1.4　液压动力转向系统

1.4.1　液压动力转向概述

在汽车转向系统中增设动力装置后，就称为“动力转向”。

采用动力转向的目的，是使转向操纵轻便，改善响应特性。一般来说，在停车或车速较低时，转向盘的操纵很费力，随着车速增加逐渐变得轻快。因此，如果将停车或低速时的转向操纵力设计得较小，则在高速行驶时转向就会发飘。为了实现在各种行驶条件下，操纵转向盘所需的力都在最佳值，就需要采用动力转向装置。目前的动力转向装置均采用液压作动力，利用液压泵来建立液压，再经过控制阀来调节液压油的流量，根据汽车的行驶状态控制转向系统。在转向时，转向动作仍由驾驶员来完成，但作用在转向机构上的力则由动力装置提供，因而能使转向轻便省力。

动力转向装置按控制方式分，可分为机械控制式和电控式两种。机械控制式是根据车速或发动机转速来进行控制，最早采用的是在液压系统内，利用螺线管来改变油路通道面积，以此来控制动力转向系统的压力。车速传感器采用凸轮式机械传感器，采用机械控制方式的车型，如北京切诺基越野汽车的动力转向系统。电子控制式动力转向系统是根据车速、转向盘转角及转动速度和车轮侧滑量来进行控制的。由电控装置来控制液压油的流量，再由压力油控制执行机构（如电磁阀或步进电动机）进行转向动作，可以精确地控制动力转向系统压力油的流量，这是机械控制无法比拟的。目前，大多中高档轿车上均采用电子控制式动力转向系统，如日本丰田皇冠、雷克萨斯（Lexus）轿车。

电控动力转向系统是由传感器、电控单元（ECU）和激励器组成。传感器主要检测操作者的转向意图，通常采用扭杆式转角传感器，只要扭力杆转角偏离平衡位置达到4°，不管是向左或向右，传感器就可检测出来。目前有些车型上采用行星齿轮组作为传动元件，检测精度可进一步提高。

目前国产装载质量5t以上的载货汽车、自动汽车及其变型车，一般都设有转向助力装置；在轻型汽车、豪华旅行车、中高档轿车上也流行选装动力转向系统。

液压式动力转向系统是以液体的压力为动力完成转向加力动作的，工作介质多用油液，工作压力一般为8～15MPa。与气压动力转向比较，液压动力转向的工作压力高、动力缸尺寸小、结构紧凑、质量小；由于油液具有不可压缩性，所以液压式动力转向灵敏度高、系统刚性好；油液的阻尼作用可以吸收路面冲击；助力装置也无需润滑。缺点是结构复杂，对加工精度和密封要求高等。

液压式动力转向系统按液流的形式分为常流式和常压式两种。

常流式是指汽车在行驶中转向盘保持不动，控制阀中的滑阀在中间位置时油路保持畅通，即油液从油罐吸入液压泵，又被液压泵排出，经控制阀回到油罐，一直处于常流状态。液压泵空转时，动力缸的两腔都与回油路相通，只有当驾驶员转动转向盘时，控制阀中的滑阀才移动，关闭了常流油路，液压泵排出的油液经控制阀进入动力缸的一腔，在地面转向阻力的作用下产生压力，推动动力缸活塞起助力作用。这种形式的动力转向系统机构相对简单，液压泵常处在不工作状态，所以它的寿命较长、消耗的功率也小，在国内外的应用比较广泛。目前，国产和进口的大部分汽车都采用常流式转向系统，如图1-88所示。

常压式是指汽车行驶中，无论转向盘转动或不转动，整个液压系统一直保持高压。

通常用蓄能器保持压力，控制阀是常闭的。平时液压泵工作以提高蓄能器的压力，达到最大工作压力后，液压泵自动卸载而空转。当驾驶员转动转向盘通过转向摇臂带动控制阀中的滑阀移动时，高压油便立即进入动力缸的一腔，推动动力缸活塞起加力作用。与常流式相比，常压式液压元件多，结构复杂；蓄能器是用氮气作工作介质的，增加了充氮的工序；对系统的密封要求更高；液压泵的磨损较大，降低了液压泵使用寿命；由于转向时不论转向阻力大还是小，使用压力总是等于蓄能器的压力，所以在转向阻力较小时，消耗的功率也较大。由于这些问题的存在，限制了它的使用，目前常压式转向系统应用较少。

液压动力转向系统按控制阀形式分为滑阀式和转阀式两种。

按动力缸、控制阀和转向器的相互位置可分为整体式和分置式两种。动力缸、控制阀与转向器合为一体的为整体式，动力缸和转向器分开布置的为分置式。

按控制阀的位置分为三种形式，控制阀装在转向器上的为半整体式，控制阀装在动力缸上的为联阀式，控制阀装在转向器和动力缸之间的拉杆上的为联杆式。

整体式动力转向系统结构紧凑、管路少、支架小、质量小、易于布置，因而在部分重型汽车、中型汽车和绝大多数高级轿车上得到应用。它的缺点是不能用于吨位较大的重型汽车上，目前使用的整体式动力转向系统前轴负荷要小于或等于8t。

分置式动力转向系统结构简单，可以分开布置，根据不同车型的需要将控制阀灵活地布置在转向器、动力缸或拉杆上。另外，可以选用现有的转向器，加装控制阀、动力缸及液压泵和管路等，组成动力转向系统。但这种系统的管路布置要比整体式复杂得多，零件的数量也增加了。然而，这种系统有一个显著的特点，即承受载荷的限制较小，特别是对超重型汽车和特种汽车，可以视需要增加动力缸的数目，增大缸径或改变动力缸的位置，以满足转向阻力矩增大的需要。

