川崎液壓系統的設計原理分析

摘 要：分析挖掘機中應用廣泛的川崎系統，介紹其系統結構原理和關鍵功能，并對挖掘機液壓故障提出故障診斷步驟探討，能對挖掘機液壓系統普遍性故障排查有指導作用。

關鍵詞：川崎系統；液壓；挖掘機

近年來，國內港口礦物碼頭雖然頻繁有許多高效率、環保節能的新型工程機械如堆取料機、全自動皮帶系統等亮相，但液壓挖掘機仍是礦物碼頭不可替代的主力機械，它負責碼頭堆場礦物的堆垛、加高、轉堆以及聯合門吊或卸船機交叉卸船作業，其工作內容和范圍十分廣泛。而針對不同品牌和型號的挖掘機，其結構和設計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，近年引進的現代R220、R330的7系列和9系列挖掘機，其液壓系統特點均使用川崎液壓設計，因此，研究分析川崎液壓系統，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 川崎液壓系統功能設計分析

川崎液壓系統因其結構簡單，系統響應快，維護方便等優點在挖掘機結構體系中被廣泛使用，以現代R225LC-7為例，結構可簡單概括為“一泵一閥四缸三馬達”，其中一泵是指液壓主泵，它是驅動整個液壓系統的動力源；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先導控制油路信號再分配到工作制動器。四缸三馬達則是挖掘機的動力輸出裝置，主要負責行走、旋轉和油缸臂動作。因此，從功能上看，整個液壓系統包含了三大油路：（1）先導控制油路；（2）基礎油路；（3）工作輔助油路。

1.1 先導控制油路

先導控制油路由先導泵供油，經過濾油器和先導溢流閥（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）、回轉馬達駐車制動常壓供油、主控閥行走信號測壓點常壓油等。（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的閥芯控制基礎油路實現動作。（3）是向電磁閥組件提供壓力信號油。

1.2 基礎油路

基礎油路是川崎系統的核心部分，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，三種油路形成閉環控制。

1.2.1 吸油油路（主泵端）

川崎液壓系統多采用兩個軸向變量柱塞泵聯合組成雙泵雙回路變量系統，由主控閥反饋的信號油Fi和Fr實現負流量控制，少數品牌還采用多泵雙回路變量系統。主泵的調節器根據輸入的先導壓力Fi，主泵輸出壓力Fd以及EPPR閥端的伺服壓力共同調節閥體內同軸的先導柱塞，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現主泵斜盤傾角改變，進而調節主泵柱塞供油量，實現無極調速。

1.2.2 分配油路（主控閥端）

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

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

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液壓器件作用。泄漏油路的主要作用則是對關鍵液壓組件如馬達、回轉接頭等潤滑作用。

1.3 工作輔助油路

工作輔助油路并不是液壓系統中不可或缺的，但工作輔助油路是川崎系統較為特色部分，能夠大幅提高工作時液壓系統的效率和穩定性。其中內容包括以下幾點。

（1）直線行走回路。川崎系統設計中基礎油路左右兩邊的行走馬達是靠兩個軸向變量柱塞泵各自供油，但往往挖掘機作業過程中不可能只實現某一個動作，液壓泵還需要為其他工作制動器提供流量，這樣造成的結果就會導致兩個馬達獲得的流量不對稱，進而造成跑偏現象，這在礦物碼頭爬拖車或多層礦料堆頭加高是非常危險的。川崎系統為了保證多動作時兩邊行走流量均衡，設計了直線行走閥桿，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。

（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時間，提高效率，二是避免工作油缸活塞桿大腔向小腔移動出現缺油吸空現象，利用小腔回流液壓油實現補油。

（3）平衡回路。由于川崎系統中行走馬達和旋轉馬達都為軸向定量柱塞馬達，這種類型馬達沒有設置平衡功能的閥，因此當轉速所需供油大于液壓泵供給油路時，會產生缺油氣穴現象損壞馬達殼齒輪組，因此在馬達出口端設置了平衡補油閥。而在旋轉馬達出口端還設計了節流口和換向閥組成的控制閥，當實現正反轉時，控制閥節流會產生內阻作為制動力達到快速減緩轉向力完成換向功能。

（4）動作優先回路。前面提到動臂和斗桿換向閥都有補油再生機制，在多動作流程中，為了讓挖掘機動作更為平滑協調，會在系統中設置節流換向閥，限制油缸閥桿供油，并將多余流量分配給旋轉和行走達到動作平滑過渡。或者重載模式下，當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供油達到提高效率作用。

2 單一操作油路和復合操作油路

上面已經闡述了川崎系統三大油路的基礎功能，但液壓故障現象很多時候都是系統性的，需要將單一操作過程現象和復合過程區分開。川崎液壓系統由于雙泵雙回路系統，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、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。當進行單一操作時，油泵按照上述路徑供油，而當進行多動作復合操作時，先導油壓會打開匯流油道，在兩部分主控閥合流閥桿處進行合流。

3 川崎系統的故障分析探討

川崎系統由于其設計特點，在故障排除中應遵循“先易后難，先外到內，先系統再一般”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械或電氣引起的；（2）分析液壓故障是否為基礎性故障，基礎性液壓故障大致可分為油溫過熱、油質污染、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，是控制系統或是基礎系統；（4）分析故障現象是單一動作還是復合動作發生，這樣我們在分析難明故障時能做到有跡可循。

4 結束語

掌握和利用液壓系統原理快速排查液壓故障是內燃機械維修人員必備知識，川崎系統因適用廣泛設計典型有其研究學習價值，維修人員面對液壓類故障應養成不盲目處理，善于歸類系統分析的習慣，在實際工作中需要不斷地積累經驗。

參考文獻

[1]楊國平.工程機械液壓系統的故障診斷及排除實例[M].長沙：湖南科技出版社，2002.