1-第二章(一,二)节 开中心 多路阀主液压系统

第一节 多路阀主油路液压系统

 多路阀是挖掘机液压系统的重要部件，它组成挖掘机液压系统的主要部分，确定了液压泵向各液压作用元件的供油路线和供油方式，多液压作用元件同时动作时的流量分配，如何实现复合动作，决定了挖掘机作业时运动学和动力学的特性，动作优先和配合，合流供油和直线行走等。它的设计依据是能否更好地满足挖掘机作业要求和工况要求。挖掘机多路阀有采用通用的多路阀，但为了更好的满足挖掘机的性能要求，不少挖掘机采用专用多路阀，专用多路阀液压系统应该是由了解和熟悉挖掘机的主机厂来设计。液压系统原理图设计好后，多路阀的结构设计、工艺制造设计可由主机厂委托液压件厂来生产制造。

 挖掘机多路阀液压系统大致可分为两大类：开中心直通六通阀系统和闭中心负载敏感阀系统，两者差异较大，需要分别讨论。本节讨论的是目前我国使用有代表性的开中心直通六通阀系统。

一, 多路阀各阀之间油路连接基本方式

多路阀各阀之间油路连接方式主要是液压泵压力油向各阀供油连接方式，供油方式不同则多路阀阀杆同时动作，实现多液压动作元件复合动作时，其运动特性和力学特性不同。多路阀内阀杆油路连通基本方式有串联式、并联式、优先式（串并联）三种。

（a）串联式                       （b）并联式                     （c）串并联式

图14 多路阀阀杆油路连接基本方式

1．串联式（图13（a）所示）

   前联换向阀的回油口和后联换向阀的进油口相连，串联油路的特点可以实现两个和两个以上液压动作元件同时动作。液压泵的工作压力是同时工作液压元件压力的总和。

   在初期挖掘机上曾采用过这种油路。但是挖掘机一般都在重负荷下工作，为了使结构紧凑，减轻重量，每个液压作用元件都按液压泵压力设计，不允许两个液压元件串联工作，因此串联油路目前在挖掘机上不采用。

2．并联式（图13（b）所示）

液压泵出口压力油并联供给各阀杆，各阀回油并联回油箱，并联油路特点是多路阀杆同时动作时，泵供油首先进入负荷压力最低的液压元件，负荷高的液压元件由于压力低不能动。要实现多液压元件同时动作，必须通过低负荷阀杆节流，提高系统油压，通过各阀杆开口量控制去各液压元件的流量来实现同时动作时的调速。因此并联方式要实现复合动作，须有高超的技术。但是不稳定，随各液压元件负荷变化情况和发动机转速等因素变化。可以说该油路实现同时复合动作较困难。

3．优先式（串并联式）（图13（c）所示）

液压泵出口压力油按上下油优先顺序供油，上游的阀杆打开进行工作时，就把下游阀杆的进油路切断了，因此下游阀就得不到液压泵压力油，就无法动作。优先阀回油路并联回油，虽然如果上游阀杆不在最大开度位置，部分油会通过节流口流向下流阀，存在下流阀控制的液压元件动作的可能性。但是严格来说优先油路只能一个液压作用元件动作。

二, 多路阀中位卸载方式

1,开中心卸載:多路阀处于中位不工作时,液压泵所供压力油能通过各阀杆直接回油箱,各阀杆都处于进油口和回油口相通,也就是中位是开式的,我们称它为开中心.

2,闭中心通过卸载阀来卸载:多路阀在中位时,各阀杆进油口都处在关闭状态,液压泵所供压力油不能通过多路阀,被封闭的压力油,必須通过設立缷载阀来卸荷,多路阀中位是关闭的,所以称为闭中心.

第二节开中心多路阀主油路系统

   一，开中心多路阀油路布置及表达方式

挖掘机作业装置复杂动作多，开中心多路阀应采用多种供油方式，除串联式不能采用外，一般采用并联式和优先式相组合的复合油路。

目前开式油路采用六通阀，有两条供油通路：

直通供油道：在阀杆中位时，该油道通，可通过各阀杆回油箱，实现中位卸载功能，该供油道是优先式油道，在各阀杆之间可组成优先油路，上游阀杆动作，切断此油道，下游阀杆得不到供油。

并联供油道：并联地向各阀杆供油，在各阀杆之间组成并联油路。

目前挖掘机多路阀上采用的开式油路都是两者组合油路，利用不同的组合方式，可以形成各种形式并联和优先复杂组合的油路系统。进一步还可以在直通供油道和并联供油道中加上液控阀和电控阀，可实现更为复杂供油关系的阀组，来满足挖掘机复杂多样的作业工况要求。

