液压挖掘机主控制阀

主控制阀也称为主控阀或主阀，它的作用是按操作者的指令将泵排出的压力油提供到各执行元件，使挖掘机完成各种动作。主控阀是个复杂的液压元件，现就几种典型的主控阀加以说明。 
      1.U28阀 
      U28阀是日本东芝公司生产的专用于20—3t的挖掘机上。其外形见图3—32                                                         图3—32 U28阀外形图 
      该阀是一组多路阀，阀体分左，中，右三片，用螺栓紧密相联。左片是一组三联阀(上图中1，2，3号阀)，中间片是油道，右片是一组四联阀(上图中4，5，6，7号阀)。 
      该阀具有如下功能： 
     (1)单独动臂提升时双泵合流供油，提高动臂提升速度。  (只在动臂提升时) 
     (2)斗杆单独动作时双泵台流供油，加快斗杆动作速度。 
     (3)动臂优先，动臂与其他动作同时进行时，动臂的动作将优先保证。 
     (4)回转优先，回转与斗杆同时动作时，回转将优先保证。 
     (5)负流量控制，给主泵提供一个负流量信号，使阀杆在中位时，主泵排量变为最小。 
     (6)直线行走，当挖掘机前进或后退时可同时作其他动作，以保证特殊工况的需要。 
     (7)可配置电传感器，以满足电控的需要。 
     (A)液压系统符号 
        图中下面油口中，两个P1分别与两个主泵的出油口相接，是主进油口P2~口P3用油管连接，作为斗杆合流时的辅助进油。 
      b口与上面b口(左罗辑阀出口)用油管连接。 
      C口与动臂阀伺服油a1口相连，作为动臂合流的信号。 
      R口是主回油，接液压油散热器，然后回油箱。 
      a口与上面a口（右罗辑阀出口）用油管连接。 
      Py1和Py2与左，右行走操纵阀（脚踏阀）的出油连接，使行走增压。 
     上面油口fL和fR分别与两个主泵的负流量控制接口相接。 
     G口作为信号输出可作他用，如接压力传感器等。 
     当各阀杆在中立位置时（无操作时），左路P1通过三组阀后，推开罗辑阀2，经过负流量阀3进入回油道，从主回油口R回油箱。右路P1通过四组阀后，推开罗辑阀，经过负流量阀进入回油道，从主回油口R回油箱。 
      此时，两个负流量阀接口fL和fR分别有压力信号输出到主泵的调节器，使主泵排量减小。这是阀杆全部处于中立位置时油的流向。如果阀杆移动将有下面的情况。 
     1.回转阀（左片下面）移动时，假设a1口进伺服油，推动阀杆向右移位，P1的中路油被切断，而旁路油推开单向阀进入A1口，油从A1口流出进入回转马达。由回转马达流回的油经B1口从该阀的回油口流入回油道。此时，这一路油被引入执行元件回转马达而使挖掘机回转，上面的两组阀没有油通过，所以，负流量输出口fL没有压力输出，主油泵排量变大。 
     2.斗杆阀（左片中间一组）移动时，假设a2进伺服油，推动阀杆向右移位，P1的中路油被切断，而旁路油推开单向阀进入A2口，油从A2口流出进入斗杆油缸大腔。由斗杆油缸小腔流回的油经B2口从该阀的回油口流入回油道。此时，这一路油被斗杆阀切断，上面的一组阀没有油通过（指到罗辑阀处没有油，经节流阀6来的并联油路的油在单向阀4处被断开）。所以，负流量输出口fL没有压力输出，主油泵排量变大。 
      当该阀杆向右移时，阀杆右端切断了控制油到回油道的通路（虚线，从a口来的油，即从右片阀的罗辑阀出口a经外接管道进入下面a口）。使右片阀的罗辑阀出口a被堵截，右面主泵压力油从罗辑阀心小孔进到该阀心上部，由于面积差的作用阀心被压住，使右路油不能从罗辑阀回油，强行使右路油经单向阀8进入斗杆阀，实现了左右两路油都进入斗杆阀，即双泵合流。 
      当伺服油进入b2，推动阀杆向左移时，主泵的油经B2进入斗杆缸小腔，而大腔经A2回油，其他情况相同，仍是双泵合
流。 
      在A2，B2的油路上装有过载溢流阀，它们的调定压力高于主安全阀，它们的作用是在该阀中位时，由外部的力使该油缸压力过高时此溢流阀泄油以保护油缸。而在油缸吸空时，如斗杆快速下降，斗杆油缸大腔需快速进油，如果双泵合流仍供不上时，油缸将吸空压力变低，此时过载溢流阀从回油路向油缸补油，避免油缸吸空。 
