川崎液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理分析

摘 要：分析挖掘機(jī)中應(yīng)用廣泛的川崎系統(tǒng)，介紹其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和關(guān)鍵功能，并對挖掘機(jī)液壓故障提出故障診斷步驟探討，能對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)普遍性故障排查有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：川崎系統(tǒng)；液壓；挖掘機(jī)

近年來，國內(nèi)港口礦物碼頭雖然頻繁有許多高效率、環(huán)保節(jié)能的新型工程機(jī)械如堆取料機(jī)、全自動皮帶系統(tǒng)等亮相，但液壓挖掘機(jī)仍是礦物碼頭不可替代的主力機(jī)械，它負(fù)責(zé)碼頭堆場礦物的堆垛、加高、轉(zhuǎn)堆以及聯(lián)合門吊或卸船機(jī)交叉卸船作業(yè)，其工作內(nèi)容和范圍十分廣泛。而針對不同品牌和型號的挖掘機(jī)，其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上都存在一定的共性，以湛江港三分公司為例，早年投入使用的日立ZAXIS200，近年引進(jìn)的現(xiàn)代R220、R330的7系列和9系列挖掘機(jī)，其液壓系統(tǒng)特點(diǎn)均使用川崎液壓設(shè)計(jì)，因此，研究分析川崎液壓系統(tǒng)，對于一般性故障如何能快速判斷、檢測、故障排除有著重要意義。

1 川崎液壓系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析

川崎液壓系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)響應(yīng)快，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)體系中被廣泛使用，以現(xiàn)代R225LC-7為例，結(jié)構(gòu)可簡單概括為“一泵一閥四缸三馬達(dá)”，其中一泵是指液壓主泵，它是驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)的動力源；一閥是指主控閥，也稱多路分配閥，是將來自于泵的高壓油根據(jù)先導(dǎo)控制油路信號再分配到工作制動器。四缸三馬達(dá)則是挖掘機(jī)的動力輸出裝置，主要負(fù)責(zé)行走、旋轉(zhuǎn)和油缸臂動作。因此，從功能上看，整個液壓系統(tǒng)包含了三大油路：（1）先導(dǎo)控制油路；（2）基礎(chǔ)油路；（3）工作輔助油路。

1.1 先導(dǎo)控制油路

先導(dǎo)控制油路由先導(dǎo)泵供油，經(jīng)過濾油器和先導(dǎo)溢流閥（3.5kgf/cm2），然后大致分為三條線路：（1）是向主要液壓器件提供常壓油，如液壓主泵EPPR閥提供私服壓力（35bar）、回轉(zhuǎn)馬達(dá)駐車制動常壓供油、主控閥行走信號測壓點(diǎn)常壓油等。（2）是通過安全鎖定電磁閥向操作手柄和踏板提供控制油，再反饋到主控閥相應(yīng)的閥芯控制基礎(chǔ)油路實(shí)現(xiàn)動作。（3）是向電磁閥組件提供壓力信號油。

1.2 基礎(chǔ)油路

基礎(chǔ)油路是川崎系統(tǒng)的核心部分，它包括吸油油路（主泵端）、分配油路（主控閥端）和回油泄漏油路三部分，三種油路形成閉環(huán)控制。

1.2.1 吸油油路（主泵端）

川崎液壓系統(tǒng)多采用兩個軸向變量柱塞泵聯(lián)合組成雙泵雙回路變量系統(tǒng)，由主控閥反饋的信號油Fi和Fr實(shí)現(xiàn)負(fù)流量控制，少數(shù)品牌還采用多泵雙回路變量系統(tǒng)。主泵的調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入的先導(dǎo)壓力Fi，主泵輸出壓力Fd以及EPPR閥端的伺服壓力共同調(diào)節(jié)閥體內(nèi)同軸的先導(dǎo)柱塞，然后改變伺服油路兩端壓力變化控制伺服柱塞左右移動實(shí)現(xiàn)主泵斜盤傾角改變，進(jìn)而調(diào)節(jié)主泵柱塞供油量，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。

1.2.2 分配油路（主控閥端）

從液壓主泵輸出的高壓油進(jìn)入主控閥的兩個油道入口，再通過主溢流閥（調(diào)定壓力330bar，增力時(shí)為360bar）和中央旁通油道對稱流向各工作閥芯的并聯(lián)油道，如果工作閥芯沒有接受先導(dǎo)控制信號，則壓力油流過負(fù)控油口和負(fù)控溢流閥返回油箱，如果工作閥芯有先導(dǎo)控制信號，則壓力油從并聯(lián)油道經(jīng)過負(fù)荷止回閥，油口溢流閥以及合流閥芯匯合輸出給工作制動器實(shí)現(xiàn)動作，并在對稱油道內(nèi)回油完成循環(huán)。

川崎系統(tǒng)的主控閥還存在中位鎖定的安全機(jī)能，當(dāng)挖掘機(jī)長時(shí)間不動作或者需要保持某種動作時(shí)，單靠柱狀閥桿閉鎖難免會有泄漏卸缸現(xiàn)象，因此對于動臂和斗桿這兩個工作閥芯油口端都設(shè)置了液壓鎖定閥保證該兩種油缸能長時(shí)間定位。

1.2.3 回油油路和泄漏油路

每個工作制動器的油通過主控閥，主控閥通過主回油管、油冷器返回液壓油箱。主油管設(shè)置有旁通單向閥（分別為0.5Mpa和0.3Mpa），其作用是油溫較低壓力油粘度大，管道壓力增壓打開設(shè)定壓力較高的旁通閥，能夠確保油箱油溫保持在一定的溫度，另外還起到防止油路堵塞保護(hù)液壓器件作用。泄漏油路的主要作用則是對關(guān)鍵液壓組件如馬達(dá)、回轉(zhuǎn)接頭等潤滑作用。

