液压动力转向工作原理

1.液压常流滑阀式动力转向装置的工作原理

汽车直线行驶时，滑阀在回位弹簧的作用下保持在中间位置。转向控制阀内各环槽相通，自液压泵输送出来的油液进入阀体环槽A之后，经环槽B和C分别流入动力缸的R腔和L腔，同时又经环槽D和E进入回油管道流回油罐。这时，滑阀与阀体各环槽槽肩之间的间隙大小相等，油路通畅，动力缸因其左、右两腔油压相等而不起加力作用。液压泵泵出的油液仅需克服管道阻力流回油罐，故液压泵负荷很小，整个系统处于低油压状态，如图9-41所示。

图9-41 液压常流滑阀式动力转向装置工作原理

a）结构 b）、c）工作原理图

汽车右转向时，驾驶人通过方向盘使转向螺杆向右转动。开始时，由于转向轮的偏转阻力很大，转向螺母暂时保持不动，而具有左旋螺纹的转向螺杆却在转向螺母的轴向反作用力推动下向右轴向移动，同时带动滑阀压缩回位弹簧向右轴向移动，消除左端间隙h。此时环槽C与E之间、A与B之间的油路通道被滑阀和阀体的相应槽肩封闭；环槽A与C之间的油路通道增大，液压泵送来的油液自环槽A经C流入动力缸的L腔，形成高压油区；动力缸R腔的油液则经环槽B、D及回油管流回油罐，R腔成为低压油区。在压力差的作用下，动力缸的活塞向右移动，并通过活塞杆使转向摇臂逆时针转动，从而起转向加力作用。当这个力与驾驶人通过转向器传给摇臂的力合在一起，足以克服转向阻力时，转向螺母也就随着螺杆的转动而向左轴向移动，并通过转向直拉杆带动转向轮向右偏转。由于动力缸L腔的油压很高，而汽车转向主要靠活塞的推力，所以驾驶人作用于方向盘上的力就大大地减小了。

由此可知，动力转向装置能使转向轮的偏转角随方向盘转角的增大而增大。方向盘保持不动，转向轮的偏转角也保持不动，即具有“随动”作用。动力缸活塞上的作用力用来克服转向轮的回正力矩，使转向轮的偏转角维持不动，这就是转向的维持过程。如果转向轮进一步偏转，则需继续转动方向盘，重复上述全部过程。

松开方向盘，如果不能自动回正，将增加驾驶人的劳动强度。所以，松开方向盘，转向轮及方向盘应能自动回到直线行驶位置。

自动回正的作用原理为：松开方向盘，滑阀在回位弹簧和反作用柱塞的油压作用下回到中间位置，动力缸停止工作。转向轮在前轮定位产生的回正力矩的作用下自动回正，通过转向螺母带动转向螺杆反向转动，使方向盘回到直线行驶位置。如果滑阀不能回到中间位置，汽车将在行驶中自动跑偏。

在转向过程中，对装有反作用柱塞的内端总是与动力缸高压油腔相通，且此高压油腔的油压与转向阻力成正比，作用在柱塞的内端。转向时，要使滑阀移动，驾驶人作用在方向盘上的力不仅要克服转向器内的摩擦阻力和复位弹簧的张力，还要克服作用在柱塞上的油液压力，所以转向阻力增大，油液压力也增大，驾驶人作用于方向盘上的力也必须增大，使驾驶人感觉到转向阻力的变化情况。这种作用就是“路感”。

`2.液压常流转阀式动力转向装置的工作原理

液压常流转阀式动力转向装置的工作原理如图9-42所示。

1）当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，如图9-43所示。工作油液从转向器壳体的进油孔B流到阀体的中间油环槽中，经过其槽底的通孔进入阀体和阀芯之间。此时由于阀芯处于中间位置，进入的油液则分别通过阀体和阀芯，纵槽和槽肩形成的两边相等的间隙、阀芯的纵槽和阀体的径向孔流向阀体外圆的上、下油环槽，并通过壳体油道流到动力缸的左转向动力腔L和右转向动力腔R。流入阀体内腔的油液在通过阀芯纵槽流向阀体上油环槽的同时，通过阀芯槽肩上的径向油孔流到阀芯和输入轴之间的空隙中，从回油口经油管回到油罐中，形成常流式油液循环。此时，动力缸左、右腔油压相等且很小，齿条-活塞既没有受到转向螺杆的轴向推力，也没有受到左、右腔压力差造成的轴向推力。齿条-活塞处于中间位置，动力转向器不工作。

图9-42 液压常流转阀式动力转向装置的工作原理

图9-43　当汽车直线行驶时转阀处于中间位置

a）阀芯与阀体的相对位置　b）阀芯中的油流情况

2）左转向时，驾驶人向左转动方向盘，短轴逆时针转动，通过下端轴销带动阀芯同步转动。同时弹性扭杆也通过轴盖、阀体上的销子带动阀体转动。阀体通过缺口和销子带动螺杆旋转，但由于转向阻力的存在，促使扭杆发生弹性扭转，造成阀体转动角度小于阀芯的转动角度。两者产生相对角位移如图9-44所示，这造成通往右腔的进油缝隙减小（或关闭），回油缝隙增大，油压降低；左腔正好相反，油压升高。左、右动力腔产生油压差，齿条-活塞在压差的作用下移动，产生助力作用。