      3.左行走阀（左片上面）在中位时，A3，B3两腔相通（Y型阀）并与回油相通，行走马达不制动（机械制动）。当a3进伺服油阀杆向右移位时，压力油经单向阀4从A3口进入马达。B3口回油，罗辑阀没有油流入，负流量输出没有压力，主泵排量变大。（由此可知，凡是有一个阀杆不在中位，都没有负流量压力信号输出，主泵流量变大。当阀杆稍开或半开，则有负流量信号，起油泵的调速作用。此点以后不再说明。）当b3进伺服油阀杆向左移位时，变成B3口出油，A3口回油。其他情况相同。右片阀最上面一组为右行走阀，其结构与作用和左行走阀相同。 
      为实现直线行走功能，设置了直线行走阀1，其工作情况如下：阀组从p1口引进了伺服泵的控制油，其压力一般为35kgf／cm2—40kgf／cm2，这个控制压力作用在直线行走阀1的右端，同时穿过右片阀的铲斗阀，动臂阀，经过中片后又穿过左片阀的斗杆阀和回转阀，最后进回油道。当铲斗，动臂，斗杆，回转任一个阀有动作（移位）时，这控制压力将不能通回油而升高压力，从而将推动直线行走阀1，使其向左移，此时两个行走阀的进油路连通，成为并联油路。只要有一个泵供油两边的行走可同时运行。而另一个泵的油可作其他动作，如动臂，斗杆等。即实现了直线行走功能。 
      4.右片设有备用阀，以便装其他工作装置时使用，如液压破碎器等。 
      5.铲斗阀动作情况与回转阀基本相同。 
      6.动臂阀（右片下面），当a1口进伺服油时，阀杆向右移，右路主泵的压力油从A1口进动臂缸大腔，动臂缸小腔的回油从B1口经阀内油道回油。 
      a1口进伺服油的同时，C口也进伺服油（外接管路接通）并推动动臂合流阀上部的二位阀向左移，断开从单向阀来的左路泵的压力油，使左路泵的压力油推开罗辑阀7进入右路主油道，同时给动臂缸大腔进油。即双泵合流。（当动臂阀杆右移的同时，阀杆左端b口来的控制油被断开，左路罗辑阀b口因不能回油而使压力升高，罗辑阀关闭，左路油不能经罗辑阀及负流量控制阀回油只能经合流阀7进入右路实现合流。 
      7.阀组右下端Rs口也是回油口接回转马达回油口，作为回转马达的回油或补油。 
      1. 行走直线阀（图3—34中的1）见图3—35 
                                                         图3—36行走直线阀  
      1．堵头2弹簧3“0”形圈4阀芯 (图3-35) 
      当控制油有压力时(伺服油压力)推动阀芯4向左移，使右路油与左路油沟通，以保证直线行走。  
      2.罗辑阀(图3—34中的2)见图3—36
      1接头(图3—34中罗辑阀b口)  2挡圈3“0”形圈4弹簧5．阀芯  
      当b口未被切断时主油道的油通过阀芯4的节流孔经b口以及管道，进入右片阀下面的b口，再经动臂阀杆左端油道回油。  (见图3—34)此时由节流孔压差的作用，节流孔下面的压力大，推动阀芯5压缩弹簧4，使阀芯向上移动，打开主油道与回油道的通路，此时大量的油经回油道回油。  
      当b口的油被动臂阀杆的移动而切断时，节流口没有油流过，也就没有压差，也就是阀芯5上下端压差为0，但阀芯5上端面积大总有个向下的力，使阀芯5封住主油道与回油道的通路，当主油路的压力越大封堵力越大，所以能迫使左路油经合流阀7进入右路与右路油合流后进入动臂缸大腔。  
      3负向流量信号阀(图3—34中的3)见图3—37   
      1阀芯2“0”形圈3弹簧4接头座5．垫片6．垫片7阀体 
      负向流量信号阀安装在罗辑阀与回油道之间，当回油时由于弹簧3的作用阀芯1尚未打开，回油从阀芯1的节流孔流出，当回油量增大时节流阻力增大，这时阀芯1推动弹簧右移，阀芯1打开，回油压力与弹簧力保持平衡，嘴口输出一个压力信  
号。这个压力信号随回油量的多少而变化，回油量多时fL的压力高。FL最高时约为40kgf／cm2。  
      4单向阀(图3—34中的4)见图3—38        在图3—34中由主泵进口P1到罗辑阀2的这一路油穿过各阀组，这条油道是主油道。但阀杆移位后这条油路都被切断，通 过阀杆到A口或B口进入油缸的油都是从进油道来的油。见图3—34中的4单向阀处。图3—38单向阀就表示它的结构，当阀杆移位后，主油道被切断，主油道的油推开单向阀芯5而进入进油道。 
