液压助力转向装置

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第1939页（5248字）

输出端与输入端之间保持机械联系的液压动力转向装置称为液压助力转向装置。

液压助力转向装置具有操纵轻便、转向灵敏、随动精度高，可根据需要增设反作用元件，取得较理想的“路感”，以及当液压系统发生故障时，能够蜕化为机械转向装置，实现应急转向等特点，广泛地采用于各种车辆。但是，由于这类装置保留了复杂的转向杆系，总体布置欠灵活，此外应用于大流量时系统效率较低，因此在低速车辆上逐渐被全液压转向装置取代。

液压助力转向装置由转向器、控制阀和转向缸三个主要部分组成，在此基础上可增设反作用元件和转向限位阀等。

(1)分类

液压助力转向装置按液流形式，可分为常流式和常压式。常流式液压助力转向装置由恒流动力油源(通常是由定量泵和恒流阀等元件组成)供油，组成恒流系统。不转向时，油液经控制阀内的配油窗口返回油箱，这时动力油源处于卸荷状态。转向时，动力油源的压力随转向负载的大小而变化。无论哪种工况，动力油源的输出流量基本不变。常压式液压助力转向装置由恒压动力油源(通常是由定量泵、蓄能器和单向阀，或者由恒压变量泵等元件组成)供油，组成恒压系统。不转向时，控制阀封闭进油口，无论转向与否，动力油源的输出压力基本不变，输出流量则随负载要求变化。

恒流系统结构简单，维护方便，元件寿命较长。恒压系统能够实现高压下多负载同时工作，控制阀具有较好的调节特性，装有蓄能器的恒压系统能够实现应急动力转向，但结构复杂。目前常流式液压助力转向装置应用较广。

液压助力转向装置按控制阀结构可分为滑阀式和转阀式两种，滑阀式结构的控制阀在装置中布置灵活，而且容易设置反作用元件从而获得较理想的“路感”，转阀式控制结构简单、灵敏度高，但“路感”不明显。滑阀式液压助力转向装置还可分为轴向滑阀式和切向滑阀式两种。此外，由定中方式、有无反作用元件以及定中弹性元件的不同结构，可组合成以下几种结构方案。

·带有定中元件，但无反作用元件的弹簧定中结构，其定中元件可以是螺旋弹簧、蝶形弹簧、扭杆和摆杆等。

·无定中元件而有反作用元件，即带反作用室的液压定中结构。

·既有定中元件又有反作用元件的两种结构：定中弹簧加反作用柱塞结构和定中弹簧加反作用室结构。

液压助力转向装置按转向器、控制阀和转向缸三者之间的相互位置，可分为整体式和分置式两种，三者合为一体的称为整体式，否则为分置式。整体式具有结构紧凑、管路简单等优点，但自身要求承受较大的载荷，在转向桥负载很大的情况下采用这种结构，装置的尺寸需要做得很大，总体布置困难，因此一般用于转向桥负荷不很大的车辆。分置式结构简单、布置灵活、便于在原来装有机械转向装置的车辆上进行改装，目前在重型车辆上应用较广。分置式液压转向装置还可分为半分置式、联阀式和联杆式，控制阀装在转向器上的称为半分置式，控制阀装在转向缸上的称为联阀式，控制阀装在转向器和转向缸之间拉杆上的称为联杆式。

(2)典型结构及工作原理

目前国内常见的液压动力转向装置的结构有轴向滑阀式、切向滑阀式和转阀式。

图31．3－4所示是轴向滑阀常流式液压助力转向装置。该装置的转向器部分由转向螺杆11和转向螺母12组成，转向螺杆与控制阀阀芯7同轴，滑阀的台肩和阀体9的沉割槽之间形成中位负重叠窗口。

图31．3－4 轴向滑阀常流式液压助力转向装置

1－油箱；2－滤油器；3－油泵；4－恒流阀；5－单向阀；6－安全阀；7－阀芯；8－反作用柱塞；9－阀体；10－定中弹簧；11－转向螺杆；12－转向螺母；13－直拉杆；14－转向垂臂；15－转向油缸

