设备管理与维修技术
ＥｑｕｉｑｍｅｎｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔ＆Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
一种用于大型工程机械的全液压转向系统
任拴哲１，曹显利２
西安" ７１００６４；２．三一重工股份有限公司，长沙" ４１０１００）（１．长安大学" 工程机械学院，
摘要：针对大型工程机械转向系统，分析了丹麦ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ公司最新推出的一款ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压
转向器和ＯＳＱＡ型流量放大器的结构、工作原理和主要性能特点。并在此基础上设计了一种用于大型工
程机械的全液压转向系统，解决了大型工程机械操作困难的问题。
关键词：全液压转向器；流量放大器；转向系统中图分类号：Ｕ４１５．５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－０３３Ｘ（２００６）０２－００５９－０２
ＦｕｌｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＵｓｅｄｉｎＬａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ
ＲＥＮＳｈｕａｎ－ｚｈｅ１，ＣＡＯＸｉａｎ－ｌｉ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｃｈａｎｇ$ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ$ａｎ７１００６４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳＡＮＹＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＯＳＰＢＸＬＳｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄＯＳＯＡｆｌｏｗａｍｐｌｉｆｉｅｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓＣｏ．ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｆｌｏｗａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
０引言
种全液压转向系统。
大型工程机械转向系统是整个控制系统的主要系统之一。由于全液压转向系统具有操纵力小、结构紧凑、便于安装等诸多优点，因此在工程机械中获得了日益广泛的应用。随着工程机械的大型化，对全液压转向器的排量要求也越来越高。目前，大型工程机械采用的全液压转向器主要通过２种方式提高转向器的排量。
（１）通过增加转向器计量马达的排量和内部通道的过流面积，使转向器的输出排量得到提高。美国的
最大排ＥＡＴＯＮ公司采用此方案开发的４０系列转向器，
量可达３１５０ｍＬ／ｒ。
通过（２）采用１个小排量的转向器控制流量放大器，
对转向器输出的小流量的精确放大来获得较大的流量。丹麦的ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ采用这种方案开发的转向器代表了这一领域的最高水平，该公司的转向器可以在元件和系统两个层面上提供转向解决方案，其流量放大器最高放大倍数可达２０。
本文主要介绍ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ公司生产的ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器和ＯＳＱＡ型流量放大器配合使用的一
５９
１结构与工作原理
ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器是一种转阀式转向装置，主要由转阀和计量泵组成，其结构如图１所示。转向装置通过转向杆和车辆的方向盘联接，转动方向盘时，液压油从转向系统的泵通过转阀（阀芯和套筒）以及计量泵（齿轮组），根据方向盘转动的方向，进入油缸Ｌ或Ｒ口。计量泵调节通入转向油缸的流量，使其与方向盘转动角度成比例。ＯＳＱＡ型流量放大器内部集成有方向阀、放大阀、优先阀、先导溢流阀、缓冲阀和补油阀，其
［１］
结构如图２所示。
图１ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器结构
设备管理与维修技术
ＥｑｕｉｑｍｅｎｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔ＆ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图４
图２
ＯＳＱＡ５型流量放大器原理
ＯＳＱＡ型流量放大器转向器原理
图３是ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型排量为２００ｍＬ的转向器的工作原理，当方向盘向左转动时，转阀过渡到左位工作，同时Ｐ口的高压油经过节流后进入计量泵的右端，向负载传感口（ＬＳ）提供压力信号，计量马达的输出油液通至Ｌ口，方向盘右转时其工作原理Ｒ口与Ｔ口相通。相同。当方向盘无转向时，转阀处于中位，Ｐ口与Ｔ口之间断开，没有油液经过转向器，计量马达的两端也被截
