川崎液压系统的设计原理分析
分析挖掘机中应用广泛的川崎系统，介绍其系统结构原理和关键功能，并对挖掘机液压故障提出故障诊断步骤探讨，能对挖掘机液压系统普遍性故障排查有指导作用。
标签：川崎系统；液压；挖掘机
近年来，国内港口矿物码头虽然频繁有许多高效率、环保节能的新型工程机械如堆取料机、全自动皮带系统等亮相，但液压挖掘机仍是矿物码头不可替代的主力机械，它负责码头堆场矿物的堆垛、加高、转堆以及联合门吊或卸船机交叉卸船作业，其工作内容和范围十分广泛。
而针对不同品牌和型号的挖掘机，其结构和设计上都存在一定的共性，以湛江港三分公司为例，早年投入使用的日立ZAXIS200，近年引进的现代R220、R330的7系列和9系列挖掘机，其液压系统特点均使用川崎液压设计，因此，研究分析川崎液压系统，对于一般性故障如何能快速判断、检测、故障排除有着重要意义。
1 川崎液压系统功能设计分析
川崎液压系统因其结构简单，系统响应快，维护方便等优点在挖掘机结构体系中被广泛使用，以现代R225LC-7为例，结构可简单概括为“一泵一阀四缸三马达”，其中一泵是指液压主泵，它是驱动整个液压系统的动力源；一阀是指主控阀，也称多路分配阀，是将来自于泵的高压油根据先导控制油路信号再分配到工作制动器。
四缸三马达则是挖掘机的动力输出装置，主要负责行走、旋转和油缸臂动作。
因此，从功能上看，整个液压系统包含了三大油路：（1）先导控制油路；（2）基础油路；（3）工作辅助油路。
1.1 先导控制油路
先导控制油路由先导泵供油，经过滤油器和先导溢流阀（3.5kgf/cm2），然后大致分为三条线路：（1）是向主要液压器件提供常压油，如液压主泵EPPR阀提供私服压力（35bar）、回转马达驻车制动常压供油、主控阀行走信号测压点常压油等。
（2）是通过安全锁定电磁阀向操作手柄和踏板提供控制油，再反馈到主控阀相应的阀芯控制基础油路实现动作。
（3）是向电磁阀组件提供压力信号油。
1.2 基础油路
基础油路是川崎系统的核心部分，它包括吸油油路（主泵端）、分配油路（主控阀端）和回油泄漏油路三部分，三种油路形成闭环控制。
1.2.1 吸油油路（主泵端）
川崎液压系统多采用两个轴向变量柱塞泵联合组成双泵双回路变量系统，由
主控阀反馈的信号油Fi和Fr实现负流量控制，少数品牌还采用多泵双回路变量系统。
主泵的调节器根据输入的先导压力Fi，主泵输出压力Fd以及EPPR阀端的伺服压力共同调节阀体内同轴的先导柱塞，然后改变伺服油路两端压力变化控制伺服柱塞左右移动实现主泵斜盘倾角改变，进而调节主泵柱塞供油量，实现无极调速。
1.2.2 分配油路（主控阀端）
从液压主泵输出的高压油进入主控阀的两个油道入口，再通过主溢流阀（调定压力330bar，增力时为360bar）和中央旁通油道对称流向各工作阀芯的并联油道，如果工作阀芯没有接受先导控制信号，则压力油流过负控油口和负控溢流阀返回油箱，如果工作阀芯有先导控制信号，则压力油从并联油道经过负荷止回阀，油口溢流阀以及合流阀芯汇合输出给工作制动器实现动作，并在对称油道内回油完成循环。
川崎系统的主控阀还存在中位锁定的安全机能，当挖掘机长时间不动作或者需要保持某种动作时，单靠柱状阀杆闭锁难免会有泄漏卸缸现象，因此对于动臂和斗杆这两个工作阀芯油口端都设置了液压锁定阀保证该两种油缸能长时间定位。
1.2.3 回油油路和泄漏油路
每个工作制动器的油通过主控阀，主控阀通过主回油管、油冷器返回液压油箱。