方向盘静止时，阀芯处于中位，动力油源输出的油液经控制阀配油窗口回油箱，转向油缸15的两腔通过控制阀配油窗口与回油路沟通。

转动方向盘时，开始因转向负载的约束，转向螺母不动。方向盘在带动转向螺杆转动的同时，推动阀芯偏离中间位置，压力油经控制阀配油窗口进入转向缸的一侧，推动转向垂臂14。与此同时，转向垂臂14的上端推动转向螺母，使阀芯向中间位置移动，确保转向垂臂的摆角与转向螺杆转角成正比。方向盘停止转动后，定中弹簧10使阀芯对中，液压动力转向停止。

在转向过程中，转向缸的进油腔压力随转向负载的大小而变化，此压力传到反作用柱塞8与定中弹簧10相接触侧，因此当驾驶员转动方向盘时，除了要克服定中弹簧的阻力外，还要克服随转向负载变化的反作用柱塞阻力，从而产生“路感”。

当动力油源中断实现应急转向时，进、回油道间的压差打开单向阀5，沟通进、回油道，防止转向缸两腔吸空或困油，减少阻力。

图示液压转向装置由恒流油源供油，油源中恒流阀量孔两端的压差控制其主阀，使油源输出流量基本上不随泵转速和负载压力变化。

图31．3－5所示是切向滑阀常流式液压助力转向装置。该装置的机械部分是循环球齿条齿扇式转向器(齿条活塞与齿扇啮合部分未画出)。用轴承支承在齿条活塞2中的转向螺母7只能小幅度的转动，不能移动。弹性摆杆4的一端固定在齿条活塞上，另一端插入转向螺母外圆柱的缺口中，当螺母相对齿条活塞转动时，压迫弹性摆杆使其弯曲，弹性摆杆的弹性力使转向螺母回中。装在齿条活塞上的三位四通滑阀17，其轴线与齿条活塞轴线垂直，并且可以被固定在转向螺母上的拨销12拨动。分置于滑阀两端的反作用柱塞16与滑阀之间形成两个反作用室。

图31．3－5 切向滑阀常流式液压助力转向装置

1－转向装置壳体；2－齿条活塞；3－转向螺杆；4－弹性摆杆；5－齿扇摇臂轴；6－钢球；7－转向螺母；8－转向螺母固定盘；9－转向螺杆固定盘；10－径向止推滚珠轴承；11－端盖；12－拨销；13－安全阀；14－转向油泵；15－油箱；16－反作用柱塞；17－滑阀

方向盘静止时，滑阀处于中位，动力油源输出的油液经滑阀中位负重叠配油窗口回油箱。齿条活塞两侧通过滑阀配油窗口与回油路沟通。

转动方向盘时，开始因转向负载的约束，齿条活塞不动，转向螺母被两侧的轴承支承在齿条活塞内不能移动。方向盘带动转向螺杆和转向螺母一起转动，并通过转向螺母上的拨销拨动滑阀移向一侧，压力油进入缸一侧，推动活塞移动。另一侧的油液经滑阀回油箱。与此同时，由于齿条活塞的移动，允许弹性摆杆拨动转向螺母反向转动，使滑阀回中，确保齿扇摇臂轴与转向螺杆的随动关系。方向盘停止转动后，滑阀对中，液压动力转向终止。

在转向过程中，滑阀向某一侧移动时，该侧反作用室与高压腔接通，高压腔的压力随转向负载的大小而变化，另一侧反作用室则与低压腔接通。驾驶员转动方向盘时，除要克服弹性摆杆的弹性力外，还要克服滑阀两侧压差所造成的阻力，从而产生“路感”。

图31．3－6所示是转阀常流式液压助力转向装置。该装置的控制阀为转阀结构，转阀配油窗口中位负重叠。输入轴1与扭杆2的前端连接，与转阀3联动。扭杆反端与转向螺杆5连接，与转阀套4联动。