1.4.2　液压动力转向系统的组成和工作原理

（1）整体式动力转向系统

图1-88所示为整体式动力转向系统。该动力转向系统由转向油罐、转向液压泵、转向管路、整体式动力转向器组成。控制阀可以是滑阀式结构，也可以用转阀式结构，此处介绍转阀式动力转向器的工作原理。

直线行驶时转向液压泵不停地随发动机转动，由于无转向动作，控制阀处于常开的中间位置，油液通过控制阀直接回到转向油罐。

当向转向轴输入一个转向指令时，由于转向轴（阀芯）与转向螺杆经扭杆连接，转向螺杆又通过转向螺母（齿条活塞）、齿扇轴、摇臂、拉杆与车轮连在一起，而此时若地面转向阻力大，则转向螺杆以下各件不动；转向轴（阀芯）在外力作用下将克服扭杆弹性产生一个相对阀套的角位移，使转阀每个台肩一侧油路全开，另一侧全闭。这样液压泵供来的油沿被打开的油路向油缸中相应的一腔供油，充满油的一腔继续被供油，结果推动齿条活塞移动。而此时齿条活塞通过齿扇轴、摇臂、直拉杆与车轮相连，由于地面转向阻力较大，在活塞上产生阻力阻止其移动，使该腔油压升高，直到油压在活塞一侧产生的推力足够大，超过地面转向阻力在活塞上形成的阻力后活塞开始移动，通过这些中间传力件带动车轮转向。车轮转向阻力减小，在活塞上产生的阻力也会减小，工作腔油压也会相应降低，降到仍能维持车轮继续转动。此时，另一腔的油在活塞推动下沿回油路回到转向油罐。转向轴停止转动时，在扭杆弹簧恢复力和油压力的继续作用下，阀芯和阀套回到中间常开位置，液压泵供来的油不再流入任何一腔，直接回到转向油罐，直到下一次转向动作开始又重复上述过程。因此，动力转向系统是一个典型的液压随动系统，所有的工作过程都是在动态下实现的。

（2）半整体式动力转向系统

图1-89所示为半整体式动力转向系统的工作原理。该转向系统中的转向器大都是滑阀式结构。

当转向盘保持不动时，控制阀中的滑阀12在定心弹簧作用下位于阀体11的中间常开位置，如图1-89（a）所示。从转向液压泵10供来的油液经管路流入控制阀进油孔、中间台肩两侧与阀体台肩之间的缝隙，再经回油孔和回油管路流回油罐9。这时，动力缸活塞两边均与油罐相通，活塞两边无压力差，不产生移动，不起转向助力作用。

当向左转动转向盘时，如图1-89（b）所示，由于地面转向阻力较大，在转动开始时，与车轮刚性连接的转向螺母4保持不动，势必使转向螺杆3受到转向螺母4的轴向作用力，在克服定心弹簧张力之后带动滑阀12向左移动；这样就关闭了滑阀中间台肩左侧的缝隙，开大了右侧的缝隙，使转向液压泵10供来的油液通过分配阀，沿管路流入动力缸2活塞的右腔；活塞因受外界阻力作用建立起压力，并被推动左移，带动转向摇臂6摆动和带动直拉杆使车轮左转；同时，动力缸活塞左侧的油液被排出，经管路流到控制阀，再经阀体回油孔和回油管路流回油罐。同理，在转向盘向右转动时也如此。

这种形式的动力转向系统，传递“路感”的反作用室多在控制阀内。在紧急情况下液压助力装置失灵时，这种形式的动力转向系统均有构成小循环回路的装置，使得油液得以流通而不致造成阻力，以免影响强制手动转向。

（3）联阀式动力转向系统

图1-90所示为联阀式动力转向系统的工作原理，该系统的控制阀与动力缸合为一体。当转向盘1保持不动时（直线行驶或固定前轮转角），动力缸前部控制阀中的滑阀12在复位装置13中的定心弹簧作用下，位于阀体的中间常开位置，如图1-90（a）所示，油液从液压泵9供来，经过油管流入阀体11的进油孔，再经过滑阀12中间台肩与阀体台肩之间的缝隙、回油孔回油管路流回到油罐8。此时，动力缸活塞两边均与油罐8相通，活塞两边无压力差，不起转向助力作用。

向左转动转向盘时的工作情况，如图1-90（b）所示。转向盘1的转动通过转向器使摇臂5摆动，带动副拉杆7操纵动力缸前部的控制阀。由于地面阻力较大，与车轮刚性连接的动力缸前端控制阀阀体11先保持不动，而副拉杆7势必带动滑阀12克服定心弹簧的张力向左移动，关闭了滑阀中间台肩左侧的缝隙，开大了右侧的缝隙，油液经阀体上的孔道直接流进动力缸前腔，因受外界阻力的作用建立起压力，推动缸体左移，从而带动中间摇臂6摆动，通过直拉杆使车轮向左转动。同时，动力缸后腔的油液被排出，经动力缸外侧的管路回到阀体，经阀体上的回油孔和回油管路流回油罐。转向盘向右转向也是如此。

1.4.3　日本丰田凌志LS400轿车的电控液压助力转向系统

日本丰田凌志LS400轿车的电控液压助力转向系统，如图1-91所示。与传统液压助力转向系统相比较，其液压系统增加了液压反应装置和液流分配阀，而加设的电控系统则包括动力转向ECU、电磁阀和车速传感器等。

液压反应装置设置在转向齿轮的孔中，位于转阀下面（图中B—B剖面）。它由液压反力腔10、四个液压反力活塞8和控制杆9等组成。转向盘转动时，与转向轴连接的转阀阀芯5带动控制杆转动，将推动相应的两个活塞克服反力腔中的液压力而移动。

