设汁研究 汽车实埔技术 ＡＵＴＯＭＯＢＩＩ Ｅ ＡＰＰＬＩＥＤ ＴＥＣＨＮＯＩＪ０ＧＹ ２０ｌ ５ｑ－：第３期 ２Ｏ ｌ ５ ＮＯ．３ 某车型助力转向油罐的设计校核分析 葛士显，高龙 （安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥２３０６０１） 摘要：本文首先论述了转向油罐的作用及目前整车企业在转向油罐设计方面的现状，然后分析了转向油罐的设计 要点及其原因，最后利用以上设计要点对某车型的转向油罐进行了校核分析。结果显示，该车型的转向油罐设计可 满足转向系统的工作需求。 关键词：转向油罐；设计；分析 中图分类号：Ｕ４６３．４文献标识码：Ａ文章编号：１ ６７１—７９８８（２０１ ５）０３—０９—０３ Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｏｉｌ Ｔａｎｋ Ｇｅ Ｓｈｉｘｉａｎ，Ｇａｏ Ｌｏｎｇ （Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｇｈｕａｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ—Ａｎｈｕｉ Ｈｅｆｅｉ ２３０６０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｏｉｌ ｔａｎｋ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｅｎｔｅ印ｒｉｓｅ ｉｎ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｏｉｌ ｔａｎｋ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｐｏｉｇｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｏｉｌ ｔａｎｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ，ｆｉｎａｌｌｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔｓ ａｎａｌｙｚｅｓ ａ ｍｏｄｅｌ’Ｓ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｏｉｌ ｔａｎｋ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｈａｔｔ ｈｅ ｔｍｏｄｅｌ’Ｓ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｔａｎｋ ｄｅｓｉｎ ｇｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｊｏｂ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｍｓ ｏｆ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓ￣ｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｏｉｌ ｔａｎｋ：ｄｅｓｉｇｎ ＣＬＣ ＮＯ．：Ｕ４６３．４ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｃｏｄｅ：Ａ Ａｒｔｉｃｌｅ ＩＤ：１６７１—７９８８（２０１５）０３—０９—０３ 油罐需要有足够大的容积，以能够提供动转泵工作油液需求 引言 随着汽车工业的不断发展，液压助力转向系统在汽车工 业领域被广泛应用。它是利用发动机的动力来帮助驾驶员进 行转向操纵的装置，其工作过程为通过发动机带动动转泵进 量。 转向油罐在液压转向系统的作用非常重要，但通过查阅 大量资料发现，目前国内对转向油罐的设计认知参差不齐， 很难找到统一的标准，绝大多数均是对照标杆开发，而对于 其中的设计基本没有。 本文通过查阅相关资料，梳理分析了转向油罐设计的要 点，并利用以上设计要点对某车型的转向油罐进行了校核分 析。结果显示，该车型的转向油罐设计可满足转向系统的工 作需求，转向油罐设计要点可有效指导后期的转向油罐设计。 行工作，动转泵从转向油罐吸油后输出至动力转向器中，根 据转动方向，转向器转阀分配流至左右油缸的油量，使左右 油缸油液产生压差，从而产生助力，在此过程中液压油通过 回油管返回到转向油罐中［１］。 由于动转油具有粘性，在转向系统过程中，油液流动需 要抵抗粘性而发热，若发热过大，则动转油粘度急剧下降， 会导致液压助力不足和泄露等故障出现，因此，需要动转油 １、液压助力转向油罐设计要点分析 罐起到散热作用；而且转向系统在使用过程中，系统零部件 １．