商用车液压助力转向系统管路散热分析与优化.docx

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商用车液压助力转向系统管路散热分析与优化

商用车液压助力转向系统管路散热分析与优化

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商用车液压助力转向系统管路散热分析与优化-汽车

商用车液压助力转向系统管路散热分析与优化

郭威1阳敦海2吴向阳2

1．湖北三环专用汽车有限公司湖北十堰442000

2．广西玉柴机器股份有限公司广西玉林537005

摘要：

针对商用车产品开发过程中，由于受环境温度、恶劣工况、转向频次等因素影响，液压助力转向系统动力转向油温过高，从而影响其使用寿命的问题，对高温环境下车辆转向系统回油管路的材料、结构以及布置形式进行了优化，降低了动力转向时的油温，对商用车转向系统的开发具有一定的参考价值。

关键词：

商用车液压助力转向散热器转向油温

中图分类号：

U463.5.07文献标识码：

A文章编号：

1004-0226（2016）09-0086-04

1前言

随着汽车研发技术和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的转向轻便性和耐久性的要求也越来越高。

目前商用车普遍采用性价比较高的液压助力转向系统，但是，该系统的问题也逐渐显现出来。

例如，车辆运行在弯道较多、需频繁快速打满方向盘的工况时，若环境温度偏高，液压转向系统油温会逐渐升高，超出匹配设计时规定的许用温度，导致转向液压油迅速变质发黑、转向泵内密封件断裂、配油盘磨损内泄增大，进而引起转向系统发生漏油、转向沉重等故障。

为解决上述问题，笔者考虑采用铝制螺旋散热翅片式转向回油管代替传统的镀锌钢管，并对比分析回油管路材料、结构形式差异对转向散热性能的影响，通过实地测试的方法加以验证，以解决因转向回油管路散热不足导致液压动力转向系统油温过高的问题。

2回油管路材料对散热性能的影响

首先，对钢和铝这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。

2.1传热系数

传热系数的定义：

在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在th内，通过1m2面积传递的热量，单位是W/mK。

根据傅立叶方程式：

将上面两个公式合并，可以得到K1=dIR（d可视为金属管的厚度）。

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。

钢和铝的热传导系数如表1所示。

从表1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。

结合上面公式可知，铝管的热阻较小，而热阻越小，散热效果越好，故相同条件下，回油管采用铝制材料，散热效果较好。

2.2比热容

比热容的定义：

使单位质量的物质温度提升1度需要的热量。

根据比热容公式：

从表2中可以看出，钢的比热容比铝小，温度每降低1℃，钢散发的热量比铝小。

且由于钢的密度为7.9kg/m3，铝的密度为2.7kg/m3，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，钢管质量较大，热容量比铝管大，散热速率变慢。

3回油管路结构对散热性能的影响

传统回油管路一般采用08或08F牌号钢，经表面镀锌或镀铜处理的双层卷焊钢管，采用直线管路与局部弯曲管路结合的形式。

管路前端连接方向机出油口接头，后端连接液压转向油罐，传统回油管路结构如图1所示。

螺旋管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3所示。

式中，h为流体的对流换热系数，W/m2K；K2为静止流体的导热系数，W/mK，L为特征长度，垂直于传热方向的尺度，m。

Nu的物理意义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。

由图3可知，螺旋管的散热性能优于普通金属回油管。

4动力转向系统试验验证

动力转向系统试验为整车道路试验，试验方法为绕八字路测试。

具体方法为整车进行八字试验，同时对环境温度、油罐温度、转向泵出油压力、转向泵出油流量进行监测，统计绕八字的圈数持续至油罐温度平衡为止，记录当前的试验参数；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，确保绕八字圈数与原车状态相同并进行比较，对整改前后转向系统油温变化情况进行对比和合理性分析。

本文开展的试验工作在某公司生产的某型自卸车上进行，其搭载某型发动机，该整车相关配置如表3所示。

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16.42t，对应前轴载荷为6.94t，以水泥载重块为加载物，均匀分布于车箱内。

试验场地及方法如图4所示。

5试验结果

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4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，转向油温比原车降低8.88℃，如按同等环境温度、同等起始油温的条件下作对比，转向油温可降低7.01℃。

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，检测原车和更改回油管路时的油罐油温散热状态结果如表7所示。

6结语

本文研究了铝制螺旋散热翅片式回油管与普通钢制镀铜回油管对动力转向油温散热性能的影响，采用整车重载打八字试验方法，监测转向油温、环境温度、流量及压力等参数，证明了使用铝制螺旋散热翅片式回油管能够有效降低液压动力转向系统油温，提高商用车液压转向系统的性能和使用寿命。

可见，采用铝制螺旋散热翅片式回油管代替普通钢制镀铜回油管是对高温环境下转向系统回油管路材料、结构以及布置形式进行优化的有效方案。