为了清晰了解和搞懂多路阀液压系统，深入理解其设计意图，必须把较复杂的多路阀液压系统图尽量简化，去粗取精，突出核心内容，能说明问题，便于理解分析和讨论。

对多路阀来说主要的是供油路线，液压泵是怎样向各阀供油的，它们的供油方式和供油关系。另外，各阀是怎样回油的，即回油路线和方式。多路阀主油路是各阀的供油和回游路线，一般回油路较简单，各阀杆都有一条回油道，彼此并联连接，不用表示都能理解。

在挖掘机多路阀中，集成了液压作用元件油路所需的阀，应该把这些属于各液压作用元件的油路部分取掉，把它们放入液压作用元件油路中去讨论。

我们将多路阀主油路以简图来表示，在简图中主要表达液压泵压力油如何通向各液压作用元件，因为供油方式决定液压传动特性，尽量减少液压线路,取除掉一些次要液压綫,把液压主要油路尽量以简洁明暸的方式,把它夲质问题表达出来,容易看懂，便于分析研究讨论在各种操纵情况下，可能的供油路线和供油方式，其液压传动路俴特点，其流量分配和功率分配是否符合挖掘机要求。

多路阀液压系统（主油路）简图如图14所示，各阀以长方块表达上面注明该阀控制的液压作用元件，图中只表示供油路线和供油有关的阀（以液压符号表示），将主压力阀也省略不画了。

二、东芝多路阀系列液压系统

（a）东芝UX系列              （b）东芝U系列                （c）东芝UKX系列

图15 东芝系列多路阀液压系统简图

东芝多路阀有U，Ux和Ukx三个系列，其液压系统主油路如图14所示。

（一）供油路线

 Ux和U系列：并联油路分别对动臂和回转优先供油，其它供油经节流孔。

 Ukx系列：优先油路将动臂和斗杆布置在下游，并联油路一侧经节流供斗杆。

（二）双泵合流

Ukx: 双阀杆优先油路合流阀杆布置在下流。斗杆并联供油路一侧油泵经部分节流孔供斗杆，另一侧斗杆多路阀油泵有与回转联动的阀杆限位装置。

Ux: 斗杆采用泵输出阀入口和阀输出口回油双合流。动臂举升时 斗杆泵入口合流切断。动臂采用泵输出阀入口合流，铲斗采用阀出口回油合流。

合流操纵方式：先导操纵油压联动。

U：动臂举升泵出口通先导操纵合流阀合流，另外通过动臂阀杆联动操纵将合流泵的回油阀切断，斗杆由泵出口和阀回油双合流。通过斗杆阀杆联动操纵将合流泵回油阀切断。

（三）行走直行

 Ukx系列采用直行阀分泵供油方式。

 Ux和U系列采用并联供油方式，Ux系列二行走阀不在中位和工装阀。一个不在中位时左右行走阀并联供油U系列则只要工装阀一个不在中位，左右行走阀就并联供油。

三、 川崎系列多路阀液压系统

（一）现代R200LC-7 多路阀液压系统

供油路线：P1泵并联供油道通过D阀向回转阀供油，通过C阀向动臂合流阀和斗杆阀供油。C阀为回转优先阀。当回转和斗杆收缩同时动作，回转和动臂举升同时动作时，该阀由回转先导联动操纵或电磁阀操纵，使供向斗杆阀和动臂合流阀节流。

 D阀为动臂优先阀，当回转和动臂（或斗杆）联合操纵，为降低回转速度采用动臂优先。采用开关型电磁阀可实现有级调节，比例型电磁阀可实现无级调节。

合流功能： 

动臂提升时单向合流采用直通供油道，经动臂合流阀阀外合流，由动臂提升先导操纵油压PB联动操纵。斗杆合流采用双阀杆在阀外合流。铲斗合流：由用户任选，阀回油合流由铲斗先导操纵油压Pk联动操纵A阀。 

行走直线性：采用直行阀分泵供油方式。

四.  CAT挖掘机（EL240）多路阀液压系统

该液压系统由7个操纵阀（动臂、斗杆、铲斗、回转，二行走和备用），5个控制阀（直行阀x、动臂合流阀y、斗杆合流阀w、供油阀u和供油阀v），一些单向阀和节流孔等组成。如图7所示。

