一种全液压伺服转向系统教学台架技术领域
本发明涉及一种应用于工程机械和重型汽车转向系统教学的全液压伺服转向系统教
学台架。
背景技术
液压动力转向装置可分为液压助力型和全液压型两种，前者主要应用于轿车类轻型车
辆，后者主要应用于工程类重型车辆。二者的区别在于输入端与输出端之间的连接关系：
有机械联系的叫做液压助力型，没有机械连接的叫做全液压型。在转向系统的教学实践中，
目前市面上和课堂上只存在有针对轿车类轻型转向系统的教学台架，尚未出现针对工程机
类机械及重型汽车的相应产品。
并且，由于现有的转向系统教学台架结构简单，只配套有简单的纸质使用操作说明书，
不能全真模拟转向系统的运行和维护，对于转向系统教学中的难点，比如液压转向阀的内
部结构、装配关系、配流原理以及错误装配后可能产生的后果等等，这种台架既不能供学
生实际演练和上机操作，也不能直接应用于教学活动，使学生对液压转向阀的结构和功能
有一个透彻的了解——对于如何开展有效的教学，还需要教师进行二次开发。
发明内容
本发明的目的之一在于填补液压转向系统教学领域的市场空白，提供一种全液压伺服
转向系统教学台架，该台架以工程机械或重型汽车中全液压伺服转向系统的结构和原理为
基础，具体而微，通过全真模拟工业上全液压伺服转向系统结构和原理尤其是液压转向器
的结构和原理以及在台架上进行系统维护、故障排除等多种实训项目，可以允许教师以多
种教学模式示教，解决了现有转向系统教学不能实现理论和实践一体化教学以及对重点、
难点的讲解不够充分的问题。所采用的技术方案为：
一种全液压伺服转向系统教学台架，其特征在于：该全液压伺服转向系统教学台架包
括架体、用于支撑和移动架体的若干个车轮及设置于架体上的全液压伺服转向系统；所述
全液压伺服转向系统可以接受转向力的输入并实现液压力的输出；所述全液压伺服转向系
统包括油箱、电机、液压泵、液压转向器、转向盘、转向轴以及至少一个液压缸；油箱用
于存储液压油；液压泵用于实现液压油的输送；电机用于驱动液压泵；液压缸用于输出液
压力；转向轴的一端固定连接到液压转向器，另一端固定连接到转向盘；液压转向器包括
液压转向阀、计量马达和人力转向时可以与计量马达构成回路的单向阀，计量马达用于液
压油的计量及人力转向时驱动液压缸；液压转向阀用于根据转向盘的旋转为液压油配置不
同的油路，以使液压油被输送至液压缸的不同腔体以及构成回油油路。
进一步地，液压转向阀包括阀体、装配在阀体内的阀套以及装配在阀套内的阀芯；计
量马达包括转子和设置在转子外部的定子；阀体和计量马达之间设置有配油孔盘；液压转
向器还包括花键连接轴，花键连接轴的一端通过花键连接到计量马达的转子，另一端通过
拔销连接到阀芯和阀套；阀芯和阀套间通过弹簧片进行定位；转向轴固定连接在阀芯上。
进一步地，本发明提供的全液压伺服转向系统教学台架只包括一只液压缸，液压转向
阀上设置有油箱管道接口、液压泵管道接口、液压缸有杆腔接口和液压缸无杆腔接口，油
箱管道接口用于建立液压转向阀至油箱的油路，液压泵管道接口用于建立液压泵至液压转
向阀的油路，液压缸有杆腔接口用于连接到液压缸有杆腔的进液口，液压缸无杆腔接口用
于连接到液压缸无杆腔的进液口；或者，本发明提出全液压伺服转向系统教学台架也可以
包括两只液压缸，液压转向阀上设置有油箱管道接口、液压泵管道接口、第一液压接口和
第二液压接口，油箱管道接口用于建立液压转向阀和油箱之间的油路，液压泵管道接口用
于建立液压转向阀和液压泵之间的油路，第一液压接口用于连接到第一液压缸的有杆腔和