      1．导杆2主阀芯3阀套4弹簧5．先导阀芯6先导阀座7．弹簧8弹簧9调压螺塞10．锁紧螺母  
      主安全阀控制液压系统最高压力值，以保护各液压元件的安全。其工作过程如下，见图3—39，主油道(高压腔)的压力油通过导杆1的中心小孔进入A腔，由于弹簧8将先导阀芯5压紧在先导阀座上使A腔封闭，A腔的压力与主油道(高压腔)的压力相同。   
      当A腔的压力升高到设定值时(即调定的安全压力)，可服弹簧8的予紧力使先导阀芯向右移动，A腔的油经先导阀芯5与先导阀座6之间的空隙流入B腔(B腔与回油道相通)，此时A腔的压力下降，主油道的压力推动主阀芯2向右移打开主油道与回油道之间的通路，使部分高压油回油，系统压力不再升高。  
       当系统压力下降时，弹簧8的推力使先导阀芯5与先导阀座6压紧，A腔与B腔断开A腔压力升高使主阀芯2压紧在阀座上，主油道与回油道断开，即主安全阀关闭。  
      6阀杆结构见图3—40   
      图中A口，B口接执行元件  
      T为回油道(两边)  
      0为来油道(由进油口来油或由前一组阀来油)  
      H为通油道(通向下一组阀)  
      J为进油道(向A口或B口供油)  
      图示位置是阀的中立位置(a口，b口未通伺服油)，此时0通道的来油经阀杆与阀体之间的孔隙流向H通道并进入下一组阀。而A口和B口处于封闭状态。  
       当右端a口通入伺服压力油时，阀杆向左移，o到H的通道被阀杆截断(两处)，0油道的油推开单向阀(参见图3—38)进入进J。与此同时，由于阀杆的左移使进油道J与A口接通，给执行元件供油。而B口与左端的回油道T相通即回油。  
当左端b口通入伺服压力油时，阀杆右移，B口出油而A口回油。
7.动臂提升(动臂油缸大腔合流) 
　　图中表示当动臂提升时左路油进入右路,合流后进入动臂缸大腔。参见前面说明。    
　　8行走、回转复合动作见图3—42 
   　行走和回转同时动作时左路油供回转阀，右路油供两个行走阀使两条履带行走。因行走直线阀的作用，两个行走阀并联，而且右路油因单向阀的作用不能进入左路，保证行走优先。左路油供回转阀的同时，可从并联油路进入行走阀，怛节流阀(见图3—34中的6)保证了回转的需要。 
   　9.回转，斗杆下降复合动作 
   　（A）基本机构 
    　KMX阀是日本川琦公司研制的，由于性能较好目前多数挖掘机主在采用。该阀的外形见图3-46 
    　KMX阀由左片阀，右片阀，行走直线阀和斗杆锁定阀等组成。                       
    　KMX阀的分解见图3—47和图3—48。 
    　（B）系统原理图 
       KMX阀的系统见图50 
    　由上图可知： 
    　(1)  动臂大腔，斗杆可以合流，铲斗有速度加快。 
    　(2)  具有回转优先，以及动臂1优先于斗杆2。 
    　(3)  具有行走直线阀。 
    　(4)  中位负向流量控制。 
    　(5)  斗杆回路设有再生回路，并具有斗杆锁定阀。 
    　(6)  斗杆小腔，动臂大腔设有节流限速。 
    　(7)  主安全阀有二次增压。  (行走用) 
    　(8)  有备用阀。  (用于附属装置) 
    　图中1，行走直线阀2，回转优先3，斗杆再生阀4，斗杆锁定阀5.铲斗2速阀 
    　主油路部分在后面举例说明，先说明控制油路的流向。控制油(伺服油)从图下面Ps口引入分成两路。 
    　左路：通过节流阀向上(同时进入行走直线阀待命）流过回转阀，动臂2，斗杆1，然后，转入右阀片，流过铲斗阀，动臂1，备用阀，最后到T点（回油点），向上从Dr口接回油。此时，因流经各阀均在中位，回油通畅，节流阀后都是低压。当流经各阀有任何一个动作时则左路控制油被截断而不能回油，此时压力升高，从而使进入行走直线阀1的油高压待命。 
    　右路：通过节流阀向上（同时通到信号油口Pr和到行走直线阀1的上端）。绕过左面行走阀后，流向右片通过右面行走阀后到T点，也是从Dr口回油。当行走阀动作时，右路油的回油路被截断，压力升高，从而推动此开关阀向下移，打开通道。使正在待命的高压油通过开关阀去推动行走直线阀。阀芯右移，使一个泵的油同时供给左右行走阀实现直线行走。 
