全液压转向装置
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1947页（10174字）
输出端与输入端之间没有机械联系的液压动力转向装置称为全液压转向装置。
全液压转向装置具有操纵灵活省力、结构简单、总体布置方便以及动力油源中断后仍能实现人力转向等优点。
(1)分类及工作原理
全液压转向装置按控制方式通常可分为机械外反馈单路式、机械内反馈单路式、液压内反馈单路式和液压外反馈双路式等。
图31．3－11所示是机械外反馈单路式全液压转向装置。
图31．3－11 机械外反馈单路式全液压转向装置
(a)系统安装图；(b)液压原理图
1－转向器；2－机械杆系；3－转向液压缸；4－控制阀
图31．3－12所示是机械内反馈单路式全液压转向装置。
图31．3－12 机械内反馈单路式全液压转向装置
(a)系统安装图；(b)液压原理图
1－油封；2－油泵；3－溢流阀；4－滤油器；5－泵与阀总成；6－转向液压缸
图31．3－13所示是液压内反馈单路式全液压装置的液压原理图。其系统组成见图31．3－12(a)。
图31．3－13 液压内反馈单路式全液压转向装置的液压原理图
图31．3－14所示是液压外反馈双路式全液压转向装置。
图31．3－14 液压外反馈双路式全液压转向装置
(a)结构图；(b)液压原理图
1，2，3，4，5－单向阀；6－反馈缸；7－转向缸；8－控制阀；9－计量泵
按液流形式全液压转向装置可分为开心式(常流式)、闭心式(常压式)和负荷传感式三种。
开心式全液压转向装置的控制阀，中位时内部通道将进油口与回油口沟通，动力油源可通过该通道卸荷(见图31．3－11～图31．3－13)。该装置由恒流油源供油。
闭心式全液压转向装置的控制阀在中位时，封闭进油道(见图31．3－14)，该装置由恒压油源供油。
负荷传感式全液压转向装置的控制阀在中位时，封闭进油口，或者在进油口与回油口之间设置一个液阻很大的节流口，仅允许少量油液通过。转向位置时，在通向转向负载的油路中设置了一个变节流口，从该节流口两端测取压差，可用来控制优先阀或负荷传感变量泵(见图31．3－15)，使油源供油与负载要求相匹配。
图31．3－15 负荷传感全液压转向装置的液压原理图
全液压转向装置按中位时转向负载能否反作用于方向盘，可分为无反应和有反应两种形式。
无反应式全液压转向转置的控制阀，中位时封闭通往转向液压缸的油路(见图31．3－11～图31．3－15)，转向负载不能反作用于方向盘。
有反应式全液压转向装置的控制阀，中位时接通通往转向液压缸的油路，转向液压缸受转向负载作用排出的油液，经控制阀输入并推动计量马达，带动方向盘转动。图31．3－16是该装置的液压原理图。
图31．3－16 有反应式全液压转向装置的液压原理图
(2)产品介绍
A．BZZ系列全液压转向器
BZZ系列全液压转向器是我国自行设计的系列化定型产品，它可与转向液压缸组成机械内反馈全液压转向装置。该系列转向器结构简单、工作可靠、品种齐全，能与各种机能的阀块、单稳分流阀、优先阀、流量放大器和液压泵配套使用，组成各种全液压转向系统，目前已广泛地应用于联合收割机、拖拉机、装载机、叉车、轮胎式起重机等低速车辆。
(A)型号说明
BZZ * － * *
① ② ③ ④
①摆线转阀式全液压转向器
②结构代号
1——开心无反应
2——开心有反应
3——闭心无反应
5——负荷传感无反应
6——负荷传感中卸
③压力等级
D——12．5MPa(省略)
E——16MPa
④排量mL／r：见表31．3－4
表31．3－4 BZZ系列全液压转向器的主要技术参数
(B)结构及工作原理
BZZ系列全液压转向器有开心无反应(BZZ1型)、开心有反应(BZZ2型)、闭心无反应(BZZ3型)、负荷传感无反应(BZZ5型)和负荷传感中卸(BZZ6型)等五种结构型式。上述转向器的控制阀流道不同，负荷传感型转向器与其它转向器比较增设了负荷传感油口。各型转向器的其它部分相同。图31．3－17所示是各种转向器的简化职能符号。