液流分配阀主要由分配阀柱塞14和分配阀弹簧15组成，分配阀柱塞上有承压锥面。壳体上有4个孔，分别连通转向油泵1、转向控制阀（即转阀）、电磁阀和液压反力腔。

电磁阀装在齿轮齿条转向器的壳体上，由电磁线圈16、电磁阀滑阀17和弹簧18等组成。空心滑阀上有阀孔和固定小孔（图1-91中未示出）。壳体上有两个孔，一个通向储油罐，一个通向液流分配阀。

当汽车直线行驶时，转阀不工作。此时管路中的油压很低，液流分配阀柱塞在其弹簧的作用下处于上极限位置（图1-91所示位置），分配阀开启。从转向油泵输出的油液经液流分配阀流入转阀，并从回油管流回储油罐，还有一部分油液经液流分配阀和电磁阀流回储油罐。整个油路畅通，动力转向系统无助力作用。此时液压反力腔中活塞背面作用的油压力很小。

当汽车转向时，转阀开始工作，转向动力缸产生辅助转向力。此时转向油泵输出的油液压力升高，在液流分配阀柱塞承压锥面上产生向下的推力，柱塞下移，关闭分配阀。这样，液流分配阀通向电磁阀和液压反力腔的油路与通向油泵和转阀的油路相隔开，液压反力腔中的油压不再随转阀中油压的增大而增大，而是根据车速通过电控系统来调节的。这时，有少量的油液通过节流孔13流进液压反力腔，使液压反力腔中的油压继续升高。

动力转向ECU 19接收车速传感器20的信号，并据此控制电磁阀线圈中的电流。当车速较高时，电磁线圈中的电流较小，空心滑阀在弹簧的作用下处于上极限位置。此时阀孔关闭，而固定小孔开启，通道截面很小，从液压反力腔经液流分配阀和电磁阀流回储油罐的油液流量很小，使液压反力腔中保持很高的油压。因此转动转向盘时转阀阀芯受到的来自于液压反力活塞的液压阻力很大，增加了驾驶员的转向操纵力，使其手感增强，获得良好的转向路感，有效地克服了高速转向“发飘”和不易掌握的缺陷，提高了高速行驶稳定性和安全性。

汽车低速转向时，动力转向ECU使通过电磁线圈中的电流变大，线圈中产生的电磁吸力克服弹簧力将空心滑阀逐渐向下拉（图1-91所示位置）。阀孔的开启截面逐渐增大，液压反力腔中的油液经液流分配阀和电磁阀流回储油罐的流量增大，腔内油压逐渐减小，作用在转阀阀芯上的液压反力减小，使扭杆能够产生较大的扭转变形，转阀开启程度加大，转向助力效果增大，保证转向轻便。

可见，电控液压助力转向系统利用电控单元根据车速调节作用在转向盘上的阻力，通过控制转向控制阀的开启程度以改变液压助力系统辅助力的大小，从而实现辅助转向力随车速而变化的动力特性。

1.4.4　大众波罗（Polo）轿车电动液压助力转向系统

上海大众2002款波罗（Polo）轿车装备了电动液压助力转向系统。它是典型的可变助力转向系统，虽然也靠液压力帮助驾驶员转向，但其液压泵（齿轮泵）是通过电动机驱动的，与发动机在机械上毫无关系，助力效果只与转向盘角速度和行驶速度有关。

图1-92所示为波罗轿车电动液压助力转向系统示意图。它主要由动力转向器1、电动液压泵总成和各种传感器组成。电动液压泵总成是由动力转向ECU 7、电动液压泵8（电动机和液压泵）、储油罐10和限压阀9等集成在一起形成的，用一个消声罩包封，利用橡胶支承弹性地悬挂在支架上，而支架安装在发动机舱左侧的车架纵梁上。

动力转向ECU接收各传感器传来的信号（包括转向盘转角变化量、车速和发动机转速等），据此控制电动机的转速，改变液压泵的供油量，从而调整动力转向器中油压和辅助转向力的大小。转向盘转角增量越大或车速越低则电动机转速越高，液压泵供油量也越大。

汽车直线行驶时，动力转向器的转阀处于中间位置，转向助力传感器2检测不到转向盘的转动。这时，动力转向ECU控制电动液压泵，使输出的油液极少，几乎是无压力地通过动力转向器经回油道流回储油罐，动力转向系统不工作。

汽车转向时，扭杆变形，转阀开始工作，使动力缸的一个油腔接通油泵，而另一个油腔则经回油道通向储油罐。同时，转向助力传感器检测到转向盘的转角变化，将信号传送给动力转向ECU。ECU根据转向盘转动和车速等信息确定并提高电动机的转速和液压泵的供油量，使油路中的油压升高，推动动力缸活塞移动实现转向助力。

根据动力转向ECU提供的供油特性，系统在低速行驶时助力作用大，驾驶员操纵轻便灵活；在高速转向时系统的助力作用减弱，驾驶员的操纵力增大，具有明显的“路感”，既保证转向操纵的舒适性和灵活性，又提高了高速行驶中转向的稳定性和安全感。

利用电动机驱动液压泵进行转向助力，故电动液压助力转向系统也被称为“混合式”动力转向系统。液压泵供油量主要是由转向盘转角变化量和车速决定的，其供油特性更符合转向系统对助力作用的实际要求。因此节省能量，并且能够获得更加理想的转向助力特性。但它在不转向时仍然存在能量损失，而且液压系统的固有缺陷仍然存在，而电动机直接助力的动力转向系统则较好地解决了这些问题。

1.4.5　汽车液压动力转向系统故障诊断与排除

（1）动力转向系统的检查

①转向油液的检查、加注和排气。将汽车停放在平坦路面上，使发动机以1000r/min转速怠速运转，来回转动转向盘数次，使动力转向油液温度达到80℃，检查转向油液是否有起泡或乳化现象。如果油液起泡或乳化，表明动力转向系统内已渗入空气或液面太低，应予以检查并放气或加注油液。