图31．3－6 转阀常流式液压助力转向装置

1－输入轴；2－扭杆；3－转阀；4－转阀套；5－转向螺杆；6－齿条活塞；7－齿扇摇臂轴

方向盘静止时，动力油源输出的油液经转阀回油箱。转动方向盘时，开始齿条活塞6受转向负载的约束不能移动，转向螺杆受轴承支承不能做轴向移动，因此转向螺杆、扭杆后端与转阀套不能转动，这时方向盘带动输入轴、扭杆前端和转阀转动，调节转阀配油窗口开度，使动力油进入齿条活塞的一侧，从而推动齿条活塞移动。另一侧的油液经转阀回油箱。与此同时，由于活塞的移动，允许扭杆转动转向螺杆，并带动转阀套同向旋转，使转阀套相对转阀回中。确保齿扇摇臂轴与输入轴之间的随动关系，方向盘停止转动后，扭杆使转阀套与转阀对中，液压转向停止。

通常各种液压助力转向装置都设置转向限位阀，用来防止转向缸活塞超过行程极限后，驾驶员继续转动方向盘，引起系统过载和发热。其原理是：当活塞达到行程极限时打开转向限位阀，使高低压腔连通，降低高压腔油压，使液压助力作用急剧减小。这时驾驶员手力增强，意识到活塞已达到行程终点，从而停止转向。

图31．3－7是一种装在转向装置侧盖上的提动阀式转向限位阀。图中的一对限位阀分别与液压缸左右腔相通。当齿条活塞3达到行程极限时，装在齿扇摇臂轴5端面上的凸轮6将一侧提动阀2顶起，使该侧高压腔与低压腔连通，从而使高压腔卸荷。

图31．3－7 提动阀式转向限位阀

1－转向装置壳体；2－提动阀；3－齿条活塞；4－转向螺杆；5－齿扇摇臂轴；6－凸轮

图31．3－8是一种装在转向装置壳体上的柱塞式转向限位阀，当齿条活塞达到行程极限时，限位阀柱塞4落入齿扇端面凸轮2的限位槽中，液压缸高低压腔通过限位阀连通，从而使高压腔卸荷。

图31．3－8 柱塞式转向限位阀

1－转向装置壳体；2－齿扇端面凸轮；3－限位阀阀体；4－限位阀柱塞；5－弹簧；6－钢球

图31．3－9是一种装在齿条活塞上的球阀式转向限位阀。当齿条活塞3达到左右行程极限时，转向限位螺钉7和转向螺杆4上的限位销顶开限位阀钢球2，连通高低压腔，使高压腔卸荷。

图31．3－9 球阀式转向限位阀

1－转向装置壳体；2－钢球；3－齿条活塞；4－转向螺杆；5－齿扇摇臂轴；6－弹簧；7－转向限位螺钉

(3)产品介绍

目前我国能够生产多种结构的液压助力转向装置，主要产品如下。

A．整体式液压助力转向装置

近年来我国引进了两大类整体式液压助力转向装置：美国TRW公司的转阀和德国ZF公司的切向滑阀结构的整体式液压助力转向装置。表31．3－1中列出的IPS、JL和ZDZ三个系列的产品属于前者，其结构参见图31．3－6。ZF和JN系列产品属于后者，其结构参见图31．3－5。

表31．3－1 整体液压助力转向转置的主要性能参数

B．分置式液压助力转向装置

表31．3－2中列出了半分置式液压助力转向装置的主要技术参数，其原理可参考图31．3－4，具体结构有所不同。表31．3－3中列出了联阀式液压助力转向装置的主要技术参数。图31．3－10所示为BD65型产品结构。

表31．3－2 半分置式液压助力转向装置的主要性能参数

表31．3－3 联阀式液压助力转向装置的主要性能参数

图31．3－10 BD65型联阀式液压助力转向装置