图31．3－17 BZZ系列转向器简化职能
(a)开心无反应型；(b)开心有反应型；(c)闭心无反应型；(d)负荷传感无反应型；(e)负荷传感中卸型
BZZ系列转向器主要由转阀式控制阀和摆线计量马达两部分组成(参见图31．3－18)。控制阀由阀芯4、阀套5和阀体9等组成，其上的槽孔形成各种配油窗口，控制阀工作时，通过调节三者间的相对位置，改变配油关系，从而控制了液流方向。计量马达由转子8和定子7(摆线齿轮啮合副)组成，计量马达的转子通过联动轴6和拨销2与阀套连接。弹簧片组1装在阀芯和阀套的槽中，转向器处于中位时，其弹力使阀芯和阀套对中。设置在进、回油道间的单向阀3，动力转向时关闭，人力转向时打开，转向液压缸回油腔排出的油液经此单向阀向计量马达(此时已转为泵工况)补油。
图31．3－18 BZZ系列转向器的结构
1－弹簧片组；2－拨销；3－单向阀；4－阀芯；5－阀套；6－联动轴；7－定子；8－转子；9－阀体
下面分别介绍BZZ系列各种类型全液压转向器的结构和工作原理。
a．BZZ1型全液压转向器
方向盘静止时，该型转向器的控制阀阀芯和阀套在弹簧片的作用下处于中间位置，来自泵的油从阀芯和阀套端部两排小孔进入阀芯内腔，并经回油流道流回油箱，转向系统卸荷，见图31．3－19(a)。
图31．3－19 开心无反应型转向器的液流方向(a)中位
转动方向盘时，阀芯相对阀套转动，关小阀芯与阀套端部两排小孔间形成的中位回油窗口，使系统建立起足够的压力。压力油经串联在油路中的计量马达进入转向缸一侧，推动转向缸的活塞，同时也驱动计量马达的转子旋转。转子借助于联动轴和拨销、带动阀套，使之与阀芯同步旋转，此时各配油窗口的开度取决于方向盘的转速、泵的供油量及负载压力的大小。若方向盘连续转动，转向器以和方向盘转速成正比的流量连续地供给转向缸，推动转向负载。方向盘停止转动后，中位回油窗口全开，其它配油窗口关闭，系统卸荷。弹簧片组使阀芯和阀套越过死区，严格对中。见图31．3－19(b)。
泵供油中断时，驾驶员转动方向盘，通过阀芯、拨销和联动轴人力驱动转子转动，此时计量马达变成泵工况。计量马达排出的压力油进入缸工作腔，推动转向缸的活塞，转向缸回油腔排出的油液经单向阀返回计量马达的上游，实现人力转向，见图31．3－19(c)。
图31．3－19 开心无反应型转向器的液流方向
(b)动力转向；(c)人力转向
b．BZZ2型全液压转向器
BZZ2型开心有反应转向器和BZZ1型开心无反应转向器的区别是，中位时转向缸的两腔分别与计量马达的上、下游接通。转向缸受到负载作用后，排出的油液驱动计量马达，进而带动方向盘旋转，使驾驶员有所感觉(图31．3－20)。
图31．3－20 开心有反应转向器的液流方向
c．BZZ3型全液压转向器
BZZ3型闭心无反应转向器和BZZ1型开心无反应转向器的区别是，控制阀的阀芯和阀套的端部有两排回油小孔。因此中位时动力油不能通过转向器卸荷。
d．BZZ5型全液压转向器
BZZ5型负荷传感全液压转向器和BZZ1型转向器的区别是，阀体上增加了一个负荷传感油口(LS)，在阀芯与阀套上增设了一个液阻很大的中位节流口(C0)和负荷传感节流口(C1)。
BZZ5型转向器必须和优先阀配套使用，由定量泵、恒压变量泵或者负荷传感变量泵供油，组成各种负荷传感液压转向系统。这些系统具有良好的调节特性和明显的节能效果。下面参照图31．3－21说明其工作原理。
图31．3－21 由BZZ5型转向器组成的负荷传感液压转向系统
BZZ5型液压转向器和转向缸组成一个位置控制系统，转向缸活塞杆的位移和转向器阀芯角位移成正比。转向器的摆线马达是一个计量装置(熄火转向时起泵作用)，它把分配给转向缸的油液体积量转化为转向器阀套的角位移，阀套相对阀芯的角位移决定了配油窗口的开口面积，方向盘转速越高，相对角位移越大，配油窗口面积也越大。方向盘停止转动时，相对角位移为零，配油窗口自行关闭，实现反馈控制，回位弹簧使阀套越过死区，使阀芯对中。优先阀是一个定差减压元件，无论负载压力和泵供油量如何变化，优先阀均能维持转向器内变节流口C1两端的压差基本不变，保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速和转向器排量的乘积。