第二液压缸的无杆腔，第二液压接口用于连接到第一液压缸的无杆腔和第二液压缸的有杆
腔。
进一步地，本发明提供的全液压伺服转向系统教学台架还包括转向机构和转向节；车
轮中的转向轮通过转向节连接在架体上；转向机构同时连接到转向节和液压缸的活塞杆上；
液压缸通过推拉该转向机构实现架体的转向。更进一步地，转向机构为转向梯形，其包括
两个梯形臂和一个横拉杆，横拉杆的两端分别铰接至两个梯形臂中每个梯形臂的其中一端，
两个梯形臂的另一端分别连接至转向轮的转向节；并且，梯形臂中至少一个连接在液压缸
的活塞杆上；或者，转向机构为一支转向臂，该转向臂同时连接至液压缸和转向轮的转向
节上，液压缸通过推拉该转向臂实现转向轮的转向。
进一步地，本发明提出的全液压伺服转向系统教学台架还可以在液压泵至液压转向阀
之间的油路上设置单向阀，该单向阀可以防止油液倒流而使车轮偏转以及保护液压泵不受
冲击。
进一步地，本发明提出的全液压伺服转向系统教学台架还可以在送油路和回油路之间
设置溢流阀或安全阀，当通过油路的油压超过所设定的压力时,溢流阀或安全阀就在压力
的作用下开启回路排油卸压,以限制系统的最高工作压力，保护系统安全。
进一步地，本发明提出的全液压伺服转向系统教学台架还可以在液压缸和液压转向阀
以及油箱之间的管道上设置双向缓冲阀，以防止车轮受到意外冲击时，由于油压的突然升
高而造成的系统损坏。
进一步地，本发明提供的全液压伺服转向系统教学台架还包括组合阀块，该组合阀块
紧固在液压转向阀上，其上集成有前述设置在液压泵至液压转向阀之间的单向阀、设置在
送油路和回油路之间的溢流阀或安全阀以及设置在液压缸和液压转向阀以及油箱之间的
双向缓冲阀。
本发明的有益效果为：
本发明提供的全液压伺服转向系统教学台架，以工程机械与重型汽车的全液压伺服转
向系统为蓝本，具体而微，通过全真模拟工业上全液压伺服转向系统的结构和原理，尤其
是液压转向器的结构和原理，以及在台架上进行系统维护和故障排除等多种实训项目，可
以允许教师设置多种教学模式并从多个角度进行示教，并能结合液压转向阀的3D仿真设
计及CAD装配关系剖面图对教学中的难点进行充分、细致的讲解，填补了教学台架领域的
市场空白，避免了汽车维修类职业教育“轻”重型、“重”轻型的缺憾，丰富了教具产品
类型，提高了教学质量，并使得教师在进行转向系统教学台架的购置时可以有更多的选型。
以下结合说明书附图和具体实施例对本新型的技术方案进行详细阐述。
附图说明
图1：本发明优选实施例1的系统总成图；
图2：优选实施例1液压转向器结构示意图；
图3：优选实施例1中的油箱液位计和电机开关示意图；
图4：图4中A向视图；
图5：包括转向机构的实施例；
图6：优选实施2系统构成图。
其中：1-液压缸；2-叶片泵；3-压力表；4-油箱；41：油位器；42：油箱开关；5-电
机；51-电机开关；6-液压转向器；61-液压转向阀；611-液压泵管道接口；612-油箱管道
接口；613-液压缸无杆腔接口；614-液压缸有杆腔接口；615-阀体；阀套-616；阀芯-617；
618-花键连接轴；619-单向阀；62-计量马达；621-转子；622-定子；63-配油孔盘；64-
拔销；65-弹簧片；7-架体；8-车轮；9-转向轴；10-转向盘；11-转向机构；111：转向机
构的横拉杆；112：转向机构的梯形臂。
101-液压缸；20-叶片泵；40-油箱；60-液压转向器；601-液压转向阀；6011-液压泵
管道接口；6012-油箱管道接口；6013-第一液压接口；6014-第二液压接口；602-计量马
