液壓動力轉向裝置的工作原理

09-07

上一篇文章我們了解了液壓式動力轉向裝置的組成，那么下面我們來了解一下液壓動力轉向裝置的工作原理

液壓長流滑閥式動力轉向裝置工作原理圖
汽車直線行駛時，如圖12-4所示，滑閥在復位彈簧的作用下保持在中間位置。轉向控制閥內各環槽相通，自油泵輸送出來的油液進入閥體環槽A之后，經環槽B和C分別流入動力缸的R腔和L腔，同時又經環槽D和E進入回油管道流回油罐。這時，滑閥與閥體各環槽槽肩之間的間隙大小相等，油路暢通，動力缸因左右腔油壓相等而不起加力作用。
提示：

不轉向時，轉向控制閥保持開啟。轉向動力缸活塞兩邊的工作腔都與低壓回油管路相通而不起作用，油泵負荷很小，整個系統處于低壓狀態。此處可借助動畫或教鞭指出液壓油流動路線。

汽車右轉向時，駕駛員通過轉向盤使轉向螺桿向右轉動（順時針）。開始時，轉向螺母暫時不動，具有左旋螺紋的螺桿在螺母的推動下向右軸向移動，帶動滑閥壓縮彈簧向右移動，消除左端間隙h。此時環槽C與E之間，A與B之間的油路通道被滑閥和閥體相應的槽肩封閉。而環槽A與C之間的油路通道增大，油泵送來的油液自A經C流入動力缸的L腔，成為高壓油區。R腔油液經環槽B、D及回油管流回儲油罐，動力缸的活塞右移，使轉向搖臂逆時針轉動，從而起加力作用。
提示：

此處可借助左旋螺桿和螺母（暫時不動）的相對運動演示滑閥的運動。

如果油液總是按上面的方向流動，轉向輪一直偏轉，將會出現什么后果？

所以，助力作用必須是隨轉向盤的轉動而進行，隨方向盤的停轉而減小（維持），若繼續轉動，則繼續助力。這就是所謂的“隨動”作用（轉向輪的偏轉角隨轉向盤轉角變化而變化）。隨動作用是如何實現的？

“隨動”作用的實現：

很顯然，只要轉向盤和轉向螺桿繼續轉動，加力作用就一直存在。當轉向盤轉過一定角度保持不動時，轉向螺桿作用于轉向螺母的力消失，但動力缸活塞仍繼續右移，轉向搖臂繼續逆時針方向轉動，其上端撥動轉向螺母，帶動轉向螺桿及滑閥一起向左移動，直到滑閥恢復到中間稍偏右的位置。此時L腔的油壓仍高于R腔的油壓。此壓力差在動力缸活塞上的作用力用來克服轉向輪的回正力矩，使轉向輪的偏轉角維持不動，這就是轉向的維持過程。如轉向輪進一步偏轉，則需繼續轉動轉向盤，重復上述全部過程。

松開轉向盤，如果不能自動回正，將增加駕駛員的勞動強度。所以，松開轉向盤，轉向輪及轉向盤應能自動回到直線行駛位置。
其作用原理是：松開轉向盤，滑閥在回位彈簧和反作用柱塞上的油壓的作用下回到中間位置，動力缸停止工作。轉向輪在前輪定位產生的回正力矩的作用下自動回正，通過轉向螺母帶動轉向螺桿反向轉動，使轉向盤回到直線行駛位置。如果滑閥不能回到中間位置，汽車將在行駛中自動跑偏。

想一想：如果行駛中轉向阻力增加，比如轉向輪碰到障礙物？路崖石？駕駛員卻全然不知，會導致什么后果？

所以駕駛員應能從轉向盤上感覺到轉向阻力的變化。這就是“路感”。反作用柱塞2即能起“路感”作用。
在對裝的反作用柱塞的內端，復位彈簧所在的空間，轉向過程中總是與動力缸高壓油腔相通。此油壓與轉向阻力成正比，作用在柱塞的內端。轉向時，要使滑閥移動，駕駛員作用在轉向盤上的力，不僅要克服轉向器內的摩擦阻力和復位彈簧的張力，還要克服作用在柱塞上的油液壓力。所以，轉向阻力增大，油液壓力也增大，駕駛員使于轉向盤上的力也必須增大，使駕駛員感覺到轉向阻力的變化情況。這種作用就是“路感”。