②系统液压的检查。将动力系统接上压力表（即从动力转向泵上拆下压力管，再将压力表与动力转向泵及压力管连接在一起），启动发动机，来回转动转向盘2～3次进行放气。待油液温度正常时（80℃），使转向盘在中间位置，打开开关阀，此时压力表读数应小于规定值（有的汽车规定为1030kPa）。若压力超规定值，应检查油路是否有堵塞现象。检查发动机在1000r/min和3000r/min时的压力，两者的压力差应低于500kPa。如果压力差过大，应更换转向泵。

③转向盘自由间隙的检查。将转向轮和转向盘转至直行位置，启动发动机，使发动机怠速运转，测量无负荷时的循环压力是否符合规定值，然后将转向盘中间位置做好标记，轻轻地向一侧转动转向盘直至压力升高0.1MPa，此时转向盘的转动量不得超过标准自由行程量的1/2，两侧相加不得超过标准自由行程。如果自由行程较大，应检查转向传动装置是否松旷，然后调整动力转向器的齿扇和齿条间啮合间隙。

（2）动力转向装置的调整（以北京切诺基汽车动力转向系统为例）

①调整螺塞预紧度。调整螺塞的作用是支撑短轴组件并对阀体组件和转向螺杆进行轴向定位。如果拧得过紧，将使阀体和螺杆转动困难，因而助力作用不稳。如果过松，则阀体和螺杆出现轴向窜动，因此，必须保证它对止推滚针轴承有正确的预紧度。调整步骤如下。

a.用大约27N·m的紧固力矩拧紧螺塞，然后在壳体上与螺塞端面上任一孔位置处做一标记。

b.从转向器壳体标记处往回（逆时针方向）量出4.7～6.31mm的距离并做上标记。

c.按逆时针方向拧动螺塞，使螺塞上端面上的孔对准新的标记处。

d.装上调整螺塞的锁紧螺母并上紧到115N·m（拧紧时应确保螺塞位置不变）。

e.顺时针转动短轴，直至转不动时，再将其回转1/4圈。

f.用扭力扳手测量短轴的旋转力矩，当逆时针方向缓慢转动转轴，并在扭力扳手转到处于或接近垂直位置时，记下读数，此值应在0.45～1.15N·m。如果数值过大，则应旋松调整螺塞，反之，则应拧紧调整螺塞。

②齿扇和齿条（活塞）啮合间隙的调整。此项调整应在调整螺塞预紧度之后进行。

a.将转向器侧盖上的锁紧螺母拧松，然后把摇臂轴上端的调整螺钉拧至全伸出位置，再顺时针转动1/2圈。

b.将齿条（活塞）处于中间位置，此时短轴上端外露的花键轴上铣切的平面应朝上，并和侧盖端面平行，而转向摇臂轴上的定位键槽应和调整螺钉对准。

c.顺时针拧动调整螺钉，使摇臂伸出，同时用扭力扳手测量转动力矩，在左、右45°范围内缓慢转动扭力扳手，并在扭力扳手处于垂直位置时记下最大阻力矩，其值应在2N·m以内，调好后用27N·m的转矩，紧固好锁紧螺母，然后再测量短轴的转动力矩，其值应在2N·m以内。

（3）汽车动力转向系统的故障

以载重汽车的动力转向系统故障分析为主线，见表1-12，其他汽车的动力转向系统故障分析有类似的性质。

1.4.6　BJ203　2Z2F1型汽车转向发卡故障的分析与排除

（1）故障现象

某BJ203 2Z2F1型吉普型汽车，配备液压动力转向系统。该车行驶8×104km后，转向机蜗轮轴油封喷射式漏油，遂更换了转向机总成。更换后第二天，驾驶员回厂报称“汽车行驶中向右转向时发卡，要用一点力才能越过，越过之后又会正常”。

液压动力转向机本身就很轻便灵活，刚刚换上去的转向机总成怎么会出现发卡现象呢？在原地起动发动机试验，转动转向盘，觉得有一点发卡，可能是前轮着地阻力较大，所以感觉沉重。随后，顶起两前轮试验，感觉轻便灵活，没有什么问题。最后进行行驶试验，结果与驾驶员反映的情况一样，右转弯时感觉发卡，但另一侧正常。

（2）故障诊断

液压动力转向机总成用在吉普型汽车上，都是由动力缸、分配阀和转向机组合为一体的整体式动力转向器，如图1-93所示。动力液压活塞缸的缸体即是转向器壳体，活塞即为转向蜗杆轴上的循环球一齿条齿扇，机械转向与液压动力（助力）合为一体。

液压动力转向分配阀位于转向机总成的前端，液压油的分配是由蜗杆轴上的扭力杆固定两端的阀芯和阀套相对扭转，错开一个角度实现的。扭力杆两头较粗，中段细小（韧性很好），能相对扭转一定的角度，又称为扭力弹簧；阀芯与阀套各自固定在扭力杆的两端，阀芯固定在前端（阀芯中空），阀套固定在后端，阀套与蜗杆轴为一体，阀芯（后头键轴）与转向机传动杆（十字节突元叉花键套）连接。当转向盘左右转动时，阀芯带动扭力杆旋转，扭力杆再带动阀套（蜗杆轴）旋转，由于扭力杆具有弹性，阀芯与阀套就有了一个相对的错角，阀芯比阀套多越过一定的角度，如此相切达到分配液压油的目的，如图1-94所示。转向盘向某一个方向转动时发卡，若是机械故障，应该是始终感觉沉重、发卡，而该车是卡一会过后又变正常，这就有可能是液压助力方面（进、出油孔通道受堵）存在故障，使分配阀在分配液压油时产生一个时间差，液压油进入工作缸时受阻（同时也是回油通道受堵），待分配阀越过这个阻力后，液压油又顺利进入工作缸（回油通道打开），转向机又变得轻便灵活。

