第一作者简介： 焦文瑞（1972-），男，山西忻州人，高级工程师，博士，研究方向为摆线针轮啮合副啮合理论和全液压转向器，就职于镇江液压股份有限公司。 基金项目： 江苏省“333高层次人才培养工程”项目，（2016）Ⅲ-0795号。 摘 要： 介绍了跨国公司和国内在全液压转向器的新技术原理和使用性能，指出当前全液压转向器新技术适用范围、技术上优缺点和发展应用情况与前景。 关键词： 流量放大；快速转向；双速；广角；阻尼减振
1921年美国学者Myron F.Hill对摆线针轮啮合副[1-2]
传统的全液压转向器液压油从P口进入，经过阀芯套配油，摆线副计量，进入油缸，如图1所示。
流量放大原理如图2所示，液压油从P口进入，一路通过阀套上的进油口④、摆线副、阀芯上的轴向槽①进入油缸；流量放大就是再引出一路，通过阀套上的流量放大口③及阀芯上的放大轴向槽②、不经过摆线副计量，直接进入阀芯上的轴向槽①进入油缸。流量放大比为进入油缸的总流量与计量流量之比。这样做的独特优势是可以有效降低摆线副的排量，而摆线副的排量由其长度决定。摆线副采用400mL/r排量，流量放大2.5倍，可等同于1000mL/r排量，全液压转向器总长度可缩短1/3，长度方向缩减最为明显，还有材料上成本减少，可见流量放大思路是比较新颖的。流量放大还可实现大排量的人力转向，1000mL/r排量的转向器人力转向需要扭矩太大，已经失去了人力转向的功能，将摆线副缩小到400mL/r后，人力转向也得到恢复，保证了全液压转向的安全性。
流量放大转向器转向特性曲线图3a、图3b所示，流量放大比随着转速提高，逐渐增大到设计值，转速再增加，放大比恒定。由于流量放大逐渐增加，转向圈数由多减少，流量放大到设计值，圈数变为恒定。需要指出的是由于增加了流量放大环节，方向盘转速与流量在低速状态下不再成线性关系，直至流量放大比达到设计值，才恢复线性关系，如图3c所示，这也是增加流量放大功能带来的方向盘操作的不同。
传统的全液压转向器如果采用一个双作用单活塞杆作为转向液压缸，会导致方向盘左右转向圈数不同，这个问题可在流量放大转向器中通过设计左右流量放大口直径尺寸不同巧妙地加以解决。 Eaton公司（2020年1月21日Danfoss收购Eaton）20世纪90年代初首先在25系列产品上推出流量放大转向器，称之为Q /Amp技术，随后在10、20、40系列[3] [4] 在全液压转向的很多工况中，需要提高转向的效率，例如，在装载机铲运物料到运输车上，动作机械重复，正常转向，则消耗大量时间，驾驶也容易疲劳。Eaton公司因此研发出快速转向技术[3] [3]
在全液压转向的很多工况中，需要提高转向效率，快速转向技术是一种设计思路，还有另外一种设计思路即通过两套摆线副来实现[3]
铰接式车辆转向时，全液压转向器阀芯相对阀套有一个自由转角。自由转角小，阀芯和阀套各环节的开度小，流速高，液压油供应突然，转向灵敏，容易引起转向机构的冲击振动，驾驶员操作容易疲劳。为了解决这个问题，如图6所示，将转向器广泛采用片式弹簧改为圆柱螺旋扭转弹簧[3] [3]
此技术带来问题是转向灵敏度下降，如图8所示转向达到稳定流量增加了125ms。但是由于时间增加在毫秒级，驾驶员感觉不到。
铰接式车辆转向时，全液压转向器刚开始转向时，流速高，液压油供应突然，容易引起转向机构的冲击振动，解决此类问题另外一个思路[3]
图9 阻尼减振原理
阻尼减振技术在转向器中具体实现结构如图10a所示，当转向器处于中位状态时，阀套上的右转向油口①与阀芯上的右阻尼槽②对应，阀套上的阻尼孔组③与阀芯上的回油槽④对应，阀套上的左转向油口⑤与阀芯上的左阻尼槽⑥对应。当转向器右转一定角度时，如图10b所示，阀套上的右转向油口①充满压力油，通过阀芯上的右阻尼槽②、阀套上的阻尼孔组③的阻尼孔与阀芯上的回油槽④相通，一部分压力油直接回油箱。当右转较大角度时，如图10c所示，阀套上的右转向油口①与阀芯上的右阻尼槽②切断，转向器流量全部进入液压缸，左转和右转情况相同。由上述可知，阻尼减振油路只是在刚开始转向时有一小部分高压油卸载，转向到位后，流量趋于平稳，阻尼油路关闭。此技术在Eaton10、20、25、40系列产品[3]
图10 阻尼减振油路结构
如图11所示，使用阻尼减振技术有效降低了转向开始时压力波动，减振效果显著。
全液压转向由于液压元件的内泄漏，方向盘在油缸到达终点位置时会有滑移，这是与机械结构转向器不同的地方，全液压转向器性能要求在到达终点位置，方向盘终点扭矩稍大为好，给驾驶员信号明显。为了减少摆线副内泄漏，传统的办法是在摆线副和后盖之间加滑板或滑环[5]
改进的思路[6]
全液压转向器流量放大、快速转向和双速转向技术都是在提高转向速度。快速转向要比双速转向和流量放大有更大的转向速度，更适合在不复杂机械重复转向工况中，但是需要开关进行切换，有一个适应的过程。双速转向技术流量自始至终经计量摆线副，转速和流量始终是正比例关系，更符合驾驶习惯。
全液压转向器广角转向和阻尼减振都是解决转向流量冲击振动问题，广角转向是在加大阀芯套开度角上解决，阻尼减振则是引小部分高压油卸载实现，起到异曲同工作用。广角转向阀芯套等零件设计变化大，阻尼减振可方便应用于快速转向和流量放大转向器，只是白白浪费一小部分能量。
高终点扭矩技术实质是解决液压传动原理性缺点，思路比较巧妙。提高转向器终点扭矩也可以通过控制零件间隙来实现。
国内已研发出上述若干新技术，但目前在这方面与跨国公司相比仍处于中低端水平。因此要向液压强国发展，这些技术都是可以突破的方向。
参考文献
[1] 焦文瑞.液压摆线针轮啮合副关键技术的研究[D].上海：同济大学，2010.[2] Armstrong Brian S. R., Yuan Qinghui. Multi-Level Control of Hydraulic Gerotor Motors and Pumps[R]. Minneapolis: IEEE 2006 American Control Conference, 2006.[3] EATON公司.EATON转向系统产品样本[EB/OL].[2020-08-17]. https://www.eaton.com/us/en-us/products/steering-systems.html.[4] DANFOSS公司.DANFOSS转向器产品样本[EB/OL].[2020-08-17].https://www.danfoss.com /en/products/steering/?sort=default_sort .[5] M.Y.低スリップ SCU (プラグド•スター型設計)[Z].東京：EJ社，2017.[6] M.Y.チャージ•プラグド型低スリップSCUの構造と作動原理[Z].東京：EJ社，2017.
原文始发于微信公众号（液压气动与密封）：全液压转向器的新技术
本文来自液压气动与密封 ，本文观点不代表iHydrostatics静液压立场。