达；90-转向轴；100-转向盘；120-缓冲阀；140-单向阀；150-单向阀；160-安全阀。
具体实施方式
首先对本发明公开的各种全液压伺服转向系统教学台架进行详细介绍，然后统一对教
学台架的应用进行说明。
优选实施例一
优选实施例一公开一种专为各大中专职业院校设计的全液压伺服转向系统教学台架，
可用于各职业院校工程机械等相关专业液压课程中全液压转向系统的示范教学，便于让学
生掌握全液压转向系统的组成、各总成部件的结构原理、液压系统的管路连接、系统调试、
故障排除等专业技能，直观性好、可操作性强，可以充分满足理实一体化教学要求，是工
程机械专业液压实训室的专用教具。
如图1所示，本实施例中公开的全液压伺服转向系统教学台架包括架体7、车轮8和
转阀式全液压伺服转向系统。转阀式全液压伺服转向系统包括液压缸1、液压泵2、油箱4、
电机5、液压转向器6、转向轴9以及转向盘10。其中：车轮8用于支撑并移动架体7；
架体7用于安装和承载其他组成部件；液压缸1、液压泵2、油箱4、电机5和液压转向器
6均固定在架体7上；油箱4用于存储液压油；电机5用于驱动液压泵2；液压泵2用于
实现液压油从油箱4至液压转向器6和液压缸1的输送；转向轴9的一端固定连接到液压
转向器6，另一端固定连接到转向盘10；液压转向器6可以根据转向盘上转向力的输入为
液压油配置不同的油路，以使来自液压泵2的液压油被输送至液压缸1的带杆腔(带有活
塞杆的腔体)或无杆腔，同时为来自液压缸1的液压油配置返回油箱4的回路。当液压油
被输送至液压缸1的不同腔体(带杆腔或无杆腔)时，液压缸1的活塞杆可以伸出或缩回
腔体，实现液压力的输出。
如图2所示，液压转向器6包括液压转向阀61和计量马达62，液压转向阀61的作用
是控制液流方向，计量马达62的作用是实现液压流量的计量。读图2可知，转向阀61上
设置有液压泵管道接口611、油箱管道接口612、液压缸有杆腔接口613和液压缸无杆腔
接口614；液压泵管道接口611用于建立液压转向阀61和液压泵2之间的油路；油箱管道
接口612用于建立液压转向阀61与油箱4之间的油路；液压缸有杆腔接口613用于建立
液压转向阀61与液压缸有杆腔之间的油路；液压缸无杆腔接口614用于建立液压转向阀
61与液压缸无杆腔之间的油路。如图3所示，液压转向阀61包括阀体615、装配在阀体
内的阀套616、装配在阀套内的阀芯617以及装配在阀芯内的用于转向后提供机械反馈让
转向阀回到中位的花键连接轴618；计量马达62包括转子621和设置在转子外部的定子
622；阀体615和计量马达62之间设置有配油孔盘63；花键连接轴618的一端通过花键连
接到计量马达62的转子621上，另一端通过拔销64和阀芯、阀套连接，阀芯和阀套间通
过片弹簧65进行中位定位。
液压转向阀61处于中位时，来自液压泵2的液压油经液压转向阀61返回油箱4，系
统处于低压空循环状态，液压泵卸荷，液压缸和计量马达的两腔都处于封闭状态。转向盘
10左转或右转时(输入转向意图动力)，来自液压泵2的液压油经液压转向阀61被输送至
液压缸1的不同腔体(有杆腔或无杆腔腔体)，液压缸1的活塞杆伸出或缩回腔体，实现
液压力的输出。当液压泵2出现故障或者因其他原因比如发动机熄火后停止运转时，如人
力转动方向盘进行转向操作，则设置在液压泵管道接口611和油箱管道接口612之间的单
向阀619导通，油液自油箱管道接口612经单向阀619返回至液压泵管道接口611，在液
