轮胎式起重机转向系设计.docx

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轮胎式起重机转向系设计

毕业设计（论文）

毕业设计题目：

轮胎式起重机转向系

姓名：

专业：

机电一体化

班级：

学号：

指导教师：

一.轮胎式起重机转向系的作用

二. 轮式起重机转向系的基本组成三.轮式起重机转向系的分类

3.1机械转向系2

3.2动力转向机构3

四.转向系故障排除

4.1转向系常见故障分析与排除2

4.2转向沉重1

4.3轮胎起重机行驶自动跑偏1

4.4转向不灵、操纵不稳1

4.5前轮摆头1

五.典型故障原因分析

5.1故障一2

5.2故障二2

5.3故障三2

5.4故障四2

5.5故障五2

5.6故障六2

一、 轮胎式起重机转向系的作用

       轮胎式起重机在行使过程中需要改行使方向时，驾驶员通过轮式起重机转向系使轮式起重机转系转向桥（一般是前桥）上的车轮相对于轮式起重机纵轴线偏转一定的角度。

另外，当轮式起重机直线行使时，转向轮往往会受到路面侧向干扰力的作用而自动偏转，从而改变了原来的行使方向，此时，驾驶员也可以通过轮式起重机转向系使转向转向相反的方向偏转，恢复轮式起重机原来的行使方向。

       轮式起重机转向系的功用是改变和保持轮式起重机的行使方向。

二、 轮式起重机转向系的基本组成

       尽管现代轮式转向系的结构形式多种多样，但都包括转向系统操纵机构、转向器和专项传动机构三个基本组成部分。

       转向操纵机构是驾驶员操纵转向器的工作机构，主要由转向盘、转向轴、转向管柱等组成。

       转向器是将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动，并对转向操纵力进行放大的机构。

转向器一般固定在轮胎式起重机车架或车身上，转向操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向。

       转向传动机构是将转向器输出的力和运动传给车轮（转向节），并使左、右车轮按一定关系进行偏转。

三、 轮式起重机转向系的分类

       按转向能源的不同，转向系可分为机械转向系和动力转向西两大类。

（一） 机械转向系

       机械转向系是以人力作为惟一的转向动力源，其中所有传力件都是机械的。

如下图所示就是一种机械式转向系。

当需要转向时，驾驶员对转向盘1施加一个转向力矩，该力矩通过转向轴2输入转向器8。

从转向盘到转向轴这一系列部件和零件即属于转向操作机构。

作为减速传动装置的转向器中常有1～2级减速传动副，下图所示转向系中的转向器为单级减速传动副。

经转向器放大后的力矩和减速后的运动到转向横拉杆6，再传给固定于转向节3上的转向节臂5，使转向结合它所支承的转向轮偏转，从而改变了汽车的行使方向。

这里，转向横拉杆和转向节臂属于转向传动机构。

（二） 动力转向机构

       操纵方向盘时，如下图所示，通过伞齿轮箱和转向机构箱带动转向阀的油缸侧。

油缸和阀杆上分别设有油孔，并且通过油缸和阀杆的相互作用，内外油孔有时会接通，有时会错开，从而进行油路的“通”和“断”的。

        上图所示为转向盘向右转动时的情况，这时转向器的油缸连接见下图。

右转时，转向阀如箭头①所示被推到后边，从而使油缸侧油孔与阀杆侧油孔互相连通。

液压泵的液压油流进转向助力矩的“伸出侧”，向左推动转向横位杆，并经过横位杆臂使转向节顺时针方向转动。

        由于转向节转动，转向节臂把转向纵拉杆２推向箭头⑤的方向，并经过转向垂臂把转向纵拉杆１推向箭头⑥的方向。

       上述一连串动作是利用从液压泵经过转向阀流入的油量来加以控制的，但这些动作同时又会进一步拉出转向阀的阀杆，使接通的油孔遮断。

因此，把转向盘转动到某一个角度时，转向节就会相应地转动，并且在转向阀的接通油孔被遮断的位置停止下来。

        如果接着进一步转动转向盘，转向阀油孔就会在与转向盘的传动角相对应的位置被折断。

       由此可见，转向盘的转动角与轮胎的转动角之间是保持一定的关系的。

四、 转向系故障排除

       轮胎式起重机转向系技术状况的好坏对轮胎式起重机的行使安全性有着极其重要的影响。

转向系最常见的故障有转向盘自由行程过大、转向沉重及动力转向助力不足等。

下图为典型的转向液压系统原理图。

（一） 转向系常见故障分析与排除

１． 转向盘自由行程过大

故障现象

       轮胎式起重机保持直线行使位置静止不动时，轻轻来回晃动转向盘,感到游动角度很大。

故障诊断

       产生转向系自由行程过大的原因有：

①转向器内主、从动喝合部位松旷或主、从动部位的轴承松旷;②转向盘与转向轴的连接部位松旷;③转向器摇臂轴与摇臂连接部位松旷;④纵、横拉杆球头连接部位松旷;⑤纵、横拉杆与转向节臂的连接部位松旷;⑥转向节与主销松旷;⑦轮毂轴承松旷。

