<纸上谈兵>沙漠钢管车之转向系统

沙漠钢管车的转向方式


钢管车的悬架摆幅都很大,一般都是采用独立悬架结构,利用方向机进行转向,整个转向系统结构非常简单,如图所示,用十字万向节把方向盘和方向机连起来就能转向了,这种结构用到的方向盘,十字万向节,方向机等在汽配市场上就可以买到现成的配件,并且性能稳定,造价低廉,是不少低端go kart的标准配置。这种非助力的转向系统的驱动力非常有限,如果车子很重,超过1吨,轮胎与地面摩擦力会很大,在静止或者低速转向时会非常吃力。高速时转向会轻松一些,但是如果路况不好,前轮受到的任何冲击都会准确无误的反馈到方向盘上来,这并不是一件好事,方向盘剧烈的抖动会造成转向系统部分紧固件松掉,系统中的薄弱部件甚至会断掉,方向盘快速回旋有可能会伤到车手的手腕。
这时候可以考虑在机械式方向机的转向横杆上装阻尼器,阻尼器在拉伸或者压缩时都需要力,来自前轮的巨大冲击力很大一部分都能通过阻尼器消减掉。如果根据轮胎受到的冲击力和转向系统设计的承受力设计转向阻尼器,并且安装合理,阻尼器可以有效的保护方向机以上的部件,这是阻尼器和机械转向配合解决的一个问题。但是转向费劲的问题不仅没有改善还会变得更糟糕,因为转向的时候不仅要克服轮子本身的阻力还要克服阻尼器的阻力。理想的状态应该是转向的时候阻尼器不起作用,在不转向的时候再介入,但是实现起来整个机构应该相当复杂,暂时还没有看到有人在用的实例。

在机械转向加阻尼器基础上再进行改进就是助力转向了和无法调节的阻尼器相比转向助力缸在性能上有明显的优势,首先对于车轮传过来的冲击力转向助力缸可以有效吸收,其次在转向 的时候转向助力缸会在顺着转向的方向提供助力,让转向变的不再困难,当然整个系统也复杂的多,除了转向助力缸,还需要助力油泵,还需要分配左右转向力的转向阀,当然还需要相应的连接的油管和接头。

可以实现同一目的的机构还有电子助力转向系统,电子助力转向系统的优势更明显,电子助力系统直接安装在方向机一边,不需要助力泵和复杂的转向油路调节阀等,方向盘到方向机不需要任何机械传动机构,方向盘只需控制电子信号。配合电脑智能编程,电子助力转向可以实现根据转速,路况调整转向力的大小以实现最佳转向效果,目前稳定可靠的电子专利转向系统造价比较高昂,沙漠钢管车上鲜有使用。

沙漠钢管车上使用的转向助力缸通常都固定在方向机上或者干脆和方向机做成一体,这样可以保证安装牢固,有效吸收来自车轮的冲击力。助力缸设计最高需要承受 100KG左右的瞬间压力和60-80KG的正常工作压力,这个压力对于普通的液压缸来说完全是小儿科,但是在满足压力要求的前提下把体积做的尽可能的紧凑就不是那么容易。国外钢管车配件工厂专业性很强,做转向系统的产品基本上都是转向相关的,并且他们在做产品方面有时根本不计成本,比如fortin的转向盒基本上就是一整块铝雕出来的。而且国外使用的铝材也比较单一,基本上都是7075航空铝。在没有见到这些东西之前很难想象转向盒可以做成这个样子,需要这么大的成本。

方向机

方向机本身结构并不复杂,主要是壳体,齿轴和齿条,目的是把方向盘的径向转动转变成齿条的轴向运动,以此通过转向横杆调整前轮的角度达到转向的目的。方向机内部还会有轴承,铜套,油封,油嘴等润滑部件辅助齿轴齿条顺畅转向。