压转向器内建立自行循环，此时计量马达62起到手动泵的作用。
见图1，本实施例中的全液压伺服转向系统教学台架还包括用于测量液压油压力的压
力表3，该压力表3固定在架体7上，其管路连接至液压泵2的出油管。
见图3-图4，油箱4还包括液压油油位器41及油箱开关42，液压油油位器41设置在
油箱4的箱体上，油箱开关42设置在所述油箱4的管路上；液压油油位器41用于指示油
箱4的储油量，油箱开关42用于导通或断开所述油箱4的管路。另外，电机的供电线路
上还设置有电机开关51，电机开关51固定在架体7和/或油箱4上，用于断开或导通电机
5的供电电路。再者，教学台架的架体上还设置有电缆挂钩，该电缆挂钩用于固定电缆，
方便电缆的取放，有助于帮助学生养成良好的作业习惯。
另外，本发明优选实施例1公开的教学台架还包括皮带松紧度调节装置，所述电机5
通过螺栓和螺母固定在该皮带松紧度调节装置上。当皮带过松或过紧时，可以松开螺栓和
螺母，通过移动电机而实现皮带松紧度的调节。
该教学台架的主要性能参数为：
可开展的教学项目包括：
以上结合说明书附图对本发明优选实施例1的组成和原理进行了阐述，在其他一些实
施例中，还可以对本发明做出如下改进：
如图5所示，在另一个实施例中，本发明公开的教学台架还包括转向机构11，该转向
机构11包括两支梯形臂112和一支横拉杆111；两支梯形臂112的各一端铰接在横拉杆
111的两端形成转向梯形结构，梯形臂112的另一端连接在转向轮的转向节上。并且，液
压缸1的压杆1连接在任一支梯形臂112上。方向盘旋转时，液压缸1通过推拉梯形臂112
实现车轮的转向。
作为转向机构11的一个变形，在又一个实施例中，教学台架仅包括一个转向轮，其
他车轮为万向轮。教学台架上的转向机构11为一支转向臂，液压缸的活塞杆连接在该转
向臂上，转向臂同时铰接到转向轮的转向节上，液压缸通过推拉该转向臂(也即转向机构)
实现架体的转向。
优选实施例二
本发明优选实施例二公开一种改进的全液压伺服转向系统教学台架，图6为该实施例
的系统构成示意图。由图6可知，本实施例中的教学台架包括架体(图中未示出)、车轮
(图中未示出)、两只液压缸101、液压泵20、油箱40、液压转向器60、电机(图中未示
出)、转向轴90、转向盘100、双向缓冲阀120、计量马达130、单向阀140/150以及安全
阀160。由图6可知，液压转向器60包括液压转向阀601、计量马达602及单向阀150。
液压转向阀601上设置有液压泵管道接口6011、油箱管道接口6012、第一液压接口6013
和第二液压接口6014；液压泵管道接口6011用于建立液压转向阀和液压泵20之间的输油
管道；油箱管道接口6012用于建立液压转向阀和油箱40之间的回油油路；第一液压接口
6013和第二液压接口6014分别用于建立液压转向阀40和左右两只液压缸101之间的油路。
单向阀150设置于液压转向阀601的进油路和回油路之间，当液压泵20停止运转时，如
人力转动方向盘进行转向操作，则单向阀150导通，计量马达602依靠来自转向盘100的
人力促使油液自行循环以完成台架的转向。
本实施例中的液压转向器601还包括组合阀块，该组合阀块通过螺纹连接或其他连接
方式紧固在液压转向阀601上。组合阀块上设置有相应于液压转向阀601上液压泵管道接
口6011、油箱管道接口6012、第一液压接口6013和第二液压接口6014的各个油口，各
个油口的位置和管径与液压转向阀601上相应油口的位置和管径相一致。组合阀块上另外