图9-44　汽车左转向时转阀的工作情(https://www.xing528.com)

a）阀芯与阀体的相对位置　b）阀芯中的油流情况 R—接右转向动力缸　L—接左转向动力缸　B—接转向液压泵　G—接转向油罐

3）当方向盘转动后停在某一位置时，阀体随转向螺杆在液压力和扭杆弹力的作用下，沿方向盘转动方向旋转一个角度，使之与滑阀的相对角位移量减小，上、下动力缸压差减小，但仍有一定的助力作用，使助力转矩与车轮的回正力矩相平衡，车轮即维持在某一转角位置上。

4）回位过程。定位销转向后需回正时，驾驶人放松方向盘，阀芯在弹性扭杆的作用下回到中间位置，失去了助力作用，转向轮在回正力矩的作用下自动回位。若驾驶人同时回转方向盘，则转向助力器助力帮助车轮回正。

5）自动回正。当汽车直线行驶偶遇外界阻力使转向轮发生偏转时，阻力矩通过转向传动机构、转向螺杆、螺杆与阀体的锁定销作用在阀体上，使之与阀芯之间产生相对角位移。这样使动力缸左、右腔油压不等，产生与转向轮转向相反的助力作用。在此力的作用下转向轮迅速回正，保证了汽车直线行驶的稳定性。

当液压助力装置失效后，汽车就失去方向控制，这种情况是非常危险的，所以，液压助力装置一旦失效，该助力转向器就将变成机械转向器。不过，此时方向盘的自由行程加大，转向沉重。

3.动力转向液压泵

动力转向液压泵是动力转向装置的动力源。转向液压泵将发动机的机械能变为驱动转向动力缸工作的液压能，再由转向动力缸输出受控制的转向力，驱动转向轮转向。转向液压泵有齿轮式转向液压泵（图9-45）、叶片式转向液压泵（图9-46）和转子式转向液压泵（图9-47）3种类型。目前最常用的是双作用叶片式转向液压泵。

图9-45 齿轮式转向液压泵

图9-46 叶片式转向液压泵

图9-47 转子式转向液压泵

双作用叶片式转向液压泵结构如图9-48所示。转子通过花键安装在液压泵驱动轴上。驱动轴的外端装有带轮，由发动机通过带驱动液压泵工作。转子上均匀地开有10个径向叶片槽，矩形叶片能在槽内径向滑动。当转子高速旋转时，由于离心力的作用，叶片的顶端会紧贴在定子的内表面上。为使叶片紧压在定子内表面上，在转子叶片槽内端设有台肩，使叶片位于槽内时，其根部始终留有一个小油腔。配油盘朝向转子的侧面上的腰形通孔和腰形槽，与各个小油腔相通，从而使压油腔内的高压油经上述孔和槽始终充满叶片槽的底部。

在转子和定子的两个侧面各有一个配油盘19和23。转子的宽度稍小于定子的宽度，以免转子卡死。两个配油盘和定子一起装在壳体内，不能相对移动或转动。配油盘与转子相对的端面上各开有对称布置的腰形槽，与进油口相连的两腰形槽为吸油口，与出油口相连的两腰形槽为压油口。定子的内侧端面轮廓近似于椭圆形，由两个不等半径的圆弧和过渡曲线组成。这样使得转子、定子、叶片和配油盘之间形成若干个封闭的工作腔，其容积随转子旋转由小变大，由大变小，如此往复变化。

双作用叶片式转向液压泵的工作原理如图9-49所示。驱动轴上压有一个带轮，并由曲轴上的带轮通过传动带驱动转向液压泵。当转子顺时针旋转时，叶片在离心力的作用下紧贴在定子的内表面上，工作容积开始由小变大，从吸油口吸进油液，而后工作容积由大变小。压缩油液时，经压油口向外供油。再转180°，又完成一次吸、压油过程。由于转子每旋转一周，每个工作腔都各自吸、压油两次，故将这种形式的叶片式转向液压泵称为双作用叶片式转向液压泵。

图9-48 双作用叶片式转向液压泵

1—壳体 2—溢流阀 3—安全阀 4—出油管接头 5、10、18、22—O形密封圈 6—节流孔 7—感压小孔 8—横向油道 9—出油道 11、20—定位销 12—配油盘压紧弹簧 13—轴承 14—驱动轴 15—骨架油封 16—卡圈 17—隔套 19—右配油盘 21—定子 23—左配油盘 24、26—环形油槽 25—滚针轴承 27—转子 28—叶片 29—定子轴向通孔 30—挡圈 31—进油腔 32—进油槽 33—螺塞 34—钢球 35—溢流阀弹簧36—安全阀弹簧37—进油道J—吸油凹槽E—压油凹槽