［２］
止，
可见该转向器是一种闭心无反应（ＣＮ）型转向器。
阀和补油阀能够给转向缸提供高压缓冲和低压补油功
能。方向盘左转时，转向器向流量放大器的Ｌ口供油，该油液推动方向阀芯向右移动，油液进入放大阀右端，推动放大阀芯向左移动。该路油液经过放大阀中路折回经方向阀与ＣＬ口连通，放大阀向左移动的同时，左路逐渐连通，Ｐ口油液经放大阀左路推动下面的开关阀打开。在放大阀中路与Ｌ口油液合流通至ＣＬ口，ＣＬ口的流量等于Ｌ口流量与Ｐ口流量之和，通过控制放大阀中２路油液的通流面积，可以实现ＣＬ口流量与Ｌ口流量的比例关系。方向盘右转，当方向盘Ｒ口来油时工作原理相同。无转向时，方向阀、放大阀的各路油口全部截止，没有油液流过放大器。在转向时，优先阀向Ｐ口与ＰＰ口相通，左移动，保证转向系统用油，当转向系统不工作时，优先阀右移，油液经ＥＦ口进入其他回路。
２性能特点
ＯＳＱＡ５型流量放大器与ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器配合的输出总排量为１Ｌ／ｒ，最大流量可达２４０Ｌ／
最大转向压力２４０ＭＰａ。该系统具有很高的转向ｍｉｎ，能力，在流量较大的时候压力降仍然很低，内置的功能阀使系统结构紧凑，非常适合大型工程机械如大型叉车、装载机、卸料车、专用车辆等使用。ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器作为先导转向器，具有负载敏感特性，
也可以作为反馈信ＬＳ油液既能控制优先阀的移动量，
息参与调节变量泵的排量，提高转向系统的工作效率。
图３ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器原理
转向器向Ｌ口或Ｒ口提供油液的流量远远不能满足
转向油缸的需求，该油液需要经过流量放大器按照固定比例放大后才能满足转向油缸的需求。图４是ＯＳＱＡ５型放大倍数为５的流量放大器，该放大器不但含有方向阀和流量放大阀，还集成了优先阀、先导溢流阀、缓冲阀和补油阀，优先阀保证了转向系统的优先用油，缓冲
６０
３应用实例
图５是ＯＳＱＡ５型流量放大器与ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全
液压转向器配合使用的一种全液压转向系统原理图，
（下转第６４页）
专题讲座ＳｐｅｃｉａｌＬｅｃｔｕｒｅ
可调变矩器随着导叶的调节传动效率下降。因此，扩大可调变矩器的高效区调节范围将是可调变矩器发展的方向。这方面还存在着大量的研究工作，以及产品系列化、标准化、实用化方面的工作。具有可调变矩器的ＡＴ系统，同样需要研究对一个变化的周期负荷，让可调变矩器与机械变速器各承担多大比例的负荷调节任务才能保证车辆有最高的平均输出功率的问题。还需要研
图３０
发动机与变矩器共同工作输入特性
经济性的工作点为发动机１ｈ或１２ｈ标定功率对应的
［５，６４］
转矩外特性。因此，对具有全程式调速器的工程车辆发动机而言，在任一油门开度下使发动机在其调速特性的上部与外特性交点附近工作是一个最好的选择。显然，液力变矩器由于其固有的流体动力特性不可能做到这一点，发动机在小油门位置由于负荷配置点的降低会使性能下降，只有在全油门位置发动机才有可能发挥其良好性能。因此，研究一种可调式变矩器，通过参数的控制调节来实现其与发动机在任意转速（或至少在中高转速这一主要工作区域）下的良好匹配，以使发动机在变油门工况下实现良好的性能将具有重要意义。此外，可调变矩器还可以减少机械档位的设置数量。这一方面存在的问题是，目前研究中的导叶
究可调变矩器输入特性与发动机输出特性的适应性控
制问题。
最佳的（４）对于负荷变化剧烈的牵引式工程车辆，传动系统应该具有的性能是：
使发动机在任１）与发动机有良好的适配控制性，
一油门下均具有最高的动力性和燃料经济性。
２）传动系统有很高的传动效率和足够的调节比范围。
３）最好为无级调速方式以避免动力中断和换档冲击，或至少为工序转换时进行换档，而在同一工序中不进行换档的档位有其自动换档传动装置。显然，满足上述要求的只有可调变矩器的ＡＴ系统以及液压传动系统。
（未完待续）
［责任编辑：林荣安］
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（
上接第
６０页）
转向泵提供的油流经优先阀分别向转向器和流量放大器供油，同时控制优先阀的动作。先导转向器通过Ｌ口、通过ＣＬ口和ＣＲ口驱动２Ｒ口与流量放大器相连接，个转向缸同步工作。该系统采用定量泵供油，系统不转向时，所有的油液经ＥＦ口回油箱。ＥＦ口也可以接其他工作回路，当ＥＦ口所连接的回路与转向系统同时动作时，优先阀保证转向系统的用油。图５所示转向器的负载敏感油口只参与了优先阀的动作控制，如果转向泵采用变量泵，ＬＳ油路也可以参与转向泵的排量控制，提高整个系统的工作效率。
参考文献：
［１］姚怀新．工程机械底盘液压驱动的装置性能分析（１）［Ｊ］．筑路机械与
（６）：施工机械化，２００３，２０６０－６４．
［２］张铁．工程机械机电液一体化［Ｍ］石油大学出版社，．东营：２００１．
图５
一种全液压转向系统原理
收稿日期：２００５－０４－２９
［责任编辑：林荣安］
６４
设备管理与维修技术
ＥｑｕｉｑｍｅｎｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔ＆Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
一种用于大型工程机械的全液压转向系统
任拴哲１，曹显利２
西安" ７１００６４；２．三一重工股份有限公司，长沙" ４１０１００）（１．长安大学" 工程机械学院，
摘要：针对大型工程机械转向系统，分析了丹麦ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ公司最新推出的一款ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压
转向器和ＯＳＱＡ型流量放大器的结构、工作原理和主要性能特点。并在此基础上设计了一种用于大型工
程机械的全液压转向系统，解决了大型工程机械操作困难的问题。
关键词：全液压转向器；流量放大器；转向系统中图分类号：Ｕ４１５．５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０００－０３３Ｘ（２００６）０２－００５９－０２
ＦｕｌｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＵｓｅｄｉｎＬａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ
ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ
ＲＥＮＳｈｕａｎ－ｚｈｅ１，ＣＡＯＸｉａｎ－ｌｉ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｃｈａｎｇ$ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ$ａｎ７１００６４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳＡＮＹＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｍａｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＯＳＰＢＸＬＳｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄＯＳＯＡｆｌｏｗａｍｐｌｉｆｉｅｒｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓＣｏ．ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｌａｒｇｅｓｃａｌｅｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｕｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｆｌｏｗａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
０引言
种全液压转向系统。
大型工程机械转向系统是整个控制系统的主要系统之一。由于全液压转向系统具有操纵力小、结构紧凑、便于安装等诸多优点，因此在工程机械中获得了日益广泛的应用。随着工程机械的大型化，对全液压转向器的排量要求也越来越高。目前，大型工程机械采用的全液压转向器主要通过２种方式提高转向器的排量。
（１）通过增加转向器计量马达的排量和内部通道的过流面积，使转向器的输出排量得到提高。美国的
最大排ＥＡＴＯＮ公司采用此方案开发的４０系列转向器，
量可达３１５０ｍＬ／ｒ。
通过（２）采用１个小排量的转向器控制流量放大器，
对转向器输出的小流量的精确放大来获得较大的流量。丹麦的ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ采用这种方案开发的转向器代表了这一领域的最高水平，该公司的转向器可以在元件和系统两个层面上提供转向解决方案，其流量放大器最高放大倍数可达２０。
本文主要介绍ＳａｕｅｒＤａｎｆｏｓｓ公司生产的ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器和ＯＳＱＡ型流量放大器配合使用的一
５９
１结构与工作原理
ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器是一种转阀式转向装置，主要由转阀和计量泵组成，其结构如图１所示。转向装置通过转向杆和车辆的方向盘联接，转动方向盘时，液压油从转向系统的泵通过转阀（阀芯和套筒）以及计量泵（齿轮组），根据方向盘转动的方向，进入油缸Ｌ或Ｒ口。计量泵调节通入转向油缸的流量，使其与方向盘转动角度成比例。ＯＳＱＡ型流量放大器内部集成有方向阀、放大阀、优先阀、先导溢流阀、缓冲阀和补油阀，其
［１］
结构如图２所示。
图１ＯＳＰＢＸＬＳ型全液压转向器结构
设备管理与维修技术
ＥｑｕｉｑｍｅｎｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔ＆ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
图４
图２
ＯＳＱＡ５型流量放大器原理
ＯＳＱＡ型流量放大器转向器原理