1.3 工作輔助油路

工作輔助油路并不是液壓系統(tǒng)中不可或缺的，但工作輔助油路是川崎系統(tǒng)較為特色部分，能夠大幅提高工作時(shí)液壓系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。其中內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)。

（1）直線行走回路。川崎系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)油路左右兩邊的行走馬達(dá)是靠兩個軸向變量柱塞泵各自供油，但往往挖掘機(jī)作業(yè)過程中不可能只實(shí)現(xiàn)某一個動作，液壓泵還需要為其他工作制動器提供流量，這樣造成的結(jié)果就會導(dǎo)致兩個馬達(dá)獲得的流量不對稱，進(jìn)而造成跑偏現(xiàn)象，這在礦物碼頭爬拖車或多層礦料堆頭加高是非常危險(xiǎn)的。川崎系統(tǒng)為了保證多動作時(shí)兩邊行走流量均衡，設(shè)計(jì)了直線行走閥桿，其原理是扣除其他動作所需要的流量，剩余流量通過換向閥匯合起來再重新分配給兩個行走馬達(dá)。

（2）油路再生回路。該功能可分為動臂油路再生、斗桿油路再生和鏟斗油路再生，就是在換向閥桿處增加了旁通回流油道，其目的一是為了加快工作響應(yīng)時(shí)間，提高效率，二是避免工作油缸活塞桿大腔向小腔移動出現(xiàn)缺油吸空現(xiàn)象，利用小腔回流液壓油實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油。

（3）平衡回路。由于川崎系統(tǒng)中行走馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)都為軸向定量柱塞馬達(dá)，這種類型馬達(dá)沒有設(shè)置平衡功能的閥，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速所需供油大于液壓泵供給油路時(shí)，會產(chǎn)生缺油氣穴現(xiàn)象損壞馬達(dá)殼齒輪組，因此在馬達(dá)出口端設(shè)置了平衡補(bǔ)油閥。而在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)出口端還設(shè)計(jì)了節(jié)流口和換向閥組成的控制閥，當(dāng)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)時(shí)，控制閥節(jié)流會產(chǎn)生內(nèi)阻作為制動力達(dá)到快速減緩轉(zhuǎn)向力完成換向功能。

（4）動作優(yōu)先回路。前面提到動臂和斗桿換向閥都有補(bǔ)油再生機(jī)制，在多動作流程中，為了讓挖掘機(jī)動作更為平滑協(xié)調(diào)，會在系統(tǒng)中設(shè)置節(jié)流換向閥，限制油缸閥桿供油，并將多余流量分配給旋轉(zhuǎn)和行走達(dá)到動作平滑過渡?；蛘咧剌d模式下，當(dāng)油缸操作速度低于正常速度，為了增加工作效率，電磁閥會給主控閥Pns信號油，信號油推動閥桿至更低位置限制旋轉(zhuǎn)供油達(dá)到提高效率作用。

2 單一操作油路和復(fù)合操作油路

上面已經(jīng)闡述了川崎系統(tǒng)三大油路的基礎(chǔ)功能，但液壓故障現(xiàn)象很多時(shí)候都是系統(tǒng)性的，需要將單一操作過程現(xiàn)象和復(fù)合過程區(qū)分開。川崎液壓系統(tǒng)由于雙泵雙回路系統(tǒng)，輸出給主控制閥的油路也是分開的。一般而言，前泵輸出的壓力油經(jīng)過主控閥的中央油道、旁通油道以及匯流油道供油給左行走、旋轉(zhuǎn)、斗桿油缸；后泵輸出的壓力油則供油給右行走，大臂和鏟斗油缸。當(dāng)進(jìn)行單一操作時(shí)，油泵按照上述路徑供油，而當(dāng)進(jìn)行多動作復(fù)合操作時(shí)，先導(dǎo)油壓會打開匯流油道，在兩部分主控閥合流閥桿處進(jìn)行合流。

3 川崎系統(tǒng)的故障分析探討

川崎系統(tǒng)由于其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在故障排除中應(yīng)遵循“先易后難，先外到內(nèi)，先系統(tǒng)再一般”順序原則一一排查，為此，具體步驟為（1）先排除故障是否為機(jī)械或電氣引起的；（2）分析液壓故障是否為基礎(chǔ)性故障，基礎(chǔ)性液壓故障大致可分為油溫過熱、油質(zhì)污染、液壓件磨損泄漏（可觀察回油濾芯有否金屬粉末）；（3）分析故障是屬于那種功能油路，是控制系統(tǒng)或是基礎(chǔ)系統(tǒng)；（4）分析故障現(xiàn)象是單一動作還是復(fù)合動作發(fā)生，這樣我們在分析難明故障時(shí)能做到有跡可循。

4 結(jié)束語

掌握和利用液壓系統(tǒng)原理快速排查液壓故障是內(nèi)燃機(jī)械維修人員必備知識，川崎系統(tǒng)因適用廣泛設(shè)計(jì)典型有其研究學(xué)習(xí)價(jià)值，維修人員面對液壓類故障應(yīng)養(yǎng)成不盲目處理，善于歸類系統(tǒng)分析的習(xí)慣，在實(shí)際工作中需要不斷地積累經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊國平.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的故障診斷及排除實(shí)例[M].長沙：湖南科技出版社，2002.