１转向油罐容积设计 磨损会导致转向油液的清洁度下降，从而导致转向异响等故 在美国工业标准（ＡＮｓＩ）中规定，油罐的容量为液压泵 障出现，因此需要动转油罐能够起到过滤作用；另外，转向 每分钟输出流量的３－４倍以上，而助力转向系统用的油罐的 容量约为每分钟输出流量的０．０１～０．０４倍 。 作者简介：葛士显，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司 主要从事底盘系统设计。 查阅相关资料，某外资品牌汽车对转向油罐容积设计要 ２０１５年第３期 葛士显等：某车型助力转向油罐的设计校核分析 １０ 求如下： Ｖ１＋Ｖ２＋ｖ３＝Ｏ．１５＂Ｑ１． 热面积或其他散热设备。 表２管道散热系Ｋ２（Ｗ／（ｍ２・℃）） 风速／ｍ・Ｓ．１ ０．０１ ０ ８ 其中，ｖ１为油罐容积、Ｖ２为动转管路容积、Ｖ３为转向 器油缸容积、Ｑ１为动转泵最大流量。 １．２动转油罐最大刻度线Ｍａｘ和最小刻度线Ｍｉｎ线的确定 车辆在行驶过程中，储存动转油的油罐不应由于振动、 管道外径／ｍ Ｏ．０５ ６ ０．１ ５ ｌ ５ ２５ ６９ １４ ４０ １０ ２３ 倾斜、急剧转向等出现泄露问题【 。业界内多数企业对动转 油罐最大刻度线的要求为：Ｍａｘ最大刻度线要保证汽车在爬 １．４动力转向油罐滤网目数的确定 坡或下坡（２０。坡）时液面最高处不能到达上盖处，保证不 设置滤网的目的是过滤油液中的杂质，滤网最小目数是 溢出；Ｍｉｎ最小刻度线要保证汽车在爬坡或下坡（２０。坡） 时液面最低处要保证淹没滤网，避免油液中混入空气而导致 油泵吸入空气造成异响。 这主要是因为整车爬坡试验要求［３】至少能爬３０％的坡， （试验时）此时对应的坡度角为１６．７。。４０％的坡对应的坡 度角为２１．８。，但爬大于４０％的坡时需要在坡道上设置安全 保险装置，一般汽车爬坡均按照３０％试验。 １．３动转油罐散热能力确定（主要是要求同等容积下散热面 最大） 一般希望转向系统的油温控制在１００℃以下。如果油温 超过ｌｌ０℃，液压油将很快变质：形成碳化物，液压油失去 润滑功能，转向油泵将急剧磨损，造成转向沉重；析出胶状 物质，堵塞滤网及阀孔，使整个动力转向系统失效。油温过 高，还将使整个系统中的密封件加快老化，密封不良而造成 漏油。在大流量及高压力的转向系统中，储油罐的散热已经 不能保证油温在１００￣Ｃ以下了，这时须附加专门的散热系统。 液压系统的发热功率通常用以下公式表示： Ｐｈｒ＝－Ｐｒ－Ｐｃ 式中Ｐ 是液压系统的总输入功率，ＰＣ是输出的有效功 ２、某车型动力转向油罐相关参数校核分析 率。 液压系统的散热渠道主要是油罐表面，但如果系统外接 管路较长，在计算发热功率时，也应考虑管路表面散热。 Ｐｈｃ＝（Ｋ１Ａ１＋Ｋ２Ａ２）△Ｔ 式中Ｋ１——油箱散热系数，见表１；Ｋ２——管路散热 系数，见表２；Ａ１、Ａ２——分别为油罐、管道的散热面积（ｍ２）： △Ｔ——油温与环境温度之差（℃）。 表１油罐散热系数Ｋ１（Ｗ／（ｍ２・℃）） 冷却条件 Ｋ１ 通风条件很差 ８～９ 通风条件良好 １５～１７ 用风扇冷却 ２３ 循环水强制冷却 ｌｌ０—１７０ 若系统达到热平衡，则Ｐｈ￣Ｐｈｃ，油温不再升高，此时， 最大温差为△Ｔ，环境温度为ＴＯ，则油温Ｔ＝Ｔ０＋ＡＴ。如果 计算出的油温超过允许的最高油温１ １０度，就要设法增大散 通过转向系统最大颗粒物的尺寸来确定的，要保证过滤到转 向管路、转向器、转向泵、油壶等要求的最大颗粒物；另外 滤网目数的选择还要考虑转向进油阻力问题，避免目数过大 而造成吸油不畅导致转向异响，即滤网的通油能力不小于动 力转向泵的最大流量。在保证通油能力的前提下，滤网目数 选择越大越好。 通油能力计算公式如下： Ｑ： 一———— 了———一＾Ａ＾ ×Ｋ×１０ｔ９ Ｑ…滤芯通油能力，ｄ…滤网孔径，单位为ｍ，Ｌ…滤丝 直径，单位为ｍ，△Ｐ…滤网前后压差，单位为ｋｇｆｆｍｍ２，ｌ－ｔ ．．．动力粘度，单位为ＰａＳ，Ｋ一系数（和滤网尺寸有关，Ｋｌ＿ 滤网有效面积ｃｍ２＊￣Ｌ数／ｃｍ２）。 从上式可以看出，通油能力与滤网的孔径的四次方成正 比关系，说明滤网孔径的大小对通油能力的影响非常大，因 此滤网目数的选择在保证整个系统的清洁度的前提下，不应 选择过大。 ２．１油罐容积校核 该车型为齿轮齿条式转向系统，动转泵的流量Ｑ为 ７５００ｍｌ／ｍｉｎ，通过实测的转向管路容积Ｖ２为５５０ｍｌ，转向器 油缸的容积Ｖ３为１８３ｍｌ。 根据２．１中的美国工业标准（ＡＮＳＩ），该车型的转向油 罐容积ｖｌ应为： ＶＩ＝（０．０１～０．０４） Ｑ＝（７５￣３００）ｍｌ 根据２．１中某外资车企的油壶容积设计标准，该车型的 转向油罐容积ｖ１应为： ＶＩ＝０．１５Ｑ－ｖ２一Ｖ３＝Ｏ．１５ ７５００—５５０—１８３＝３９２ｍｌ 而实测的该车型油壶容积为４００ｍｌ，与第二种计算结果 相符，比第一种结果稍大。但通过以上两种方法校核说明， 该车型的油壶容积设计合理，能够满足动转泵正常工作的油 液需求。 ２＿２油罐最大刻度线和最小刻度线校核 通过实测，该车型油罐高度为１００ｍｍ，（下转第２５页）