故障排除

（1）应先检查转向盘与转向轴是否松旷。

（2）检查转向器内主、从动部分的轴承或衬套是否松旷。

       （3）检查转向器内主、从动部分的喝合是否松旷。

       （4）若故障不在以上部位,则应检查摇臂与摇臂轴,纵、横拉杆球头连接以及转向节与主销是否松旷。

       （5）若以上部位均无故障,则故障是由轮毅轴承或拉杆臂松旷所造成。

2.转向沉重

故障现象

       轮胎式起重机行驶中驾驶员向左、右转动转向盘时,感到沉重费力,无回正感;当以低速转弯行驶或掉头时,转动转向盘非常吃力,甚至打不动。

故障诊断

       可能原因包括:

①轮胎气压不足;②转向节与主销配合过紧或缺油;③纵、横拉杆球头连接调整过紧或缺油;④转向器主动部分轴承预紧力太大或从动部分与衬套配合太紧;⑤转向器主、从动部分的喝合调整得太紧;⑤转向器无油或缺油;⑦转向节止推轴承缸油或损坏;⑧转向器转向轴弯或其套管凹瘪造成刮碰;⑨主销后倾过大、主销内倾过大或前轮负外倾;⑩前梁、车架变形造成前轮定位失准。

故障排除

（1）检查轮胎气压、轮毅轴承松紧程度,前轮定位等。

（2）顶起前桥,使前轮悬空,转动转向盘。

若感到明显轻便省力,则故障在前轮、前桥或车架。

若转向仍然沉重费力,应将摇臂拆下,继续转动转向盘,若明显轻便省力,则故障在转向传动机构;若仍沉重费力,则故障在转向器。

       （3）对转向器进行检查口先检查外部转向轴,有无变形凹陷等。

再检查啃合间隙是否过小,轴承间隙是否过小,是否缺油,有无异响等。

       （4）对转向传动机构进行检查。

检查各部连接处是否过紧而运动发卡,检查各拉杆及转向节有无变形,检查转向节主销轴向间隙是否过小。

       （5）必要时,还应对前轮及车架是否变形进行检查。

3.轮胎起重机行驶自动跑偏

故障现象

       汽车行驶中自动跑向一边,必须用力把住转向盘才能保持直线行驶。

故障诊断

       可能原因包括：

①两前轮轮胎气压不等、直径不一或车厢装载不均;②左、右车架前钢板弹簧挠度不等或弹力不一；③前梁、后轿轴管或车架发生水平平面内的弯曲;④车架两边的轴距不等;⑤两前轮轮毂轴承或轮毂油封的松紧度不一;⑥前、后桥两端的车轮有单边制动或单边拖滞现象;⑦两前轮外倾角、主销后倾角或主销内倾角不等;③前束太大或负前束;⑨路面拱度较大或有侧向风。

故障排除

（1）应先检查跑偏一侧的车轮毅和制动器是否温度过高,若温度过高,则为轮毂轴承过紧和制动拖滞。

（2）检查轮胎气压、轮毅轴承松紧程度。

       （3）新换轮胎出现跑偏,多为轮胎规格不等。

       （4）检查钢板弹簧有无松动、断裂,车桥有无歪斜移位,车架有无变形等。

       （5）检查前轮定位情况。

4.转向不灵、操纵不稳

故障现象

       在轮胎起重机转向操纵转向盘时感觉旷量很大,需用较大幅度才能转动转向盘;轮胎起重机在直线行驶时又感到行驶不稳。

故障诊断

       根本原因是由于磨损和松动导致各部位间隙过大所致,原因主要有:

①转向器啮合间隙过大,安装松旷;②转向轴与转向盘配合松旷;③主销与转向节衬套孔间隙过大;④主销与转向节轴向间隙过大;⑤转向传动机构各球头销处配合松旷;⑥前轮毂轴承间隙过大;⑦轮胎起重机前轮前束过大。