（3）故障排除

查看转向机总成外表面，检查两前轮转向节主销、横直拉杆臂及球头，均正常，又调整了前束，但试车故障现象依旧，看来只有解体液压转向机总成进一步检查。分解之前先检查转向机总成，转动转向机蜗杆轴感觉很轻便，但有一点点窜动（轴向有间隙）。分解后检查各部位未发现问题（新总成件），清洗干净后按次序装复。现在重点放在窜动余隙可能发生的部位。从整个结构来看，在蜗杆轴上只有一处是轴承支承（平面向心推力球轴承），另一端是由活塞支承的。安装此轴承时很不方便，轴承调整螺塞（套装在蜗杆轴上）位于中间，安装时先将活塞（循环球一齿条齿扇）套装在蜗杆轴上，再一同放进液压动力转向机壳体中。此轴承又分为三体，外钢碗固定在液压动力转向机壳体上，内钢碗套装在蜗杆轴上，钢球是单个零散件，安装时要把单个钢球涂上黄油才能一个一个放在外钢碗上。

排放钢球时，发现钢球不能把外钢碗排满，以为故障原因找到了，便补足了钢球，然后推进内钢碗，并紧固好调整螺塞。后续工作完成后，将转向机总成安装到汽车大梁上，加注转向液压油并排放空气。先不把直拉杆球头装在转向臂上，一边左右转动转向盘，一边加注转向液压油，待转向机壳体内充满油后，先排空气，然后再将直拉杆球头安装到转向臂上。启动发动机，再次进行排气，此时发现向左侧转动转向盘时很轻松，而向右侧转动时却完全卡死了，无论怎样也转不动（回油通道完全堵塞）。

问题出在哪里呢？未分解转向机总成时，只是右侧的一个位置发卡，但不是完全卡死，现在则是完全卡死在一个位置上。从整个安装过程来看，分配阀处的向心推力球轴承的钢球排满了，蜗杆轴就会向后相应地移动一个距离，即阀与各油道口配合错位，造成只向一个油缸分油和回油，而另一个油缸的进油和回油口完全被遮盖。

将液压动力转向机总成从汽车大梁上拆卸下来，重新进行分解、清洗、安装。在排放向心推力球轴承的单个钢球时，将钢球放在最低处，且不排满（留有一定余隙），使钢球更好地落在内、外钢碗上。然后，将内钢碗推到位。在紧固调整螺塞时，旋转蜗杆轴，感觉转动自如，不发卡，没有轴向间隙。调整螺塞紧固好后，在螺塞外沿与液压动力转向机壳体之间做好保险，以防止调整螺塞在使用过程中逐渐松脱。安装完毕后试车，故障排除。

（4）故障的进一步分析

该车的故障原因是由于新更换的液压动力转向机总成在出厂时分配阀轴承处的调整螺塞未紧固到位，使内、外钢碗与钢球之间存在一定的间隙，在向右转动转向盘时产生一个向下的推力，使分配阀与转向机壳体发生相对位移，导致阀套上的各进、出油口与转向机壳体上的进、出油口错位，从而影响了液压油进入活塞缸（回油通道受阻），但进、出油孔口也不是完全堵死，待动力液压油进入工作缸（产生动力向上推动活塞）及驾驶员用力转动转向盘后（力的反作用），两力相加将蜗杆轴向上推，使进、出油口完全打开，液压动力油进入活塞缸，于是轻松地推动转向机蜗杆轴上的活塞运动。第一次安装时填满了钢球，完全暴露了故障所在，但由于对各配合尺寸不太了解，装合后才发现蜗杆轴相对移动了一个距离，蜗杆轴前端的分配阀与转向机壳体上的各进、出油口错位，完全盖住了另一侧油缸的进、出油口，造成转向盘卡死在一个位置上。有了这次的经验，确定了故障部位，第二次安装时排除了故障。在转向盘向左转动时，蜗杆轴与活塞的运动方向正好相反，相反的力推动蜗杆轴紧顶前端，使分配阀进、出油口与转向机壳体上的进、出油口相通，所以左转向时一切正常。

1.4.7　某型汽车动力转向叶片泵的故障分析与排除

液压动力汽车转向系统结构较紧凑，工作灵敏度较高，还可利用液压油的阻尼作用缓冲由地面经转向轮传至转向器的冲击、衰减由此而引起的振动，因此得到广泛的使用。转向液压泵作为动力转向系统的核心部分，它的正确使用与维护对动力转向系统的安全运行起着至关重要的作用。

（1）转向叶片泵的工作原理

如图1-95所示，当发动机带动液压泵泵轴转动时，由定子内曲面、叶片、转子，及前、后配流盘而形成的封闭体积产生变化，在吸油区体积逐渐扩大，泵吸入油液；在压油区体积逐渐缩小，泵输出油液。泵内装有流量控制阀，当泵工作时，滑阀有一定开度，使流量达到规定要求，多余的流量通过滑阀的开口溢流回泵的吸油腔内，从而使泵的输出流量达到规定要求。泵内设有安全阀，当系统压力超过泵的最高工作压力时，高压油通过泵体内的阻尼孔打开先导锥阀，使滑阀两端的压力差增大，从而使主滑阀开启。所有压力油均回到泵的吸油腔，对整个系统起到安全保护作用。

（2）常见故障及排除方法

动力转向叶片泵常出现的故障现象、故障原因及排除方法，见表1-13。

1.4.8　重型车辆全液压转向系统的故障分析与排除

在重型载重汽车中，全液压转向系统被广泛运用于转向机构。全液压转向系统使转向轻巧灵活。在实际使用过程中，液压转向系统故障率相对较高，出现故障后不易判断。因此，必须正确使用和维护全液压转向系统，减少其故障发生率。

