现代化拖拉机液压转向系统研究

摘要：现代化拖拉机的标准液压转向系统，是以液压转向机为中心的带有负荷传感信号通道的负荷传感伺服控制系统，在此基础上，衍生出双计量马达转向系统和流量放大转向系统，实现了减轻驾驶员操纵力的目的，满足大流量快速转向的要求。基于详细的液压转向系统原理图和转向机结构图，分析了液压转向系统的组成和工作原理。

关键词：转向机；流量放大；拖拉机

１液压转向系统组成

液压转向系统由液压泵、转向机、转向油缸、优先阀等元件组成，是一个位置随动伺服控制系统。液压泵是系统的动力源，转向机的阀芯与方向盘相连，阀套与计量马达的转子连接构成反馈回路，组成一个闭环控制系统，通过方向盘输入的角位移，控制转向油缸的输出位移，完成转向工作，满足转向要求。转向机是液压转向系统的核心元件。

２标准液压转向系统

２．１转向机结构

标准液压转向机的结构如图１所示。转向机主要包括计量马达、配油阀、人力转向单向阀、安全阀等元件。

２．２转向系统工作原理

当方向盘不转动时，转向计量马达内的弹簧片回位，使阀芯和轴套保持在中立位置。转向油缸两腔困油。当方向盘右转时，控制阀阀芯与阀套产生相对运动，并形成一系列油的通道。油通过阀套沿阀芯上的槽孔进入计量马达壳体上的一条油道，计量马达转动并将油导入阀芯和阀套上另一组油道，通过该油道进入转向油缸。油缸另一侧的回油则直接通过滑芯和阀套的油道返回壳体上的回油道。当方向盘向左转时，压力油沿阀芯与滑套油道的流动情况与上述右转相似，但方向相反。如图２所示。当系统发生故障或失去油压，可手动操作转动方向盘使计量马达的转子转动，迫使油进入动力转向油缸。油缸的回油则流经人力转向单向阀，被吸入计量马达。动力转向时压力油在进入转向油缸，同时经过信号油道Ｓ反馈到液压泵的流量控制阀，由该阀控制液压泵输出转向系统需要的流量。

３双计量马达液压转向系统

拖拉机的双计量马达液压转向系统转向机，其结构除增加一个计量马达和液动控制阀外，与标准液压转向系统的单转子计量马达转向机基本一样。两个计量马达的进出油路为并联形式，设有液动控制阀，在动力转向时两个计量马达同时工作，排量为两个计量马达之和。在人力转向时，由其中的一个马达作计量泵使用，排量是动力转向的一半，减轻驾驶员的操纵力。如图３所示。动力转向时，压力油作用在液动阀上端使其下移动，将两个计量马达进出油路并联，同时工作。在人力转向时，无压力油作用在液动阀上端，阀芯在弹簧的作用下保持在下位，将两个计量马达进出油路断开，其中的一个（左马达）的进出油路连通，不能向外输出液压油，只有一个（右马达）向转向系统供油，实现转向操作。

４流量放大液压转向系统

４．１工作原理

流量放大液压转向系统具有标准液压转向系统的所有性能，不同之处在于，流量放大系统一部分压力油通过流量放大阀，不经计量马达，按一定比例直接进入转向油缸，增大转向油缸总流量，实现快速转向提供大排量，慢速转向提供小排量的转向要求。如图４所示。

４．２工作过程

流量放大液压转向系统中的转向机装有流量放大阀，当拖拉机行驶于田间，按照垄沟作业时，慢速转向提供较小排量；当拖拉机地头快速转向时，提供较大的排量。如图５所示。在发动机运转，方向盘不动时，转向优先阀将大部分压力油分入低压油路，在转向机阀套和阀芯的作用下，油液困在转向油缸中。在转向油泵没有输出，即发动机关闭或油泵发生故障时，流量放大阀封闭油路限制油液通过计量马达，动力转向系统为手动操作。转动方向盘使计量马达的转子转动，迫使油液进入转向油缸，在计量马达吸入侧的作用下，转向油缸的回油则流经止回阀被吸入计量马达。１．转向油泵２．发动机运转，方向盘以低于２０ｒ／ｍｉｎ的速度转动时，不会有额外的油通过放大阀，而转向助力油缸的所有油均由计量马达提供。随着方向盘转动速度增加，油液经放大阀进入计量马达，并流到转向油缸，还有部分油液不经过计量马达直接进入转向油缸，流入转向油缸的总流量与经过计量马达的流量的比例大于１，放大比为１．６～２．０。

５液压转向优先回路

拖拉机液压转向是一种应用于变量系统的具有转向优先功能的负载敏感系统，压力油经优先阀进入转向油路，多余的流量进入其他远程控制油路。优先阀的结构如图６所示。变量泵输出的液压油从优先阀端口Ｐ进入。液压油流经滑阀２，通过阀的油口Ａ和油口Ｂ供给到转向（流量控制口）和远程控制系统，液压油也进入滑阀上的节流孔３和节流孔６到阀芯两端的孔道，产生的压力差与弹簧力相平衡，使优先滑阀芯移动调节输出流量，优先供给液压转向系统。当满足液压转向系统的要求后，泵多余的油液将进入远程控制控制系统。液压转向优先回路如图７所示。优先阀保证节流口两端的压差维持在设定值，供往转向系统的流量不受影响，具有优先级。变量泵的供油首先供给转向系统，当满足转向要求时，优先阀无弹簧端压力克服弹簧力，使其移动，使液压油流向液压输出控制回路。当液压转向时，优先阀无弹簧端的压力下降。弹簧力克服泵出口压力的作用，使优先阀移动，以满足液压转向要求用油。当完成液压转向后，优先阀无弹簧端压力升高，滑阀移动，油液进入液压输出控制回路。当拖拉机配有拖车制动器时，液压油也可从优先阀供给到拖车制动器上。当液压转向速度较低，需要的液压油流量不大时，在优先满足液压转向供油的同时，向远程控制回路供油。动力转向时，压力油进入转向油缸的同时，经过信号通道反馈到变量泵的流量补偿阀，由其控制油泵油液输出给转向系统所需流量。

６小结

现代化拖拉机的液压转向系统是具有转向优先功能的变量泵控制的负荷传感系统，由优先阀优先满足转向需求。标准液压转向系统，是一个具有负荷传感功能的全液压转向系统，满足拖拉机作业的转向要求。在人力转向时，为了减轻驾驶员的操纵力，可采用双计量马达液压转向系统。在需要大流量快速转向时，可采用流量放大转向系统，实现快速转向提供大排量，慢速转向提供小排量的目的，满足拖拉机的工作要求。

参考文献：

［１］朱家琏．行走机械液压技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１５．

［２］吴清分．近期国外拖拉机的技术发展新动向［Ｊ］．拖拉机与农用运输车，２０１７，４４（１）：８－１２．

［３］肖吕才．大功率拖拉机液压系统关键技术分析［Ｊ］．农业技术与装备，２０１９（１０）：８６－８７．

［４］张举鑫，陈静芳，李浩扬，等．拖拉机用转向液压系统及其节能分析［Ｊ］．农业开发与装备，２０１９（４）：９９－１００．

作者：赵军 李霄伟 刘金雨 刘千硕 单位：黑龙江八一农垦大学工程学院