一辆EQ 1093越野卡车由于方向振摆严重,进厂维修。作者经试车发现,此车前轮振摆严重,表现为方向盘左右剧烈摆动,车速60-70km/h日寸伴随车头摇晃,驾驶员难以控制车辆。根据经验判断,这个故障属于前轮振摆和共振的综合故障。要排除它,还先得了解清楚EQ 1093越野卡车较为独特的前桥结构,分析可能造成振摆的各种因素,再寻找造成方向振摆和振动的原因(见图2)。
EQ 1093越野卡车属于中型越野卡车,公路载重5t,轴距3950mm,轮距1800mm。越野卡车的结构与普通载重汽车有很大不同。普通汽车是发动机发出动力经变速器减速,通过传动轴传递到后桥,经减速器降速增扭,由差速器分配到左右半轴,再传递到车轮。越野卡车与普通卡车的区别是在变速器后加装了一个分动器。分动器负责将发动机发出的动力分配给前后车桥。这样一来,前桥就成了驱动桥。与普通驱动桥不同的是,前桥又是转向桥,还得具备转向桥的功能。
EQ 1093越野卡车的前桥为了实现转向功能又在半轴上加装了三销轴式万向节,使驱动桥可以转向。EQ 1093越野卡车转向部分由轮毅轴管、转向节壳、主销及转向节支承座等组成,上下两个主销是焊在转向节支承座上的。前后车桥均为钢板弹簧的非独立悬挂,是钢板销后滑块式连接。主减速器是单级减速器,速比6.33。EQ 1093越野卡车属于分时四驱。
让我们再分析一下影响车辆正常行驶平顺性的条件,一般为以下几条:
1.旋转部件平衡。车轮、制动鼓(制动盘)磨损均匀,轮辆运动平衡,轮毅轴承预紧度符合要求,无松旷。轮胎气压正常。
2.转向机构连接部件,间隙符合规定值。转向节主销旷动量符合要求。万向盘自由行程处于规定值。转向垂臂,转向纵拉杆,转向横拉杆,梯形臂无变形,球头无松旷。
3.车桥无变形,前轴无弯曲变形,前轮及主销定位角度合适。
4.悬挂系统完好,前钢板弹簧弹性、角度符合规定值。
前轮及主销4个定位角,主要是指:主销后倾角α、主销内倾角β、前轮外倾角у、前轮前束角c。
EQ 1093越野卡车只有前轮前束角,是可以调节的,另外三个值如主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角对于此车型是由各部件的机械尺寸自动定位的,修理中很少测量和调节。其中主销后倾角a和前轮前束角c会对振摆造成影响。
那么我们就先了解一下主销后倾角α。主销后倾角指的是主销中心线在纵向平面内后倾斜与铅垂线之间的夹角。使车轮的接地点位于转向主销延长线的后端,车轮就靠行驶中的滚动阻力被向后拉,使车轮的方向自然朝向行驶方向。主销后倾角a越大越稳定,同时转向也越沉重。前轮前束角c指的是由于前轮外倾,前轮行驶时有分别向外侧滚动的趋势,为了修正这个问题,将左右两轮调整向内偏斜一定角度,抵消前轮向外侧滚动,左右两轮可保持直线行进,减少轮胎磨损。前束过大会造成行驶不稳定,过小则会造成转向沉重。
汽车行驶中的前轮发摆可以分低速振摆和高速振摆两种情况。低速振摆大多是由转向系统机件磨损松旷及调整间隙过大引起的。其影响因素一般是轮胎的磨损、气压不足、轮惘变形、偏摆造成的不平衡。转向机构中方向机与大梁连接支架刚度差,或连接松动,转向垂臂松动、梯形臂弯曲,横纵拉杆变形、松旷等。高速振摆除包括低速摆振的原因之外,主要是车轮不平衡、前轮定位失准、前轮变形及钢板弹簧发生位移等原因造成的。
综合以上因素,针对此车表现的故障,按由简到繁的顺序,先检查排除可能造成振摆的因素。检查了大梁有无明显损伤、变形,轮鼓轴承的预紧度,测量了前束,均在正常值之内。检查转向机及各部件有无磨损、变形,发现纵拉杆球头松动。调节纵拉杆球头松紧度至正常值。又从正常的车上更换了两只前轮。试车,故障依旧。再进一步检查转向节主销调整螺丝预紧度,发现调整螺丝没有顶到位,于是按要求拧紧调整螺丝退1/8圈锁紧,恢复预紧度。试车,故障现象略有好转。
进一步检查与前桥相连的各部件,发现前传动轴凸缘叉互相错开90°。 EQ1093越野卡车没有钟头离合器,前桥在没有动力输入的时侯,车轮会带着半轴、差速器、前传动轴等部件一同旋转。如果传动轴不平衡,就会在行驶中引发振动。于是将前传动轴恢复,试车,在60-70km/h车速时的振动消失,方向盘抖动依旧。作者又检查了前制动鼓外表面是否存在由于粗糙造成的质量不均,前制动鼓内工作面的圆度,钢板销、钢板销套、钢板滑块的磨损度是否严重,结果均在正常值之内。根据这些检查结果,我们把怀疑重点确定在主销后倾角过小。EQ 1093越野卡车前桥的悬挂装置主要是两架钢板弹簧。
钢板弹簧(LeafSpring)是应用最广泛的一种汽车悬架主要部件,它是由多片等宽却不等长的弹簧片组合成的一根弹性元件。它的优点是结构简单,工作可靠,成本低廉,维修方便。它既是悬架的弹性元件,又是悬架的导向装置。它的一端与车架铰接,可以传递各种力和力矩,并决定车轮的跳动轨迹。同时,它本身也有一定的摩擦减振作用。一举三得,所以广泛用于非独立悬架上。
它的工作原理是:当钢板弹簧所承受的垂直载荷为正向时,各弹簧片都受力变形,受压力向上拱弯。这时,车桥和车架便相互靠近。当车桥与车架互相远离时,钢板弹簧所受的正向垂直载荷和变形便逐渐减小,受拉力向下弯曲。总之,只要汽车行驶时,钢板弹簧就在不停的被压缩或拉伸。在野外崎岖的路段钢板弹簧所受负荷更大,更容易造成金属疲劳或钢板弹簧弹性减弱变形。钢板弹簧在这种环境下使用更有可能变形造成主销后倾角改变。
恰巧,手边没有同型号的钢板弹簧。作者认为,如果能够恢复主销后倾角的值,不更换钢板弹簧,也可以达到排除故障的目的。虽然我们知道此车主销后倾角的正确值,但没有工具测量故障车的主销后倾角,也就不知道如何修复与调整。