（1）全液压流量放大转向系统工作原理

图1-96所示为某重型车辆全液压流量放大转向液压系统工作原理图。转向盘连接到转阀式全液压转向器6的操纵机构上，通过转向盘使全液压转向器6的阀芯转动，控制P1压力油以q小流量通往流量放大阀2的阀芯左侧a或右侧b，从而使流量放大阀2的阀芯向右移动或向左移动，则P2压力油以Q大流量通往转向缸1的A腔或B腔，实现装载机左右转向。

压力油P1和P2都由液压泵4供油，P1是经减压阀5减压后的低压，P1<P2；q小流量的作用仅仅是使流量放大阀2的阀芯实现左右移动，Q大流量进入左右转向缸1，使装载机完成左右转向，q≪Q，驾驶员通过转向盘操纵一个只有125mL的全液压转向器2，控制的仅仅是低压P1和小流量q，因此操纵力很小，转向十分轻便灵活。最终控制的是高压P2和大流量Q，所以被称为“小流量先导”“流量放大”转向系统。

（2）转向沉重故障现象与分析

全液压流量放大转向系统在转向操作时，是十分轻便灵活和稳定的。之所以出现转向沉重或转向不稳定的故障现象，主要是由于转向液压系统故障引起的。根据对全液压流量放大转向系统工作原理的分析，导致转向沉重或转向不稳定的原因可能包括，因为转向液压泵供油故障，造成液压油量不足；因为溢流阀故障，造成转向系统压力不足；因为转向液压系统密封性能差，有空气进入液压系统内部；因为油液污染严重，造成液压回路阻塞等。

①故障现象案例一。某重型车辆空载时转向基本正常，重载时转向沉重。

分析：空载时转向基本正常，则全液压转向系统工作基本正常，但重载时转向沉重，表明转向液压缸获得的转向压力不足，可能是溢流阀调整压力出现了问题，或者是转向液压泵在高压时泄漏增加、效率下降。

维修措施：将转向液压泵拆下维修时，发现齿轮磨损较为严重，经更换新泵后，故障排除。问题产生的原因是装载机等工程机械的工作环境较为恶劣，沙粒等易于进入泵内，造成磨损加剧。对于齿轮泵来说，在高压时容积效率（内部泄漏）相对较低，内部磨损则造成内部泄漏在高压时过大，实际输出流量小，如图1-97所示，使转向缸转向缓慢，甚至转向不动。

②故障现象案例二。某重型车辆无法转向。

分析：观察发现操纵转向盘时，转向缸无伸缩动作，无法转向，似乎没有液压油进入转向缸，同时，也观察到液压泵有吸排油发生，表明进入转向缸的液压油无压力。

维修措施：将流量放大阀拆卸后发现各部位基本正常，但溢流阀上的弹簧卡死，清洗各部件并重新安装后，转向正常。问题产生的原因是溢流阀弹簧卡死，溢流阀无法建立压力，液压泵输出的液压油经溢流阀直接泄漏到油箱，造成转向缸无法动作。

（3）注意事项

全液压转向系统在实际工作中要正确使用和正确维护。为了减少转向系统的故障，应该注意如下几点。

①定期检查转向液压油是否缺少，及时补加。

②定期清洗过滤器滤芯，防止液压油过脏或变质，并至少六个月更换一次转向液压油。

③定期检查液压系统的管接头是否有漏油现象，液压油管应尽量避开与其他部件的摩擦，以防止破损进气。

④驾驶员在转向时不要将方向“打死”，原地转向时务必要留有一定的余量，让全液压转向系统处于正常工作状态。

⑤在维修液压转向系统后安装时，要注意拧紧各连接件和管接头，但更要注意不能拧得太紧，以免因此而破坏密封，带来新的故障隐患。

1.4.9　斯太尔汽车转向沉重问题的分析与解决

某斯太尔汽车故障症状是左、右转向都很沉重，感觉像是没有助力。

造成斯太尔汽车转向沉重的原因很多，如转向系统中缺少液压油，油路中有空气，储油罐滤芯堵塞，滤网损坏将出油孔堵塞；油泵上的调压阀作用不良；助力活塞密封环或阀体上两道径向密封环槽中的密封环损坏；滑阀作用不良（间隙过大或关闭不严）；单向阀作用不良（泄油）等，都会造成转向沉重。此外，油泵压力过低，转向拉杆球头磨损，转向节主销润滑不良，也会造成转向沉重。

在仔细了解了情况后，先用千斤顶将汽车前桥支起，在两前轮离地的状态下转动转向盘，感觉与启动后转动转向盘没有什么区别，从而判断为液压助力系统故障。检查液压油缸的液压油及滤芯，油液很脏，且滤芯损坏。更换液压油和滤芯后试验，转向还是很沉重。

接下来测量转向助力油泵压力。在油泵的输出管上接一只量程为0～20MPa的压力表和一个适当的普通闸阀，启动着车5s后，压力表无压力显示，遂立即熄火，当时怀疑是转向助力油泵损坏。为了进一步判断故障，在发动机熄火20min后再次启动发动机，2s后压力表显示压力为13MPa，符合技术标准。

测试完毕后连接管路试车，此时左、右转向均轻便。发动机熄火后，拆下转向助力油泵，发现油泵内及流量调节阀、安全阀上均有杂质。

对上述部位清洗后装复试车，该车转向沉重故障排除。

从以上实例可以看出，遇到转向沉重问题时，应首先分清是机械故障还是液压故障，不要盲目拆卸一些总成部件，而应根据说明书的有关技术标准进行检测，这样可以少走弯路，快速诊断并排除故障。