主油管设置有旁通单向阀（分别为0.5Mpa和0.3Mpa），其作用是油温较低压力油粘度大，管道压力增压打开设定压力较高的旁通阀，能够确保油箱油温保持在一定的温度，另外还起到防止油路堵塞保护液压器件作用。
泄漏油路的主要作用则是对关键液压组件如马达、回转接头等润滑作用。
1.3 工作辅助油路
工作辅助油路并不是液压系统中不可或缺的，但工作辅助油路是川崎系统较为特色部分，能够大幅提高工作时液压系统的效率和稳定性。
其中内容包括以下几点。
（1）直线行走回路。
川崎系统设计中基础油路左右两边的行走马达是靠两个轴向变量柱塞泵各自供油，但往往挖掘机作业过程中不可能只实现某一个动作，液压泵还需要为其他工作制动器提供流量，这样造成的结果就会导致两个马达获得的流量不对称，进而造成跑偏现象，这在矿物码头爬拖车或多层矿料堆头加高是非常危险的。
川崎系统为了保证多动作时两边行走流量均衡，设计了直线行走阀杆，其原理是扣除其他动作所需要的流量，剩余流量通过换向阀汇合起来再重新分配给两个行走马达。
（2）油路再生回路。
该功能可分为动臂油路再生、斗杆油路再生和铲斗油路再生，就是在换向阀杆处增加了旁通回流油道，其目的一是为了加快工作响应
时间，提高效率，二是避免工作油缸活塞杆大腔向小腔移动出现缺油吸空现象，利用小腔回流液压油实现补油。
（3）平衡回路。
由于川崎系统中行走马达和旋转马达都为轴向定量柱塞马达，这种类型马达没有设置平衡功能的阀，因此当转速所需供油大于液压泵供给油路时，会产生缺油气穴现象损坏马达壳齿轮组，因此在马达出口端设置了平衡补油阀。
而在旋转马达出口端还设计了节流口和换向阀组成的控制阀，当实现正反转时，控制阀节流会产生内阻作为制动力达到快速减缓转向力完成换向功能。
（4）动作优先回路。
前面提到动臂和斗杆换向阀都有补油再生机制，在多动作流程中，为了让挖掘机动作更为平滑协调，会在系統中设置节流换向阀，限制油缸阀杆供油，并将多余流量分配给旋转和行走达到动作平滑过渡。
或者重载模式下，当油缸操作速度低于正常速度，为了增加工作效率，电磁阀会给主控阀Pns信号油，信号油推动阀杆至更低位置限制旋转供油达到提高效率作用。
2 单一操作油路和复合操作油路
上面已经阐述了川崎系统三大油路的基础功能，但液压故障现象很多时候都是系统性的，需要将单一操作过程现象和复合过程区分开。
川崎液压系统由于双泵双回路系统，输出给主控制阀的油路也是分开的。
一般而言，前泵输出的压力油经过主控阀的中央油道、旁通油道以及汇流油道供油给左行走、旋转、斗杆油缸；后泵输出的压力油则供油给右行走，大臂和铲斗油缸。
当进行单一操作时，油泵按照上述路径供油，而当进行多动作复合操作时，先导油压会打开汇流油道，在两部分主控阀合流阀杆处进行合流。
3 川崎系统的故障分析探讨
川崎系统由于其设计特点，在故障排除中应遵循“先易后难，先外到内，先系统再一般”顺序原则一一排查，为此，具体步骤为（1）先排除故障是否为机械或电气引起的；（2）分析液压故障是否为基础性故障，基础性液压故障大致可分为油温过热、油质污染、液压件磨损泄漏（可观察回油滤芯有否金属粉末）；（3）分析故障是属于那种功能油路，是控制系统或是基础系统；（4）分析故障现象是单一动作还是复合动作发生，这样我们在分析难明故障时能做到有迹可循。
4 结束语
掌握和利用液压系统原理快速排查液压故障是内燃机械维修人员必备知识，川崎系统因适用广泛设计典型有其研究学习价值，维修人员面对液压类故障应养成不盲目处理，善于归类系统分析的习惯，在实际工作中需要不断地积累经验。
参考文献
[1]杨国平.工程机械液压系统的故障诊断及排除实例[M].长沙：湖南科技出版社，2002.。