    　KMX阀的合流方式采用两组阀，即在左右两片阀中各设一组阀来实现。除了本来设置在右片阀中的动臂1之外，又在左片阀中设置了动臂2，半截阀只给大腔合流。而斗杆的合流，除了本来设置在左片阀中的斗杆1外，在右片阀中又设置了斗杆2，实现斗杆双向都合流。 
　　KMX阀与U28阀相比尚有如下不同： 
　　1.用一个主安全阀控制两路油的压力。 
　　2.装有斗杆锁定阀，使斗杆下沉量小。 
　　3.装有半推阀使动作可控。 
　　4.设有铲斗2速阀5，该阀设在左路最顶端主回油路上，当操纵铲斗阀时，同时有一路伺服油进入双速阀上端，使阀芯下移，此时，左路的回油被切断，左路油从外接管路引到右路，由铲斗阀的进油道进入铲斗阀，使铲斗挖掘速度加快。 
　　(C)KMX阀运行情况说明 
　　a)回转与动臂提升复合动作（动作速度可调节）见图3—51 
　　左路油供回转,同时由并联油路经回转优先阀向动臂2供一部分油。右路油供动臂1。动臂1动臂2合流后鸿动臂缸大腔使动臂提升。回转优先阀由电磁比例控制阀调节开度，即调节进入动臂2的油量，也就是调节动臂提升和回转的速度。见图3-52 
　　b)回转和斗杆提升复合动作（动作速度可调节）见图3-53                                                            　　　　　图3—53回转和斗杆伸出复合动作 
　　左路油供回转，同时由并联油路经回转优先阀向斗杆1供一部分油。右路油供斗杆2。斗杆1斗杆2合流后供斗杆缸小腔，使斗杆伸出。调节旋钮通过电磁比例控制阀调节回转优先阀的开度，即调节进入斗杆1的油量。当开度大时，进入斗杆1的流量多，进入回转的流量就少。这样斗杆伸出的快，回转慢。 
　　当回转优先阀的开度小时，进入斗杆1的流量小，进入回转的流量就多，这样斗杆伸出的慢，回转快。这就可以根据施工的要求调节回转和斗杆的速度比例。(在上述调节过程中右路油供斗杆2的流量不变) 
　　c)回转和斗杆快进复合动作(斗杆下降或轻负荷伸出)见图3—54                                                               图3—54回转和斗杆快进复合动作 
　　左路油供回转，同时由并联油路通过回转优先阀供给斗杆l，此时斗杆负荷很低(特别是斗杆下降时)，左路油会大量的流向压力低的斗杆l，而回转需要的油却保证不了。为避免这类问题，设置了行程限制器(半推)。推动行程限制器的伺服油，是引回转的操纵油，当操纵回转时同时有一股油引到行程限制器，并将其推动，使斗杆1的行程受到限制，而保证回转的压力，使回转正常运行。行程限制器只对斗杆缸大腔起作用，对小腔进油不起作用。 
　　右路油进入斗杆2不受影响，井与斗杆1的油合流后进入斗杆缸。 
　　d)回转，动臂提升和斗杆复合动作见图3—55 
　　这种复合动作一般出现在装车作业工况，要求回转和动臂提升有适当的配合，即回转的角度和提升高度恰到好处。左路油供回转，动臂2和斗杆1。右路油供动臂1和斗杆2。由回转调节旋钮调节回转优先阀使动臂上升速度调节到最佳值，使动臂与回转有良好的配合。 
　　由另一个电磁比例控制阀调节右路油上的动臂优先阀，调节进入斗杆2的油量调节斗杆与动臂的速度配合。通过这些调节使各动作有良好的配合，使作业速度尽可能加快。 
　　e) 动臂提升和斗杆收回复合动作 见图3—56                                                  　　　　　　　图3—56 动臂提升和斗杆回收复合动作 
  
　　比较典型的是平整场地作业。 
　　左路油供动臂2和斗杆1。右路油供动臂1和斗杆2。这时动臂和斗杆并联供油，而动臂提升压力高，要求流量小。斗杆压力低，要求流量大。由于未动回转，回转优先阀也不动作，动臂优先阀也不宜使用，因为推动动臂优先阀后将使斗杆流量减小，使动臂流量增大，这不符合工况要求。最好的方案是减小动臂操纵杆角度，即减小动臂阀的开度。 
　　f) 动臂提升，斗杆回收和铲斗挖土复合动作 见图3—57 

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