1.4.10　应急泵应用于重型汽车转向液压系统

（1）重型汽车转向泵现存的问题及解决的途径

液压助力系统对重型汽车的转向性能起着越来越重要的作用，其中流量和压力为系统主要的性能指标。系统设定工作压力确定输出力，流量确定执行速度，目前国产斯太尔、黄河等重卡和部分军用特种汽车转向液压系统均由发动机带动的泵作为动力，其缺点是当汽车倒车、急拐弯、下坡拐弯等特殊工作状态，因发动机处于转速低或熄火状态，导致转向液压系统流量不足或无流量，影响转向系统正常工作。

从设计上解决该问题，应在车轮转动系上引出动力口，加双向径向柱塞泵（无论是正反转进出口都不会变），通过合流阀与发动机转向泵并联，保证系统需用流量。因国内还没有性能合适、质量可靠的双向径向柱塞泵，功能无法实现。

采用双向齿轮泵可实现液压系统应急功能，同时，合理有效地与发动机转向泵并联，控制和稳定系统流量。

（2）常用转向液压系统工作原理

汽车行驶时发动机带动液压泵3向转向液压系统提供动力，直线行驶时转向器分配阀6处于中位，系统卸载，液压油直接回油箱8。转向时，通过转向操纵系统转向器内滑阀偏离中间位置，油液经转向器分配阀5，进入转向液压缸6（执行元件），推动转向轮转动，实现汽车顺利转向（图1-98）。

（3）应急泵转向液压系统工作原理

该系统在常用转向液压系统的工作原理基础上，合理加设以车轮传动系驱动的常用双向齿轮应急泵、油桥、集流阀。双向齿轮应急泵与发动机转向泵并联，向转向液压系统提供应急动力。油桥是确定系统油液流动方向，无论应急泵旋向（汽车正常行驶或倒车）如何，油桥吸油口和压油口固定不变，保证系统正常工作。合流阀是根据发动机泵输出的油液流量来控制应急泵输出的油液与发动机泵合流或直接卸荷回油箱。

系统工作原理见图1-99，详细叙述如下。

①汽车低速转向或发动机熄火状态滑坡转向。该状态车轮向汽车行驶方向旋转，双向齿轮应急泵4随车轮的相应方向旋转工作，应急泵4的E口通过油桥6的A点和B点吸入油液后，从F口挤出，挤出油液通过油桥6的C点和D点进入合流阀。该性能是油桥6的4个单向阀的集成结构特性所定。

②汽车倒车转向。该状态车轮旋转与汽车行驶方向相反，双向齿轮应急泵4旋转方向与状态①相反，应急泵4的F口通过油桥6的A点和C点吸入油液后，从E口挤出，挤出油液通过油桥6的B点和D点进入合流阀。

③合流阀原理。车辆在正常行驶时，发动机泵3转速高，输出流量大于系统额定流量，合流阀8内部两位四通换向阀两端压差大，即p1-p2=Δp大，推动换向阀阀芯弹簧，使阀芯处于发动机泵3的工作状态，发动机泵3挤出的油液通过合流阀8、转向器分配阀10，向转向油缸11供油，使系统正常工作，双向齿轮应急泵4提供的油液通过合流阀8的卸油口直接回油箱12。车辆在低速转向、发动机熄火状态滑破转向、倒车转向、发动机泵失效等特殊工况下，发动机泵3输出流量小于系统额定流量或无流量，此时，合流阀8内部两位四通换向阀两端压差Δp小，阀芯弹簧推动阀芯，使阀芯处于“H”位，发动机泵3和双向齿轮应急泵4同时工作，汇合油通过合流阀8、转向器分配阀10，向转油缸11供油，使系统正常工作。

④其他。根据图1-99所述油桥工作特性，点G和H间的油桥方向控制原理可以用棱阀方向控制原理代替，也能实现相同的功能，具体见图1-100的双向泵方向控制原理。双向齿轮应急泵2随车轮前进方向旋转，应急泵2的E口通过单向阀6吸入油液后，从F口挤出，挤出油液通过棱阀4进入合流阀。双向齿轮应急泵2随车轮倒车方向旋转，应急泵2的F口通过单向阀5吸入油液后，从E口挤出，挤出油液通过棱阀4进入合流阀。

系统工作过程关键特性：双向齿轮应急泵是无论应急泵正反向旋转，输入输出油口对整个液压系统来说都固定不变，能满足系统要求。合流阀是根据发动机泵输出流量的大小，来控制应急泵输出流量的卸荷或进入系统。

（4）方案技术经济分析

根据汽车常用转向液压系统和油桥、棱阀、合流阀的工作原理，采用常用双向齿轮泵作为应急泵，与发动机泵并联合流，替代进口径向柱塞泵功用，解决了汽车几种特殊工况（低速转向或发动机熄火状态滑坡转向、倒车转向、发动机泵失效）的转向系统流量不足的问题。提高了系统可靠性、安全性。

国产大批量生产的斯太尔系列、黄河系列重卡和部分总重20t以下的军用特种汽车转向液压系统均可采用该设计系统。

系统在试制、生产过程简单易行，完全可以采用现有液压元件，货源充足，质量稳定。

1.4.11　助力转向系统转向液渗漏的分析及处理

液压助力转向系统主要由动力转向装置、转向操纵机构和转向传动机构3部分组成。动力转向装置包括转向泵、转向油管、转向油罐及转向器等。液压助力转向系统在开发中会遇见各类问题，如转向液的渗漏便一直是影响转向系统正常工作的难点之一。由于转向液的渗漏甚至油管的爆裂导致转向助力不足，将会给汽车正常行驶留下极大的事故隐患。