集成有用于防止油液倒流而使车轮偏转以及保护液压泵20不受冲击的单向阀140、用于防
止车轮受到意外冲击时由于油压的突然升高而造成系统损坏的双向缓冲阀120以及用于限
制系统的最高工作压力保护系统安全的安全阀160。具体地，单向阀140设置于液压泵20
至液压转向阀601之间的管道上；双向缓冲阀120设置于液压转向阀601和两只液压缸101
之间的油路上；安全阀160设置于系统的送油路和回油路之间。优选地，单向阀150也集
成在该组合阀块内。
另外，本实施例中公开的教学台架也包括如优选实施例一所述的油位计、油箱开关、
电机开关、电缆挂钩及皮带松紧度调节装置。
作为本实施例的一个改进，本实施例中公开的全液压伺服转向系统教学台架也可以包
括转向结构，转向结构包括两支梯形臂和一支横拉杆；梯形臂的一端连接在转向轮的转向
节上，另一端铰接在横拉杆上形成转向梯形。两只液压缸101的活塞杆分别连接在两支梯
形臂上。液压缸101通过推拉梯形臂实现架体的转向。
再者，本发明优选实施例1中也可以包括有优选实施例2中介绍的组合阀块以及组合
阀块内集成的各种阀体。组合阀块、各种阀体的连接和功能相同，在此不再赘述。
优选实施例二中各部件的功能与装配关系与优选实施例一中相同，在此不做赘述。以
下对上述各种优选实施例中公开的转阀式全液压转向系统教学台架的使用与理实一体化
教学活动的开展进行详细介绍。
1、全液压转向系统的认识
参考图1、图2和图6，可方便地向学生介绍全液压转向系统的各个组成部件，油路
走向，管路的连接；以及液压转向阀上的管路连接。
2、液压泵的运转与停止
参考图4和图5，首先检查液压油箱4的液位高度是否足够，油箱开关42是否已经往
左旋转到底，处于打开位置；然后把三相电缆从挂钩上取出，将插头插在相应的三相插座
上；调整电机开关51，向上处于“接通”位置时，液压泵即开始运转；往下处于“切断”
位置时，液压泵停止运转。据此可让学生掌握液压系统的常规概念。
3、转阀式全液压转向系统的转向操作
接通液压泵电机开关51，转动转向盘100，往左转，液压缸1缩回；往右转，液压缸
1伸出，通过液压表3可显示系统的实时压力。
如果液压缸1处于缩回至最短或伸长至最长位置，则系统溢流阀打开，液压表显示系
统的最大压力，液压泵2发出超负荷噪音。为避免液压系统损坏，提请学生不要长期处于
溢流状态，让学生理解什么叫液压系统的溢流状态即可。
4、转阀式全液压转向系统的人力转向操作
停止液压泵2的运转，转动方向盘10，液压缸1仍然按原方向进行伸缩，只是转动方
向盘10的力与液压泵2运转的状态下相比明显加大，据此可展示全液压转向系统的人力
转向操作，可由学生来进行此项操作，让学生感受到人力转向与液压转向时转动方向盘时
的手感区别，加深感性认识。
5、转阀式全液压转向系统转向阀的结构原理
转向阀的原理讲解可通过与台架相配的另一个液压转向阀进行，将转向阀实物拆解，
根据与之相配的课件详细展示转向阀的结构原理及各部件之间的装配关系。相关课件主要
文件包括：
⑴课件一、转阀式液压转向器结构原理
以PPT的形式向学生图文并茂的介绍全液压转向系统的结构原理，特别是液压转向器
的结构原理、配流关系、装配关系和错误装配后所造成的故障现象及其原因分析，并通过
CAD模型展示、虚拟拆装、仿真设计及装配关系剖面图的形式对液压转向器进行比较详细
的阐述，弥补教材相关章节的不足，加深学生印象。
⑵课件二、液压转向阀3D图
对液压转向器进行CAD建模，以3D的形式向学生立体展示液压转向器的各个组成部件