图３是ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型排量为２００ｍＬ的转向器的工作原理，当方向盘向左转动时，转阀过渡到左位工作，同时Ｐ口的高压油经过节流后进入计量泵的右端，向负载传感口（ＬＳ）提供压力信号，计量马达的输出油液通至Ｌ口，方向盘右转时其工作原理Ｒ口与Ｔ口相通。相同。当方向盘无转向时，转阀处于中位，Ｐ口与Ｔ口之间断开，没有油液经过转向器，计量马达的两端也被截
［２］
止，
可见该转向器是一种闭心无反应（ＣＮ）型转向器。
阀和补油阀能够给转向缸提供高压缓冲和低压补油功
能。方向盘左转时，转向器向流量放大器的Ｌ口供油，该油液推动方向阀芯向右移动，油液进入放大阀右端，推动放大阀芯向左移动。该路油液经过放大阀中路折回经方向阀与ＣＬ口连通，放大阀向左移动的同时，左路逐渐连通，Ｐ口油液经放大阀左路推动下面的开关阀打开。在放大阀中路与Ｌ口油液合流通至ＣＬ口，ＣＬ口的流量等于Ｌ口流量与Ｐ口流量之和，通过控制放大阀中２路油液的通流面积，可以实现ＣＬ口流量与Ｌ口流量的比例关系。方向盘右转，当方向盘Ｒ口来油时工作原理相同。无转向时，方向阀、放大阀的各路油口全部截止，没有油液流过放大器。在转向时，优先阀向Ｐ口与ＰＰ口相通，左移动，保证转向系统用油，当转向系统不工作时，优先阀右移，油液经ＥＦ口进入其他回路。
２性能特点
ＯＳＱＡ５型流量放大器与ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器配合的输出总排量为１Ｌ／ｒ，最大流量可达２４０Ｌ／
最大转向压力２４０ＭＰａ。该系统具有很高的转向ｍｉｎ，能力，在流量较大的时候压力降仍然很低，内置的功能阀使系统结构紧凑，非常适合大型工程机械如大型叉车、装载机、卸料车、专用车辆等使用。ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器作为先导转向器，具有负载敏感特性，
也可以作为反馈信ＬＳ油液既能控制优先阀的移动量，
息参与调节变量泵的排量，提高转向系统的工作效率。
图３ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全液压转向器原理
转向器向Ｌ口或Ｒ口提供油液的流量远远不能满足
转向油缸的需求，该油液需要经过流量放大器按照固定比例放大后才能满足转向油缸的需求。图４是ＯＳＱＡ５型放大倍数为５的流量放大器，该放大器不但含有方向阀和流量放大阀，还集成了优先阀、先导溢流阀、缓冲阀和补油阀，优先阀保证了转向系统的优先用油，缓冲
６０
３应用实例
图５是ＯＳＱＡ５型流量放大器与ＯＳＰＢＸ２００ＬＳ型全
液压转向器配合使用的一种全液压转向系统原理图，
（下转第６４页）
专题讲座ＳｐｅｃｉａｌＬｅｃｔｕｒｅ
可调变矩器随着导叶的调节传动效率下降。因此，扩大可调变矩器的高效区调节范围将是可调变矩器发展的方向。这方面还存在着大量的研究工作，以及产品系列化、标准化、实用化方面的工作。具有可调变矩器的ＡＴ系统，同样需要研究对一个变化的周期负荷，让可调变矩器与机械变速器各承担多大比例的负荷调节任务才能保证车辆有最高的平均输出功率的问题。还需要研
图３０
发动机与变矩器共同工作输入特性
经济性的工作点为发动机１ｈ或１２ｈ标定功率对应的
［５，６４］
转矩外特性。因此，对具有全程式调速器的工程车辆发动机而言，在任一油门开度下使发动机在其调速特性的上部与外特性交点附近工作是一个最好的选择。显然，液力变矩器由于其固有的流体动力特性不可能做到这一点，发动机在小油门位置由于负荷配置点的降低会使性能下降，只有在全油门位置发动机才有可能发挥其良好性能。因此，研究一种可调式变矩器，通过参数的控制调节来实现其与发动机在任意转速（或至少在中高转速这一主要工作区域）下的良好匹配，以使发动机在变油门工况下实现良好的性能将具有重要意义。此外，可调变矩器还可以减少机械档位的设置数量。这一方面存在的问题是，目前研究中的导叶
究可调变矩器输入特性与发动机输出特性的适应性控
制问题。
最佳的（４）对于负荷变化剧烈的牵引式工程车辆，传动系统应该具有的性能是：
使发动机在任１）与发动机有良好的适配控制性，
一油门下均具有最高的动力性和燃料经济性。
２）传动系统有很高的传动效率和足够的调节比范围。
３）最好为无级调速方式以避免动力中断和换档冲击，或至少为工序转换时进行换档，而在同一工序中不进行换档的档位有其自动换档传动装置。显然，满足上述要求的只有可调变矩器的ＡＴ系统以及液压传动系统。
（未完待续）
［责任编辑：林荣安］
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（
上接第
６０页）
转向泵提供的油流经优先阀分别向转向器和流量放大器供油，同时控制优先阀的动作。先导转向器通过Ｌ口、通过ＣＬ口和ＣＲ口驱动２Ｒ口与流量放大器相连接，个转向缸同步工作。该系统采用定量泵供油，系统不转向时，所有的油液经ＥＦ口回油箱。ＥＦ口也可以接其他工作回路，当ＥＦ口所连接的回路与转向系统同时动作时，优先阀保证转向系统的用油。图５所示转向器的负载敏感油口只参与了优先阀的动作控制，如果转向泵采用变量泵，ＬＳ油路也可以参与转向泵的排量控制，提高整个系统的工作效率。
参考文献：
［１］姚怀新．工程机械底盘液压驱动的装置性能分析（１）［Ｊ］．筑路机械与
（６）：施工机械化，２００３，２０６０－６４．
［２］张铁．工程机械机电液一体化［Ｍ］石油大学出版社，．东营：２００１．
图５
一种全液压转向系统原理
收稿日期：２００５－０４－２９
［责任编辑：林荣安］
６４