（1）转向油管

在液压助力转向系统中，转向泵一般安装在发动机上，由曲轴通过皮带驱动并向外输出转向液。转向油罐有进、出油管接头，通过油管分别与转向泵和转向器连接。

液压助力转向系统运行的液压是由转向泵产生的，转向液的量及压力是由位于转向泵内的液流控制阀调节的。发动机启动后，转向泵开始工作，转向油罐中的转向液经吸油管进入转向泵，转向液经过转向泵后，在出油口处变成高压油液，高压油液经过油管进入转向器。转向器内转向液经转向小齿轮输送到转向阀，控制阀控制液体压力并改变液流流向。液体被引向动力缸相应的一侧，并在此产生齿轮齿条推动力。而后，转向液从动力缸内流回，经回油管回到转向油罐内，某些汽车在转向器与回油管之间还会单独有一段较长金属冷却管，以起到更好的转向液冷却作用。由于转向泵出油口至转向器进油口之间的油压较高，故将转向泵与转向器之间的这段转向油管称为高压管。相反，从转向器出油口至转向泵之间的油压相对较低，故一般将此间的各类转向油管称为低压管。

（2）油管连接方式

汽车液压助力转向系统中，转向泵、转向油罐，转向器、转向油管等均由不同的连接方式连接，转向油管本身一般也由软（橡胶管）硬（金属）管连接起来，而转向液的渗漏绝大部分均出现在各类连接的接合处。

在液压助力转向系统中，高压管中连接转向泵及转向器的接头多采用两通弯接头，一般由球形接头、螺栓、垫片、O形密封圈组成，如图1-101所示。由于系统内油管的直径较小，螺栓接口的密封主要有两类，一是利用螺纹连接压紧橡胶密封圈实现密封；二是螺纹本身通过装配尺寸实现密封，其效果在很大程度上决定于螺纹的加工质量。

低压管由于压力较低，故低压管与其他零件的连接主要采用弹簧夹箍进行连接。设计时应注意使弹簧夹箍与橡胶管有足够的紧固力，连接和密封应力求简单方便、牢固可靠。

除上述系统各零件的接合处外，各转向油管本身也是渗漏的原因之一。转向油管一般由金属硬管、橡胶软管通过不同的连接方式连接而成。金属硬管与橡胶软管连接方式也有多种，常见的有缩紧套式连接口和弹簧夹箍（类似于回油管与其他零件的连接）连接两种。缩紧套式通过扣压机将缩紧套扣压在橡胶管与金属管的接合处实现软硬管的连接。

（3）转向液渗漏的统计分析

液压助力转向系统中转向油管的转向液渗漏主要有两类，一类是转向系统内各子零件接合处，另一类为各油管软硬管连接处。基于某汽车公司液压助力转向系统开发过程中转向液渗漏的试验数据，对系统内易发生渗漏的5个部位进行分类统计，分别为高压管与转向泵（转向器）接合处、高压管软硬管连接处、回油管与储液罐接合处，回油管软硬管连接处以及回油管内橡胶管本体处。试验发现，在发生的19次渗漏中，高压管与转向泵（转向器）接合处6次，占31％；高压管软硬管连接处3次，占16％；回油管与储液罐接合处4次，占21％；回油管软硬管连接处4次，占21％；回油管内橡胶管本体处2次，占11％。

（4）原因分析

经过对发生渗漏车辆的拆卸检查，发现转向液渗漏主要由以下原因引起。

①高压管与转向泵（或转向器）接合处渗漏，主要原因是在接合处的两通弯接头中，铜垫片设计硬度偏高，螺栓拧紧力矩较小，密封性减弱。

②高压管软硬管连接处渗漏的主要现象是橡胶管表面渗出油膜，但无形成油滴，其原因是金属管外表面在径向上有刮痕。从而加速了金属管和橡胶管之间液体的流动，进而在液体的作用力下使得橡胶管内表面产生相应刮痕，最终导致转向液从橡胶管最薄弱的位置发生渗漏。

③回油管与储液罐接合处渗漏，主要原因是连接零件的尺寸配合及装配过程存在问题，即回油管与储液罐接合处孔径的尺寸存在一定的偏差，使得装配时配合有间隙而导致漏油；或者装配过程中存在误差，使得孔轴不同心，导致油管回油不畅通，致使转向液渗漏。

④回油管软硬管连接处渗漏，主要原因是油管连接处质量问题，即软硬管连接处密封效果不理想，缩紧套没有足够压紧软硬油管连接处，无法实现完全密封和零泄漏。

⑤回油管内橡胶管本体处渗漏，主要原因是橡胶管编制层中有线头，导致液体在橡胶软管线头处容易发生渗漏；或橡胶管在使用过程中老化，加之转向液的腐蚀作用，造成其破裂。

（5）解决方案

根据上述原因分析，采取如下解决方案。

①高压管与转向泵（转向器）接合处渗漏，解决措施是降低垫片硬度值，增大空心螺栓拧紧力矩；或者更改密封方式，采用橡胶圈式的密封圈。

②高压管软硬管连接处渗漏，解决措施是优化金属管冷成形工艺，提高表面光洁度。

③回油管与储液罐接合处渗漏，解决措施是增大弹簧夹箍夹紧力，并进行可靠控制（推荐采用气动工具），以防止过大的夹紧使油管表面夹伤变形。

④回油管软硬管连接处渗漏，解决措施是增大缩紧套夹紧力。

⑤回油管橡胶管本体处渗漏，解决措施是对橡胶管仔细检查有无线头、断丝，与附件结构是否摩擦，检查过程中最好用手触摸，发现软管外部保护层断丝的情况及时更换软管，避免软管破裂情况发生，同时制订工艺要求，严格避免橡胶夹层中带线头或杂质；对于使用较长时间的橡胶管及时进行更换。