的油封控制阀密封性有较大问题，油管的连接螺栓没有完全紧固，致使其转向液发生泄漏。②转向器活塞缸的控制阀有较大的堵塞与损坏，导致其转向器工作系统运行不符合规律。③由于转向器油封活塞缸的磨损较大，油封控制阀密封不良，控制阀经常损坏。④弹簧转向器上的弹簧定位轮和弹簧片体的弹力性能不足或容易折断。⑤安装定位阀体、阀体、配油盘、定子及主阀后盖结合处的螺栓较为松动。诊断与排除：①更换转向器，并紧固油管连接处的管接头、更换转向器。②更换动力转向器与新的弹簧片。③把螺栓按顺序要求拧紧。

4）油管产生故障现象：转向沉重、系统有异响和噪声过大[10]。产生故障的原因：①油管各连接部位的螺栓松动，致使泄漏。②油管有堵塞、弯折，产生共振及出油不畅的情况。诊断与排除：①检查油管的各个连接部位，紧固各连接螺栓。②按规定调整转向器齿轮、齿轮间隙。

5）轮胎产生故障现象：气压不足，气压不符合正常行驶要求。产生故障的原因：单边转向沉重、转向沉重。诊断与排除：①按照规定给轮胎充气，且调整发动机的性能。②给轮胎进行充气，直到达到规定的要求值。

6）油杯产生故障现象：收割机偏驶、异响。产生故障的原因：①油杯内部的滤芯脏，导致转向泵吸油不良。②油杯的油面过低，系统中有漏油现象。③油杯油面过于低。诊断与排除：①检查油杯，并更换新的油杯。②对转向液进行补充且充气。

7）转向泵控制阀产生故障现象：快速打方向时转向沉。产生故障的原因：转向泵控制阀被污染物堵塞，造成运行不规范。诊断与排除：更换转向助力叶片泵。

8）转向油泵产生故障现象：系统会出现过热。产生故障的原因：转向油泵的流量过多。诊断与排除：对油泵的流量进行调整，减少输出。

9）转向节主销产生故障现象：系统会发生过热情况，转向轮出现回正困难。产生故障的原因：主销被锈死。诊断与排除：更换主销。

10）转向控制阀产生故障现象：行驶跑偏。产生故障的原因：控制阀被异物堵塞。诊断与排除：检查转向阀，并进行更换。

11）液压转向系统的动力转向器的检修方法：检查转向器壳体是否漏油，盖板螺栓是否松动。若漏油，应更换油封；螺栓松动，则拧紧。检查轴承是否松动。若松动，应调整；若磨损严重，则更换轴承。中心轴有裂纹，则采用磁力探伤法进行检查。认真检查安装的转向控制阀油封唇与轴的接触面是否存在磨损、烧蚀或刻痕等，若有磨损现象出现应及时更换转向轴，油封老化变形也应更换。

12）转向液压泵的检修方法[11]：①检查流量控制阀的磨损与损坏情况。将控制阀加入油液施压，检查是否可凭本身重量顺利地进阀门内，检查流量控制阀是否有漏油的现象，先关闭一个阀孔，再向相反的方向用压缩空气加压40 kPa~50 kPa，检视空气应不会由阀孔端漏出。如需更换，应更换与后壳相同记号的流量控制阀。检查弹簧的长度是否符合规格，有无破损的情况，其长度为47 mm~50 mm，如不符合，应更换。②检查前、后壳轴套的损坏情况，有无裂痕。测量转子轴与轴套之间的间隙，最小间隙为0.03 mm。更换油封，用一字螺钉工具将现油封拆下，再用专用工具把新油封换上。检查前后侧压力板与转子的接触面，若有磨损，则更换。③检查液压泵转子再装叶片的槽内是否有污染物，若有应清洗。④检查叶片、转子、定子表面是否有严重的烧蚀、磨损，若有应换液压泵。

13）液压动力转向装置的保养：①液压泵驱动传动带在40 N的压力下，挠度约为10 mm~15 mm。②加油时，应保持清洁。油液经过滤网过滤后可加入。③滤网被污染物堵塞，可用汽油清洗。更换汽轮油、加油时应注意：旋出加油螺塞，将转向盘向左转到底，加油至“油面”的记号处，再将转向盘向右转到底加油，然后再向左、向右转动转向盘，直至加入的油不少于2.5 L。把油加到标记处后，使发动机怠速运转，来回旋转转向盘到底，转到低时以100 N的力保持2 s~3 s，然后再加油到标记处，当转向油罐中不再有空气泡溢出时，停止加油。将密封垫和盖装上，旋紧螺塞。

7 总结

综上所述，本文基于收割机的液压转向系统，主要对以下内容进行了研究：1）在转向系统的概述中，对转向系统的基本功用、结构及其要求进行了深入分析。2）简要地说明了液压转向系统的主要机构及组成、优缺点及工作运行原理，并进行了分析。3）对液压转向系统的结构故障诊断进行分析，并做出了解释说明。4）针对液压转向系统的结构检修与保养，给出了检修与保养的方法。5）针对液压转向系统的维护做了说明，并总结了流程。