液壓長流轉閥式動力轉向裝置的工作原理
液壓長流轉閥式動力轉向裝置的工作原理如圖

液壓長流轉閥式動力轉向裝置的工作原理
1-轉向油泵；2-油管；3-閥體；4-閥芯；6-油管；7-車輪；8-轉向拉桿；9-動力缸；10-轉向搖臂；11-轉向橫拉桿

當汽車直線行駛時，轉閥處于中間位置，如圖12-6a所示。工作油液從轉向器殼體的進油孔B流到閥體13的中間油環槽中，經過其槽底的通孔進入閥體13和閥芯12之間，此時閥芯處于中間位置。進入的油液分別通過閥體和閥芯縱槽和槽肩形成的兩邊相等的間隙，再通過閥芯的縱槽以及閥體的徑向孔流向閥體外園上、下油環槽，通過殼體油道流到動力缸的左轉向動力腔L和右轉向動力腔R。流入閥體內腔的油液在通過閥芯縱槽流向閥體上油環槽的同時，通過閥芯槽肩上的徑向油孔流到轉向螺桿和輸入軸之間的空隙中，從回油口經油管回到油罐中去，形成長流式油液循環。此時，上下腔油壓相等且很小，齒條—活塞既沒有受到轉向螺桿的軸向推力，也沒有受到上、下腔因壓力差造成的軸向推力。齒條—活塞處于中間位置，動力轉向器不工作。

汽車直線行駛時轉閥的工作情況
a) 閥芯與閥體的相對位置； b)閥芯中的油流情況
R-接右轉向動力缸；L-接左轉向動力缸；B-接轉向油泵；C-接轉向油罐（其余圖注同圖12-9）

左轉向時（右轉向與此正相反），轉動轉向盤，短軸逆時針轉動，通過下端軸銷帶動閥芯同步轉動，同時彈性扭桿也通過軸蓋、閥體上的銷子帶動閥體轉動，閥體通過缺口和銷子帶動螺桿旋轉，但由于轉向阻力的存在，促使扭桿發生彈性扭轉，造成閥體轉動角度小于閥芯的轉動角度，兩者產生相對角位移，如圖12-7b所示。造成通下腔的進油縫隙減小（或關閉），回油縫隙增大，油壓降低；上腔正相反，油壓升高，上下動力腔產生油壓差，齒條—活塞在油壓差的作用下移動，產生助力作用。

汽車左轉向時轉閥的工作情況
a)閥芯與閥體的相對位置； b)閥芯中的油流情況
R-接右轉向動力缸；L-接左轉向動力缸；B-接轉向油泵；C-接轉向油罐（其余圖注同圖12-9）

提示1：此處講解較難，關鍵要理解閥體是隨車輪的轉動才轉動，其轉動慢于閥芯，從而使兩者產生相對角位移。

2：可借助課件和動畫演示油液流動路線。
當轉向盤轉動后停在某一位置，閥體隨轉向螺桿在液力和扭桿彈力的作用下，沿轉向盤轉動方向旋轉一個角度，使之與滑閥的相對角位移量減小，上、下動力缸油壓差減小，但仍有一定的助力作用。使助力轉矩與車輪的回正力矩相平衡，車輪維持在某一轉角位置上。

總結：

多么神奇的轉向系統。在轉向過程中，若轉向盤轉動的速度快，閥體與閥芯的相對角位移量也大，上下動力腔的油壓差也相應加大，前輪偏轉的速度也加快；轉向盤轉動得慢，前輪偏轉的也慢；轉向盤轉到某一位置上不動，前輪也偏轉到某一位置上不變。此即“快轉快助，大轉大助，不轉不助”原理。
回位過程：轉向后需回正時，駕駛員放松轉向盤，閥芯在彈性扭桿作用下回到中間位置，失去了助力作用，轉向輪在回正力矩的作用下自動回位。若駕駛員同時回轉轉向盤時，轉向助力器助力，幫助車輪回正。
自動回正：當汽車直線行駛偶遇外界阻力使轉向輪發生偏轉時，阻力矩通過轉向傳動機構、轉向螺桿、螺桿與閥體的鎖定銷作用在閥體上，使之與閥芯之間產生相對角位移，動力缸上、下腔油壓不等，產生與轉向輪轉向相反的助力作用。轉向輪迅速回正，保證了汽車直線行駛的穩定性。
當液壓助力裝置失效后，失去方向控制是非常危險的，所以，一旦液壓助力裝置失效，該助力轉向器將變成機械轉向器。動力傳遞路線與齒輪齒條式機械轉向系完全一致。

小結：

動力轉向系統是由機械轉向器、轉向控制閥、轉向動力缸以及將發動機輸出的部分機械能轉換為壓力能的轉向油泵（或空氣壓縮機）、轉向儲油罐組成。其主要功能是實現“漸進隨動原理”，即快轉快助，大轉大助，不轉不助。動力轉向裝置可分為液壓式和氣壓式兩種，液壓式分為滑閥式和轉閥式兩種。