液压动力转向装置的工作原理

09-07

上一篇文章我们了解了液压式动力转向装置的组成，那么下面我们来了解一下液压动力转向装置的工作原理

液压长流滑阀式动力转向装置工作原理图
汽车直线行驶时，如图12-4所示，滑阀在复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，自油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，油路畅通，动力缸因左右腔油压相等而不起加力作用。
提示：

不转向时，转向控制阀保持开启。转向动力缸活塞两边的工作腔都与低压回油管路相通而不起作用，油泵负荷很小，整个系统处于低压状态。此处可借助动画或教鞭指出液压油流动路线。

汽车右转向时，驾驶员通过转向盘使转向螺杆向右转动（顺时针）。开始时，转向螺母暂时不动，具有左旋螺纹的螺杆在螺母的推动下向右轴向移动，带动滑阀压缩弹簧向右移动，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相应的槽肩封闭。而环槽A与C之间的油路通道增大，油泵送来的油液自A经C流入动力缸的L腔，成为高压油区。R腔油液经环槽B、D及回油管流回储油罐，动力缸的活塞右移，使转向摇臂逆时针转动，从而起加力作用。
提示：

此处可借助左旋螺杆和螺母（暂时不动）的相对运动演示滑阀的运动。

如果油液总是按上面的方向流动，转向轮一直偏转，将会出现什么后果？

所以，助力作用必须是随转向盘的转动而进行，随方向盘的停转而减小（维持），若继续转动，则继续助力。这就是所谓的“随动”作用（转向轮的偏转角随转向盘转角变化而变化）。随动作用是如何实现的？

“随动”作用的实现：

很显然，只要转向盘和转向螺杆继续转动，加力作用就一直存在。当转向盘转过一定角度保持不动时，转向螺杆作用于转向螺母的力消失，但动力缸活塞仍继续右移，转向摇臂继续逆时针方向转动，其上端拨动转向螺母，带动转向螺杆及滑阀一起向左移动，直到滑阀恢复到中间稍偏右的位置。此时L腔的油压仍高于R腔的油压。此压力差在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。如转向轮进一步偏转，则需继续转动转向盘，重复上述全部过程。

松开转向盘，如果不能自动回正，将增加驾驶员的劳动强度。所以，松开转向盘，转向轮及转向盘应能自动回到直线行驶位置。
其作用原理是：松开转向盘，滑阀在回位弹簧和反作用柱塞上的油压的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，使转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。

想一想：如果行驶中转向阻力增加，比如转向轮碰到障碍物？路崖石？驾驶员却全然不知，会导致什么后果？

所以驾驶员应能从转向盘上感觉到转向阻力的变化。这就是“路感”。反作用柱塞2即能起“路感”作用。
在对装的反作用柱塞的内端，复位弹簧所在的空间，转向过程中总是与动力缸高压油腔相通。此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，驾驶员作用在转向盘上的力，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，驾驶员使于转向盘上的力也必须增大，使驾驶员感觉到转向阻力的变化情况。这种作用就是“路感”。

液压长流转阀式动力转向装置的工作原理
液压长流转阀式动力转向装置的工作原理如图

液压长流转阀式动力转向装置的工作原理
1-转向油泵；2-油管；3-阀体；4-阀芯；6-油管；7-车轮；8-转向拉杆；9-动力缸；10-转向摇臂；11-转向横拉杆

当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，如图12-6a所示。工作油液从转向器壳体的进油孔B流到阀体13的中间油环槽中，经过其槽底的通孔进入阀体13和阀芯12之间，此时阀芯处于中间位置。进入的油液分别通过阀体和阀芯纵槽和槽肩形成的两边相等的间隙，再通过阀芯的纵槽以及阀体的径向孔流向阀体外园上、下油环槽，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转向螺杆和输入轴之间的空隙中，从回油口经油管回到油罐中去，形成长流式油液循环。此时，上下腔油压相等且很小，齿条—活塞既没有受到转向螺杆的轴向推力，也没有受到上、下腔因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。

汽车直线行驶时转阀的工作情况
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-接转向油泵；C-接转向油罐（其余图注同图12-9）

左转向时（右转向与此正相反），转动转向盘，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12-7b所示。造成通下腔的进油缝隙减小（或关闭），回油缝隙增大，油压降低；上腔正相反，油压升高，上下动力腔产生油压差，齿条—活塞在油压差的作用下移动，产生助力作用。

汽车左转向时转阀的工作情况
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-接转向油泵；C-接转向油罐（其余图注同图12-9）

提示1：此处讲解较难，关键要理解阀体是随车轮的转动才转动，其转动慢于阀芯，从而使两者产生相对角位移。

2：可借助课件和动画演示油液流动路线。
当转向盘转动后停在某一位置，阀体随转向螺杆在液力和扭杆弹力的作用下，沿转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、下动力缸油压差减小，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，车轮维持在某一转角位置上。

总结：

多么神奇的转向系统。在转向过程中，若转向盘转动的速度快，阀体与阀芯的相对角位移量也大，上下动力腔的油压差也相应加大，前轮偏转的速度也加快；转向盘转动得慢，前轮偏转的也慢；转向盘转到某一位置上不动，前轮也偏转到某一位置上不变。此即“快转快助，大转大助，不转不助”原理。
回位过程：转向后需回正时，驾驶员放松转向盘，阀芯在弹性扭杆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。若驾驶员同时回转转向盘时，转向助力器助力，帮助车轮回正。
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，动力缸上、下腔油压不等，产生与转向轮转向相反的助力作用。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，失去方向控制是非常危险的，所以，一旦液压助力装置失效，该助力转向器将变成机械转向器。动力传递路线与齿轮齿条式机械转向系完全一致。

小结：

动力转向系统是由机械转向器、转向控制阀、转向动力缸以及将发动机输出的部分机械能转换为压力能的转向油泵（或空气压缩机）、转向储油罐组成。其主要功能是实现“渐进随动原理”，即快转快助，大转大助，不转不助。动力转向装置可分为液压式和气压式两种，液压式分为滑阀式和转阀式两种。