1.2.1 液压系统工作原理

1.液压系统概述

液压挖掘机液压系统的类型很多。按主液压泵的数量、功率调节方式和回路的数量可分为单泵或双泵单路定量系统、双泵双路定量系统、多泵多路定量系统、双泵双路分功率调节变量系统、双泵双路全功率调节变量系统等；按液流循环方式可分为开式系统、闭式系统。日立ZAXIS200中型液压挖掘机的先导控制油路如图1-2所示，整体的液压原理图如图1-3所示。

为了简化液压系统，本书不介绍先导控制油路，直接给出主油路中各控制油路的含义。该系统的主要配置如下。

•发动机采用了五十铃发动机AA-6BG1TRA，功率输出为110kW/2100r/min。

•该系统为高压双泵双路全功率调节变量开式系统，该系统由主泵、先导泵、控制阀、两个动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转液压马达、两个行走液压马达、液压油箱、压力传感器以及一些管道辅件组成。

•主泵1、2均为斜轴式变量轴向柱塞泵，型号为HPV102GW-RH23A，其排量为2×102mL/r，最大流量为2×198.9L/min，变量方式通过比例电磁阀控制泵的斜盘倾角实现。

•先导泵为齿轮定量泵，型号为HY/ZFS11/16.8，最大流量为32.8L/min。

•多路阀型号为KVMG-270-HE，先导控制式（4阀柱+5阀柱），系统油路中有主溢流阀和带有补油功能的过载溢流阀。主溢流阀具有两级压力溢流功能。当先导压力油不供给油口SG时，执行元件例如液压马达和液压缸工作时，主溢流阀防止主油路内的压力升高到设定压力以上从而防止管路泄漏和执行元件的损坏，此时系统最高压力为34.3MPa（流量为110L/min）；当动力加力开关打开后8s内MC连续激励将先导压力油传送到油口SG通过活塞压缩弹簧，然后弹簧的力增加，使溢流阀的设定压力增加，此时系统压力为36.3MPa，当挖掘过程中碰到大的石块或树根时，可以使用该功能。

•动臂、斗杆、铲斗和回转驱动油路都装有补油功能过载溢流阀。其中动臂、斗杆收回、铲斗翻入的过载压力为37.3MPa（50L/min），斗杆伸出和铲斗翻出的过载压力为39.2MPa（50L/min）。当执行元件被外部负荷移动时，过载溢流阀控制执行元件油路的压力不会异常增高，另外当执行元件油路的压力降低时，过载溢流阀补油防止产生气穴。

图1-2 日立ZAXIS200中型液压挖掘机的先导控制油路

•回转装置为两级行星齿轮减速，减速比为13.385；回转液压马达为斜盘式定量轴向柱塞马达，型号为M5X130C；回转制动溢流阀采用非平衡阀式，设定压力在140L/min时为30.9MPa；回转停放制动器采用多盘湿式常闭型，释放压力为1.96～2.64MPa。

图1-3 ZAXIS200液压挖掘机的液压原理图

•行走装置为三级行星齿轮减速器，减速比为53.285，行走液压马达为斜盘式变量轴向柱塞马达；行走制动溢流阀采用平衡阀式、设定压力为34.8MPa，回转停放制动器采用多盘湿式常闭型，释放压力为0.95到1.02MPa。

•冷却器旁通单向阀开启压力在5L/min时为0.5MPa；该单向阀的作用是当液压油温较高时，液压油的粘度降低，经过散热器的压差损耗较小，低于单向阀的开启压力，液压油经过散热器回油箱，液压油的温度也可以得到降低；反之，当液压油的温度较低时，液压油的粘度升高，经过散热器的压差损耗较高，高于单向阀的开启压力时，液压油通过单向阀回油箱；当液压油温度介于两者之间时，液压油可以根据油温自动分配进入散热器和单向阀的油量。但目前通过单向阀进行分流的方案很难根据温度自动准确分配油量，有些大型挖掘机采用比例溢流阀代替单向阀进行主动控制。

2.主油路概述

当一个泵供多个执行元件同时动作时，因液压油首先向负载轻的执行元件流动，导致高负载的执行元件动作困难，因此需要对负载轻的执行元件控制阀杆进行节流。此外，液压挖掘机工况各种各样，复合动作较多，如掘削装载工况、平整地面工况、沟槽侧边掘削工况、双泵合流问题、直线行走问题等。在这样的要求下，如何向各执行元件供油，向哪个执行元件优先供油，如何实现合流，如何实现在作业装置同时动作时保持直线行走等，这些都需要对多路阀进行控制。多路阀内部流道构成了一个非常庞大且复杂的液压回路。主要回路如下。

（1）中位油路

当先导操作手柄在中位时，来自主泵的压力油通过多路阀和液压冷却器流回液压油箱。当液压油温度较低时，液压油粘度高，液压冷却器内液压油的流动阻力增大，进而打开旁通单向阀（有些挖掘机采用溢流阀）使液压油绕过液压冷却器直接流回液压油箱。当液压油的温度较高时，液压油的粘度降低，液压冷却器内液压油的流动阻力较小，冷却器的前后压差小于旁通单向阀的开启压力，高温液压油基本都通过冷却器进行散热后回油箱。当液压油温在较低和较高之间时，液压油根据油温动态分配通过旁通单向阀和冷却器的流量大小。但目前的油温冷却系统仍然是液压挖掘机一个重要难点。包括瞬时冷却功率的大小，回油流量的自动分配等都还没有得到较好的解决。

（2）单一作业油路

来自主泵1的压力油先后通过各单向阀、流量限制阀后分别流到右行走、铲斗、动臂1和斗杆2的各个阀柱；来自主泵2的压力油先后通过各单向阀、流量限制阀后流到回转、斗杆1、动臂2、附件和左行走的各个阀柱；动臂和斗杆由来自两个主泵的压力油经过合流后同时供给。

（3）复合作业油路

当回转和动臂提升同时作业时，动臂提升先导压力油移动动臂1和2的阀柱，主泵1的压力油经并联油路和动臂1阀柱流入动臂液压缸升起动臂；主泵2的压力油经回转阀柱流进回转液压马达，同时泵2的压力油流经并联油路与泵1的压力油合流流进动臂液压缸升起动臂。

当行走和斗杆收回同时作业时，收回斗杆先导压力油移动行走斗杆1和斗杆2的阀柱，来自先导控制阀组内的压力油通过油口SL流到连通阀控制腔打开连通阀；来自主泵1的压力油流经右行走阀柱驱动右行走液压马达，同时来自主泵1的压力油流经连通阀和左行走阀柱并驱动左行走液压马达；来自2的压力油通过斗杆1阀柱流进斗杆液压缸收回斗杆。因此只用主泵2的压力油收回斗杆，来自主泵1的压力油均衡地流到左右行走液压马达以确保挖掘机能直线行走。