转向器处于中位时，如果发动机熄火，泵不供油，优先阀的控制弹簧把阀芯推向左位，接通CF油路。发动机启动后，优先阀分配给CF油路的油液，流经转向器内的中位节流口C0产生压降，C0两端的压力传到优先阀阀芯的两端，由此产生的液压力与弹簧力、液动力等平衡，使阀芯处于一个平衡位置，由于C0的液阻很大，只要流过很小的流量便可以产生足以推动优先阀阀芯右移的压差，进一步推动阀芯的右移，开大EF阀口，关小CF阀口，所以流过CF油路的流量很小。
转动方向盘时，转向器的阀芯与阀套之间产生相对角位移，当角位移达到某值后，中位节流口C0完全关闭，油液流经转向器的变节流口C1产生压降，C1两端的压力传到优先阀阀芯的两端，迫使阀芯寻找新的平衡位置，如果方向盘的转速提高，在变化的瞬间，流过转向器的流量小于方向盘转速与转向器排量的乘积，计量装置带动阀套的转速低于方向盘带动阀芯的转速，结果阀芯相对阀套的角位移增加，变节流口C1的开度增加，这时，只有流过更大的流量才能在C1两端产生转速变化前的压差，以便推动优先阀阀芯右移，因此优先阀内，接通CF油路的阀口开度将随方向盘转速的提高而增大，最终优先阀向转向器的供油量将等于方向盘转速和转向器排量的乘积。
转向缸达到行程终点时，如果继续转动方向盘，油液无法流向转向缸，这时负载压力迅速上升，变节流口C1两端的压差却迅速减小，当转向油路压力超过转向安全阀的调定值时，该阀开启，压力油流经节流口C2，产生压降，这个压差传到优先阀阀芯的两端，推动阀芯右移，迫使接通CF油路的阀口关小，接通EF油路的阀口开大，使转向油路的压力下降。
熄火转向时，计量装置起泵作用，输出的压力油推动转向缸活塞，缸回油腔排出的油液经转向器内的单向阀返回变节流口C1的上游。
e．BZZ6型全液压转向器
BZZ6型转向器与LF型流量放大器配套使用，该型转向器结构原理与BZZ5型全液压转向器基本相同，区别是，中位时，BZZ5型转向器封闭通液压缸的两个油口，而BZZ6型转向器在其内部将两个通缸的油口与回油口连通。
(C)性能参数、外形及连接尺寸
BZZ系列全液压转向器的主要性能参数如下：
正常工作温度：+30～+60℃
允许油温范围：－30～+90℃
正常工作粘度：17～23cst
允许粘度范围：10～300cst
滤油精度：6～40μm
最大动力转向转矩：5N·m
方向盘自由转角：2°20′～9°30′(开心式)
3°11′(闭心式和负荷传感式)
其它性能参数见表31．3－4。
BZZ系列全液压转向器的外形及连接尺寸见图31．3－22。
图31．3－22 BZZ系列全液压转向器的外形及连接尺寸
B．BZF系列和YZQ系列全液压转向器
济宁伊顿液压有限公司生产的BZF系列产品和黑龙江液压件厂生产的YZQ系列产品是将溢流阀、双向缓冲补油阀和进油口单向阀等加装在BZF系列产品的阀体之中，形成一种结构紧凑、多功能的新系列产品，其排量为80～400mL／r，最大入口压力为12．5MPa，其它性能参数以及连接尺寸与BZZ系列产品相同，可替代BZZ系列产品使用。图31．3－23是其液压原理图。
图31．3－23 BZF系列和YZQ系列产品的液压原理图
C．BZZ1F系列和TLF1系列全液压转向器
中国农机院开发的BZZ1F系列和TLF1系列产品自身具有流量放大能力和非线性转速－流量特性，因此排量大、体积小，流量特性符合驾驶员的操纵习惯。其中BZZ1F系列产品属开心无反应类型，TLF1系列产品属负荷传感无反应类型。图31．3－24是上述产品的液压原理图和简化职能符号，图中黑线部分为放大油路，表31．3－5给出了上述产品的主要性能参数。
图31．3－24 具有流量放大能力的全液压转向器液压原理图
(a)BZZ1F系列产品；(b)TLF系列产品
表31．3－5 BZZ1F和TLF1系列全液压转向器的主要性能参数
