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        川崎液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理分析

        2016-12-31 00:00:00陳冠樺
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年12期

        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(duì)挖掘機(jī)液壓故障提出故障診斷步驟探討,能對(duì)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(dòng)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(duì)不同品牌和型號(hào)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(duì)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(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)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(hào)再分配到工作制動(dòng)器。四缸三馬達(dá)則是挖掘機(jī)的動(dòng)力輸出裝置,主要負(fù)責(zé)行走、旋轉(zhuǎn)和油缸臂動(dòng)作。因此,從功能上看,整個(gè)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(dòng)常壓供油、主控閥行走信號(hào)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(dòng)作。(3)是向電磁閥組件提供壓力信號(hào)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(gè)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(hào)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(dòng)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(gè)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(duì)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(hào),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(hào),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(dòng)器實(shí)現(xiàn)動(dòng)作,并在對(duì)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(dòng)作或者需要保持某種動(dòng)作時(shí),單靠柱狀閥桿閉鎖難免會(huì)有泄漏卸缸現(xiàn)象,因此對(duì)于動(dòng)臂和斗桿這兩個(gè)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(gè)工作制動(dòng)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(duì)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(gè)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(gè)動(dòng)作,液壓泵還需要為其他工作制動(dòng)器提供流量,這樣造成的結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)馬達(dá)獲得的流量不對(duì)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(dòng)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(dòng)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(gè)行走馬達(dá)。

        (2)油路再生回路。該功能可分為動(dòng)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(dòng)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(huì)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(huì)產(chǎn)生內(nèi)阻作為制動(dòng)力達(dá)到快速減緩轉(zhuǎn)向力完成換向功能。

        (4)動(dòng)作優(yōu)先回路。前面提到動(dòng)臂和斗桿換向閥都有補(bǔ)油再生機(jī)制,在多動(dòng)作流程中,為了讓挖掘機(jī)動(dòng)作更為平滑協(xié)調(diào),會(huì)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(dòng)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(huì)給主控閥Pns信號(hào)油,信號(hào)油推動(dòng)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(dòng)作復(fù)合操作時(shí),先導(dǎo)油壓會(huì)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(dòng)作還是復(fù)合動(dòng)作發(fā)生,這樣我們?cè)诜治鲭y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(shí),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(duì)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.

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