及其装配关系，让学生从多个角度了解每个部件的结构特征；并通过仿真设计及3D虚拟拆
解向学生讲解各个组成部件的装配关系和配流关系，方便课堂理论教学时液压转向阀内部
结构的讲解和展示。
按1:1比例制作液压转向器阀芯、阀套、计量马达转子、计量马达定子等各个组成部
件在正确装配和错误装配时的剖面图，便于学生研究和巩固液压转向阀的工作原理、配流
装配关系，解决各职业院校转向系统实训部件及总成系统的短缺问题。
⑶课件三、液压转向器拆装视频
配套的液压转向器拆装视频可直观地展示转向器的各个部件，装配顺序，装配关系等，
可让学生反复观看，加深印象。为引起学生对装配关系的足够重视，课件特别配套有装车
试车现场视频，视频以震撼的形式向学生展示错误装配后所带来的故障现象，进一步强调
了正确装配关系的重要性。
6、故障设置及排除
可在教学台架上设置常见故障，包括管路接错、供油故障、噪音故障、装配错误等系
统常见故障，让学生接触到实际的故障案例，掌握实际操作技能。
故障一、关闭油箱开关42，液压泵2不能建立压力。
故障二、将转向阀6的进出油管对调安装，造成油泵憋油，皮带打滑(注意泵运转时
间不可过长，以免皮带及泵造成损坏)。
故障三、皮带过松打滑，造成液压泵不转，无法建立压力，由此让学生建立日常保养
检查皮带张紧度的重要性。
故障四、错误装配转向阀转子与阀芯计量马达之间的配流关系，液压泵运转后，稍微
转动方向盘，则出现方向盘剧烈颤抖的现象。据此引导学生深入分析转向阀各个部件的装
配关系，让学生印象深刻，牢记相关理论。
故障五、电机能旋转，液压泵却不能建立压力
首先检查电机旋转方向是否正确，电机皮带轮正常方向应该是面向皮带轮，电机为顺
时针旋转，同时注意皮带与皮带轮罩上的旋转方向标记是否一致。如不一致，则可能是3
相电源反相造成，可拆开电机电缆插头，将任意2相线对调连接则可。如果电机旋转方向
正确，皮带没有发生打滑，则需通过油位器检查油箱是否有足够的液压油，油箱开关阀是
否往左旋打开至极限位置。指导学生掌握电机的使用和维护常识。
故障六、油缸伸缩方向与原来相反
指导学生检查转向阀油管是否接错。
故障七、电机不能旋转，且发出涡流噪音
此现象为3相电机缺相运行，先检查3相电源是否缺相，如果缺相需供电部门解决。
如不缺相，则检查3相电机开关接通状态时是否有1相未接通，如是，则更换3相开关。
也可能是电机3相绕组中某相故障造成，需维修或更换电机。指导学生掌握电机的使用和
维护常识。
7、液压系统的常规保养检查实训
⑴、皮带张紧度的调整
电机5停止运转情况下，于两个皮带轮中间之处用手压皮带，下垂量不超过1.5cm；
如果皮带张紧度过松，则通过松开电机5底座的4支带螺母的螺栓，用撬棍移动电机5把
皮带张紧。
⑵、液压油加注及油箱清洗
如需补充液压油，则旋开油箱盖加注则可。
如需清洗油箱及更换液压油滤芯，则需松开液压油泵进油管，放出油箱里的液压油，
松开油箱上盖板的12支沉头螺栓，取下油箱上盖板，则可方便地清洁油箱内部及更换液
压油滤芯，如需更换滤芯，可旋松取下旧滤芯再装上新滤芯。
以上结合说明书附图和具体实施例对本发明提供的全液压伺服转向系统教学台架的
原理、组成和应用进行了阐述，应该说明的是：本发明实施例中公开的各种教学台架均是
以转阀式全液压伺服转向系统为基础的，所述领域的技术人员应该能够轻易预知，在其他
的一些实施例中，还可以以滑阀式全液压伺服转向系统或其他种类的全液压伺服转向系统
为基础制作教学台架。只要不脱离本发明的创新理念，任何简单变形或等同替换，均涵盖
于本发明，属于本发明的保护范围。