故障排除

（1）先检查转向盘的自由转动量,若过大,说明转向系内存在间隙过大的故障。

（2）若转向盘的自由转动量正常,故障原因可能是前轮毅轴承间隙过大、主销与转向节衬套孔间隙过大、主销与转向节轴向间隙过大及前束过大等。

       （3）检查前轮毅轴承、主销等处,找出松旷部位。

       （4）由一人原地转动转向盘,另一人观察摇臂摆动,当摇臂开始摆动时转向盘自由转动量不大,说明是转向传动机构松旷,否则为转向器松旷。

       （5）必要时应检查前束,前束值过大时,会伴随有轮胎异常磨损。

5.前轮摆头

故障现象

       轮胎式起重机在某低速范围内或某高速范围内行驶时,有时出现两前轮各自围绕主销进行角振动的现象。

尤其是高速摆头时,两前轮左右摆振严重,握转向盘的手有麻木感,甚至在驾驶室内可看到整个车头晃动。

故障诊断

       原因主要有:

1）前轮轮胎、轮辆、制动鼓或盘、轮毂等旋转质量不平衡;2）前轮径向圆或端面圆跳动太大;3）前轮使用翻新胎;4）前轮外倾角太小、前束太大、主销负后倾或主销后倾角太大;5）两前轮的主销后倾角或主销内倾角不一致;6）前梁或车架弯、扭变形;7）转向系与前悬挂的运动互相干涉;8）转向系部件刚度太低;9）转向器主、从动部分口齿合间隙或轴承间隙太大;10）转向器垂臂与其轴配合松旷;11）纵、横拉杆球头连接松旷;12）转向节与主销配合松旷或转向节与前梁拳形部沿主销轴线方向配合松旷;13）前轮轮毅轴承松旷;14）转向器在车架上的连接松旷;15）前悬挂减振器失效或左、右两边减振器效能不一;16）左、右车架前悬挂高度或刚度不一。

故障排除

（1）若摆振随车速提高而增大,多为车轮动不平衡和轮辆变形所致,应检查轮胎平衡和轮铜变形情况。

（2）若在某一转速时摆振出现,则情况比较复杂,应对转向系、前桥及悬挂等进行全面检查,以发现造成摆振的原因。

五典型故障原因分析

1.故障一

故障现象

       转向时转向机出现一侧轻、一侧重。

故障诊断

（1）当转向盘转动时,通过转向杆带动转向阀芯上下滑动而打开或关闭阀门,此时,需克服安装在阀体上下两端面各4只柱塞对其施加的回位弹簧的压力,如弹簧压力不均、柱塞与阀体相应滑动孔的配合尺寸不同或一端卡死,则必然反应到转向盘转动力矩的大小不一,也会反应到左、右向的轻重不同。

（2）转向缸一腔油封损坏,另一腔完好,则必定转向时一侧轻另一侧重。

故障排除

（1）检查柱塞与阀体孔的配合间隙,使之控制在0.03~0.04mm之间,检查8只弹簧的弹性及长度应一致,且不应断裂或塑性变形。

（2）应检查更换转向缸某一腔的损坏件。

2.故障二

故障现象

       突然无转向或转向太重。

故障诊断

       突然无转向是指转向盘可转动,但起重机不会随着转向盘的转动而转动,这是由于:

       ①转向盘与转向杆的连接键损坏,转向盘无法带动转向杆转动;②随动杆总成内的弹簧弯曲变形、断裂或弹簧太短,无法起随动的作用;③转向轴端部的锁紧螺母损坏或脱落,齿条螺母无法带动主阀芯上下移动。