上述产品的连接尺寸与BZZ系列产品相同，BZZ1F系列产品可代替BZZ1型产品使用，TLF1系列产品可代替BZZ5型产品使用。
D．LF型流量放大器
镇江液压件总厂生产的LF型流量放大器由优先阀、方向阀和双向缓冲补油阀等组成，它和BZZ6型全液压转向器等液压元件组成负荷传感液压转向系统。
图31．3－25是该产品的液压原理图和液压转向系统图。
图31．3－25 LF型流量放大器的液压原理图以及组成的液压转向系统图
(a)LF型流量放大器液压原理图；(b)液压转向系统图
图31．3－26是该产品的外形及连接尺寸图，表31．3－6给出了该产品的主要性能参数。
图31．3－26 LF型流量放大器外型及连接尺寸
表31．3－6 LF型流量放大器的主要性能参数
E．全液压转向器的配套液压元件
(A)FK系列阀块
FK系列阀块是为BZZ系列、BZZ1F系列和TLF1系列全液压转向器配套的多功能集成的液压元件，可以直接安装在上述产品的阀体法兰上。该系列产品有五种基本型号。
(a)型号说明
FK * * － * * － *
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
①阀块
②阀块功能
A——块中含单向阀、溢流阀、双向缓冲阀、双向补油阀
B——块中含单向阀、双向缓冲阀、双向补油阀
C——块中含单向阀，溢流阀和双向缓冲阀
D——块中含单向阀、双向缓冲阀
E——块中含单向阀、溢流阀
③阀块型式
方形——不标
T形——2
④溢流阀最高调定压力MPa
C——6．3
D——10
E——16
⑤公称流量L／min
⑥双向缓冲阀调定压力MPa
(b)工作原理
阀块液压工作原理见图31．3－27。
图31．3－27 FK系列阀块的液压原理图
(a)FKA型阀块；(b)FKB型阀块；(c)FKC型阀块；(d)FKD型阀块；(e)FKE型阀块
(c)性能参数
FK系列阀块主要性能参数见表31．3－7。
表31．3－7 FK系列阀块的主要性能参数
(d)外形尺寸及连接尺寸
见图31．3－28。
图31．3－28 FK系列阀块的外型及连接尺寸
(a)方型阀块；(b)T型阀块
(B)FLD型单稳分流阀
FLD型单稳分流阀是为开心式全液压转向器提供恒定流量的液压元件，它分为恒流型和分流型两种结构，前者的功能是，当油泵供油量变化时，优先保证供给转向系统恒定流量，剩余部分直接回油箱，后者的剩余流量可供给工作系统，内含安全阀的回油接油箱。图31．3－29是其液压原理图。图31．3－30是其外型及连接尺寸图，表31．3－8给出了主要性能参数。
图31．3－29 FLD型单稳分流阀的液压原理图
(a)恒流型；(b)分流型
图31．3－30 FLD型单稳分流阀的外型及连接尺寸
表31．3－8 FLD系列单稳分流阀的主要性能参数
(C)IWFL型单稳分流阀
IWFL型单稳分流阀的功能和用途与FLD型产品相同，但仅有分流型。
图31．3－31是其外形及连接尺寸，表31．3－9给出了其主要性能参数。
图31．3－31 IWFL型单稳分流阀的外形及连接尺寸
表31．3－9 1WFL系列单稳分流阀的主要性能参数
(D)YXL型优先阀
YXL型优先阀可与BZZ5型转向器组成负荷传感液压转向系统。YXL型优先阀分内控与外控两种控制方式，前者仅一根控制油管，而后者则需用两根，因此，通常选用内控形式，当转向流量较大或从优先阀到转向器的距离较远时，建议选用外控形式，以便获得较快的动态响应和较大的方向盘最高转速。YXL型优先阀有三种控制压力，较小的控制压力有利于减少系统的压力损失，较高的控制压力有利于加快动态响应和获得较大的方向盘最高转速。
图31．3－32是两种控制方式的优先阀的液压原理图。图31．3－33是其外形及连接尺寸。表31．3－10给出了其主要性能参数。
图31．3－32 优先阀液压原理图
(a)内控型；(b)外控型
图31．3－33 优先阀的外型及连接尺寸
表31．3－10 优先阀的主要性能参数