转向助力泵

液压助力系统的压力全部来自液压泵,液压泵的动力直接来自引擎,不同的引擎上的液压泵一般无法通用,两者直接一般是皮带传动。液压泵通常自带油罐,用于储油,车上的液压泵输出压力在 60-80KG的样子。液压泵上有两个油管接口,一个接有压力的输出油油管,另一个接压力很小或者几乎没有压力的回油管。引擎工作时液压泵就在工作,不管是否需要转向助力,在一定程度上讲这是一种动力的浪费,增加油耗,理想的状态应该是不需要助力的时候助力泵不工作,需要的时候提供助力。只是在钢管车行业大家对油耗都没有多少概念,还没有人为了节油特别改进转向助力泵的设计。

液压油管

沙漠钢管车的引擎一般是后置或者中置,而转向在前轮,之间需要油管传输转向液压油。回油管的材料不需要太讲究的,只要耐转向液压油,长时间暴晒不变硬,不开裂就可以,对耐压没有什么要求。但是输出油管一定需要耐压,液压油在做工的时候发热量也很大,所以还要能耐一定的温度。根据这个需要,转向液压油管大部分都是使用可以耐压的硬管,两头使用AN型螺母或接头连接。和刹车油管不同的是液压油管在车上不需要大幅度活动,转向液压油路大部分可以使用硬管弯制成。液压油管走的油量比较大,使用的硬管内径要比刹 车油管粗不少。转向助力泵可能会随着引擎震动,保险起见和转向助力泵连接的一小段使用耐高压软管,叉车上用的黑色的多层钢丝管拿过来用完全没有问题。有了 耐高压的软管,即使安装尺寸些许偏差,车子行驶过程中有剧烈的震动都不会影响整个转向液压系统的正常工作。 软管和硬管同样使用AN型螺母或接头连接。AN型接头螺纹我在沙漠钢管车的刹车系统里面详细提到过,不再重复。

十字万向联轴器

方向盘到方向机之间连接的轴需要用到十字联轴器,十字联轴器可以允许轴在一定的角度下正常转动。方向盘的轴和方向机的轴通常不在一条线上,要保证打方向盘的时候方向机顺畅的转动,轴的两端都需要装一个十字联轴器。十字联轴器和方向盘的轴或者方向机的轴连接最好选用花键配 合,这样安装的时候方向性比较容易控制,并且花键连接配合紧定震动的时候不容易松动。当然也可以选用六角或者平键的配合方式,但是在调节方向盘居中的方向 的时候会费劲一些。十字万向联轴器一般都是成对使用,这样可以保证传动轴圆周转动时不会卡。

方向盘

沙漠钢管车的方向盘一般都比较简单,方向盘除了转向以外不需要任何附加功能。市面上的方向盘安装孔位是有一定标准的,都是六个6mm的孔在一个直径 70mm的圆周上均布的方式,基本上市面上买到的任何一款赛车方向盘都可以通用。

方向盘座

方向盘不会直接固定在转向阀上,两者之间需要一种机构进行连接。沙漠钢管车没有车门,司机进出的时候不是那么方便,所以不少车子都是把方向盘做成可快速拆卸的形式,这就是方向盘座要实现的功能。方向盘通常和方向盘座固定在一起,转向阀一端做一根轴出来,方向盘座和这个轴之间的连接要做到既可以方便拆卸,又能牢固锁紧。有了可快速拆卸的方向盘座才有相当拉风的车手向观众挥舞方向盘的潇洒镜头。

转向助力调节阀

沙漠钢管车上把液压部分和机械部分结合起来的部件就是转向助力调节阀。带有压力的转向液压油从助力泵出来到达助力缸之前必须经过转向阀,转向阀的主要作用 是分配施加在助力缸左右的压力。通常车子上调节阀都是和方向机做成一体的,目的是节省空间,降低组装难度,在沙漠钢管车上调节阀有的还会装在方向盘一边。 调节阀和方向盘座一般通过花键连接,方向盘转动的时候带动调节阀,调节阀根据阀芯的转动方向分配动力到助力缸上,助力缸带动转向横杆调节前轮的角度。如果 车子熄火或者因为别的原因造成助力系统无法正常工作,这个方向盘打起来也是非常费劲的,甚至比单纯的机械转向加阻尼器还要难打。