王宝昌
摘要：本文主要研究某型号整体式循环球液压动力转向器在匹配某工程机械公司的汽车起重机出现噪音的问题。在用户试车场，汽车起重机的上装完全装配完成，在原地频繁地向左右转向时，会出现“咕、咕”的噪音。根据噪音故障出现的时机和噪音所表现的特有音色，在试验室利用动力转向器综合性能试验台建立噪音故障模型实现故障再现，通过相关噪音和振动理论，研究分析转向器噪音产生的机理，然后利用噪音故障模型，采用单因素法进行模拟和验证，最终找出噪音产生的根本原因并确定相应的改进措施。
关键词：液压动力转向器，噪音，振动，模型，验证，分析，改进
一、前言：
某工程机械公司的汽车起重机安装的某型号整体式循环球液压动力转向器，在试车场试车过程发现，原地频繁地快速向左右转向时，会出现“咕、咕”的噪音，右转时噪音出现的次数要多一些响一些，左转时噪音出现的次数要少一些弱一些，如果将转向的速度放慢，则噪音就会变弱，甚至感觉不到噪音。
二、噪音分析：
1、整车负荷状态：
汽车起重机与普通公路用汽车的功能不同，使得转向器的使用工况也有所不同。汽车起重机由下装与上装两部分组成，下装是汽车起重机的行走功能部件，相当于汽车的底盘，而上装是汽车起重机的起重功能部件，相当于汽车的负载。当汽车起重机组装完成后，汽车起重机的行走功能部分就处于满载状态，相当于汽车装满了货一直不卸货一样。
2、转向器负荷状态：
汽车起重机在行走时，转向器就一直处于汽车的满载状态下，而原地转向就会让转向器处于满负荷工作状态。这时，转向器的控制阀全部打开，转向系统油压达到系统最高油压状态。
3、液压油流动状态：
当汽车在满载状态下原地持续的左右转向时，会造成负责两个方向转向的液压系统区段受到交变的高压脉冲，液压油也在这两个区段交替地流入和流出，流量取决于打方向的速度。
4、运动部件机械运动及受力状态：
该型号转向器的螺杆和活塞螺母采用左旋螺纹滚道结构，汽车右转时，壳体上腔受高压，活塞螺母受油压作用力向转向器壳体下腔运动，螺杆一方面顺时针旋转，另一方面受油压作用力有顺着壳体上腔向外运动的趋势，这一趋势使螺杆通过螺杆轴承滚道将作用力传递给钢球，再通过钢球将作用力传递给上盖，并进而形成转向器的内力，使螺杆在轴向处于受力的平衡状态；汽车左转时，壳体下腔受高压，活塞螺母受油压作用力向转向器壳体上腔运动，由于螺杆处于壳体上腔内，上腔是低压区，螺杆在轴向处于不受力的平衡状态，只是作逆时针旋转。
5、噪音故障模型的建立：
根据噪音故障出现的时机和噪音所表现的特有音色，我们在试验室利用动力转向器综合性能试验台建立了噪音故障模型，并且实现了故障再现。
6、噪音原因的分析：
噪声是发声体做无规则振动时发出的声音，是一种特殊的声音。声音是由物体振动产生的，声音以声波的形式传播。声波振动内耳的听小骨，这些振动被转化为微小的电子脑波，它就是我们觉察到的声音。
从噪音源方面分析，对于动力转向器来说，其噪音的来源有以下几种：一是外界的振动通过液压油和管路传递到转向器形成，二是转向器内部液压油压力波动和油液高速流动形成，三是转向器运动部件间相互摩擦滑移而产生声响。
本次发生的噪音故障比较特别，主要是左转和右转的噪音表现差异很大，基本可以排除外界传入和液压产生的两种原因。由于左转和右转时螺杆的受力完全不同，我们把注意力集中在了与螺杆有关的运动和配合要素上。经过分析，如图3所示，我们发现，布置在螺杆轴承滚道内起轴承作用的一组钢球存在相互摩擦的可能性，尤其是在轴承滚道与螺杆回转中心不垂直的情况下，钢球聚积在一起，在很高压力的作用下，钢球互相间接触表面的相对运动方向都是相反的，必然会形成接触应力较大的摩擦，这种摩擦就会形成噪音。
三、改进措施：
1、确保螺杆轴承滚道的跳动要求。螺杆在制造过程中工艺安排需要经过渗碳淬火，热处理后螺杆内部有残余应力，轴承滚道与螺旋滚道磨加工时是合格的，放置一段时间后，螺杆由于内部应力逐渐释放而产生了二次变形，造成轴承滚道跳动超差。我们对热处理后的螺杆进行了人工时效处理，解决是螺杆二次变形问题。
2、在轴承结构内增加了钢球保持架，将钢球互相隔开，防止钢球互相之间摩擦。
原产品结构中没有钢球保持架，作为改善措施之一，我们参照标准轴承结构增设了保持架。钢球保持架的功能就是将螺杆轴承滚道内的钢球分隔开，使钢球在滚道内均匀布置，以改善螺杆的受力状态，防止钢球的接触摩擦。
四、改进效果验证：
为了验证上述噪音分析和改善措施的正确性和有效性，我们针对五台实现噪音故障再现产品进行了对比试验验证。首先，将其中四台故障产品中的螺杆进行了拆检；然后，重新制造了螺杆零件，采用故障产品的其它零件按改善措施重新进行了组装；最后，利用我们建立的噪音故障模型进行了故障再现对比试验。试验结果表明，没有采取改善措施的故障产品仍然存在噪音问题，采取了改善措施的四台试验样品没有再发现噪音存在，改善效果明显。
改善产品经过客户多批次的小批试装验证，在整车上使用效果良好，多种工况试验均没有出现噪音问题。噪音故障得到解决，客户满意！
五、结束语
液压动力转向器的噪音问题是一个综合性问题，许多噪音因素都会造成汽车在操纵过程中转向器出现噪音问题。从宏观方面来讲，转向器的噪音与转向器与转向系统及整车的匹配有关，与转向器自身的结构设计和制造精度有关，与转向系统其它零部件的结构设计和制造精度有关。从微宏方面来讲，转向器的噪音与液压通道结构和表面质量有关，与控制阀的结构和表面质量有关，与运动部件的运动精度有关。一方面液压振动和摩擦产生噪音，另一方面机械振动和摩擦也会产生噪音。
所以，我们要在生产实践中不断总结、分析和积累各种因素的噪音表现形式，针对不同的噪音有针对性的分析和改善。