       转向太重是由于液压转向助力系统中的液压元件损坏,如转向泵烧损、效率过低,转向缸油封损坏,特别是恒流阀的调压阀无法封闭关死,系统压力上不去,都会产生转向偏重现象。

装在转向阀体内的进油单向阀,如果弹簧损坏,使单向阀门打不开,高压油进不去,转向也会偏重。

故障排除

       先检查恒流阀的调压阀芯与阀座接触是否均匀，再检查其他液压元件的密封情况。

排除异常情况。

3.故障三

故障现象

       机油从转向盘或转向机套管中补冲出来。

故障诊断

       安装在转向阀内的骨架油封破损，机油会沿转向杆向上冒出。

故障排除

       拆下转向机总成，更换骨架油封。

4.故障四

故障现象

       转向机飘动严重（空行程太大）。

故障诊断

       1） 转向机转向杆端部的螺栓连接由于长期受拉力作用而变长，造成螺母与其连接松动。

       2） 随动杆与焊接在前车架上的球头铰接处，由于长期转动磨损，使得铰接配合间隙过大，

       3） 扇形齿轮与齿条的啮合间隙由于长期的啮合磨损，使其啮合间隙过大。

故障排除

       根据实际磨损或变形的间隙加以消除，重新调整。

5.故障五

故障现象

       转向沉重，其主要表现为转向盘操纵力超标或转向盘转动而液压缸动作滞怠，不能实现比例转向。

正常情况下，转向盘操纵力一般在15～20N范围内，随着操纵力的增大，驾驶员的劳动强度也增大，严重影响整机操纵的舒适性和可靠性。

故障诊断

       造成转向沉重的原因按油液流成由以下几种：

       1） 转向泵环节。

转向泵是转向系统的动力源，为转向系统提供充足的流量和压力。

一旦流量不足，便难以提供足够的压力，造成转向沉重，主要表现为转向盘慢转较重，快转稍轻。

转向泵内漏油锅大或轴油封漏油，均可能造成供油量不足。

正常情况下，用手摸转向泵壳体应感到比油箱温度稍高，如果温差显著，则可断定是液压泵内泄漏过大造成。

轴油封漏油会造成混油，使变速箱油液量明显增加。

       转向泵低速性能差，即低速容积效率下降较大，会造成发动机怠速或低速工况时转向沉重。

       2） 单闻阀环节。

单闻阀是转向系统中一个重要元件，通过它控制系统流量的恒定，以保证转向稳定可靠。

单闻阀阀芯被杂质卡住或弹簧失效，会使油液部分或全部处于回油状态，造成供油量不足，系统压力下降，转向沉重（阀芯被杂质卡住，使油不能处于回油状态，丧失流油量调节的功效，再大油门工况下，转向将走向另一极端——过于灵敏、即发飘、无手感）。

       3） 转向器环节。

转向器是转向系统的关键元件，它通过阀芯和阀套的准确配油以及摆线转阀的计量作用来实现比例转向和手感。

转子、定子副的长期使用可能造成转子、定子副的径向或轴向磨损，造成间隙过大，使内泄漏增大、计量失准，此时表现为慢转时转向沉重，而快转时转向较轻。

       转向器阀块上的安全阀由于调压部位的螺纹误差较大，造成琐紧或锁止步可靠。

使用过程中，由于液压冲击和机械振动的影响，可能会造成调压螺杆松脱，使系统压力偏低（转向工作压力一般为10～20MPa）；一般来说，当系统压力低于7MPa时，转向明显沉重，甚至不能转向。

调压弹簧变形、失效或阀芯被污染颗粒卡住，同样会造成安全阀处于卸荷状态，这可通过对安全阀的调整或清洗得以验证；属清洁度问题时，应根据油液污染程度及时更换油液或对油液进行过滤处理。

另外，过载阀失效，同样会造成转向沉重，其表现为转向盘转动、液压缸动作滞怠或不动、转向无止点。

转向器进、回油口的钢球单向阀失效会造成转向沉重，此时表现为快转与慢转均沉重。

转向缸动作慢。

       4） 转向缸环节。

转向缸活塞密封的失效或局部失效，同样会造成转向沉重。

目前，绝大部分液压缸已采用了格莱圈组合密封，密封可靠，寿命较原来的XY密封显著提高，此类故障所占比例较小。

密封失效的判定方法很多，可以通过触摸判定原因所在。

正常情况下，两只转向缸缸体表面温度应基本一致，当用手触摸两只缸体，感觉表面温度有明显差异时，可以判定温度高的一只液压缸活塞密封已失效，这就是转向沉重的原因所在。

6.故障六

故障现象

       转向失灵，主要是指转向丧失操纵稳定性和可靠性。

从转向原因来看，造成转向失灵的主要部件就是转向器。

故障诊断

       1） 弹簧片折断。

明显的表现为转向盘不能自动回中，难以保持直线行使和造成跑偏等。

       2） 转子与联动轴相互位置装错。

明显表现为转向盘子转或左右摆动。

如果行使，会造成打手或其他人身事故，应慎重。

转子与连接轴的正确安装方法是，连接轴槽口的方向对准转子的下凹方向。

此类故障一般是由于非专业人员维修时疏忽造成的。

       3） 跑偏。

排除轮胎气压不均或偏载等原因，阀块双向过载失效是造成跑偏的主要因素。

弹簧变形、钢球偏离阻尼孔或被异物卡住等都可能导致过载失效。

过载阀失效的另一表现为转向无止点（当过载阀压力低于安全阀压力时，同样会造成转向无止点）。

       4） 螺纹脱扣。

在路面条件较差的环境下长期作业时，还出现一些双向过载阀鼓出的故障，一般是使螺纹脱扣。

造成这种现象的原因是由于加工误差造成螺纹牙型瘦或浅，连接强度降低，再频繁的峰值过载压力的冲击下发生疲劳损坏。