图7  CAT（EL180 EL240）挖掘机多路阀液压系统

（一）泵的供油路线

P1泵：与左阀组直通供油道相连，优先供行走后，经备用、铲斗和动臂三阀经w阀回油，如w阀关闭，油可经单向阀供给斗杆阀。

P2泵：与右阀组并联供油道相连，并联供油给回转、斗杆（经v阀）和y阀。

P1泵和P2泵通过x阀切换与左右阀组的连接关系如图7所示，P2泵与左阀组并联供油道相连，P1泵与右阀组直通供油道连接。

左阀组并联供油道：并联供油给备用、铲斗和动臂，并可通过u阀可向斗杆阀供油。

右阀组直通供油道：优先供行走，通过回转阀供斗杆阀，然后经y阀回油。

x阀在右位：P1泵和左右阀组直通供油道相连，P2泵和左右阀组并联供油道相连。

x阀在左位：P1泵和左阀组直通供油道和并联供油道相连，P2泵和右阀组直通供油道和并联供油道相连。

（二）5个控制阀的操纵控制

控制阀的作用是改变供油路线和供油方式。其操纵控制采用三种方式：先导控制油连动操纵；操纵阀连动操纵和电磁阀操纵。其操纵控制情况如表1所示。

* 表1

（三）各种作业工况供油分析：

从上面挖掘机多路阀液压系统介绍中可以知道，其多路阀液压系统是比较复杂的，各家公司的液压系统都是不同的，我们需要了解其设计思想和意图。分析其优缺点和特点，研究其液压系统是否符合挖掘机各种作业工况的使用要求。并需经实际使用和具体试验来证实其设计的合理性和作业效果是否好。

对每一种多路阀液压系统从理论上都需要分析其各种作业工况下的供油情况，复合动作时流量分配情况。这种分析较麻烦，有一定难度，因此在文中，只能举例来进行分析，下面以CAT挖掘机多路阀液压系统为例来进行说明。

1.掘削装卸作业工况：该工况电磁阀Ⅱ处于OFF状态

1)满斗动臂举升斗杆伸出回转至卸载地点

动臂举升斗杆伸出，电磁阀ⅡOFF，u阀关闭 v阀打开，w阀关闭，y阀处于合流位置，P1压力油单独供动臂油缸，P2压力油并联供回转阀、斗杆阀和动臂合流阀。

该工况由于满斗动臂举升时，负荷重，油压高，油泵流量下降（因恒功率控制），为此除需P1泵供油外，还需P2泵部分油供动臂，使动臂举升和回转速度相匹配。

但是因为大部分时间P1泵油压高于P2泵油压，单向阀关闭，P2泵压力油不能供给动臂，因此大部分时间，P2泵专供回转和斗杆，它们的操纵不受动臂的影响。

2)空斗动臂下降斗杆伸出回转至挖掘位置

动臂下降，电磁阀ⅡOFF，u阀打开，v阀关闭，w阀关闭，y阀处于非合流位置

该工况由于动臂下降重力作用，油压低，P1泵流量增加，除供动臂油缸外，并有一小部分油经u阀通过节流供给斗杆油缸，保证动臂下降和斗杆伸出有正确的配合速度。

配合动臂下降速度快，v阀关闭，P2泵压力油不能供斗杆，全部供给回转马达。

3)斗杆和铲斗复合动作进行挖掘

动臂阀处于中位，电磁阀ⅡOFF，u阀打开，v阀关闭，w阀关闭

P2压力油通过直通油道单独供斗杆油缸；P1泵压力油通过并联油道，除供铲斗油缸外还通过u阀经节流孔供斗杆油缸。

2.水平平整地面工况：电磁阀Ⅰ处于ON状态，电磁阀Ⅱ处于OFF状态。

该工况要求动臂举升，斗杆收回，要求精细控制，两者低速配合动作，使斗尖沿着地面水平移动。

此时，电磁阀Ⅰ处于ON状态，斗杆先导操纵油被它切断，不能作用在斗杆合流阀上，斗杆合流阀在弹簧作用下处于打开回油位置，电磁阀Ⅱ处于OFF状态，u阀处于右位关闭状态，使P1泵不能合流供斗杆油缸。V阀打开，P2泵向斗杆油缸供油。

由于动臂合流阀的弹簧力大于动臂操纵阀的弹簧力，在平地工作时，使动臂操纵阀微开的先导操纵油压较低，不能打开动臂合流阀，因此，P2泵不能合流供动臂油缸，在此工况下，P1泵供动臂油缸，P2泵供斗杆油缸，两者互相无干扰，此工况动臂阀和斗杆阀都处于微开状态，两油泵部分油都通过直通供油道，节流回油，降低动臂和斗杆动作速度，使阀杆节流调速容易，提高了操纵性，易进行微动精细作业。

3.沟槽侧边掘削工况：电磁阀Ⅰ处于OFF状态，电磁阀Ⅱ处于ON状态

在进行沟槽侧边掘削时，需有将铲斗压紧沟槽侧边的力，此时，司机通过操纵回转装置来实现。该工况需联合操纵回转、斗杆、铲斗和动臂（微动），此时，电磁阀Ⅰ处于OFF状态，电磁阀Ⅱ处于ON状态，u阀处于左位打开状态，v阀处于关闭位置，w阀处于关闭位置，y阀处于非合流位置（由于动臂微动操纵先导压力较低）。

P2泵的压力油全部供给回转马达产生回转力，压紧侧边，压力油从溢流阀泄油。P1泵的压力油供铲斗、动臂，同时，通过u阀和单向阀供给斗杆，由于动臂和铲斗只是微动，剩下较大部分油供斗杆增加斗杆速度。

4.直行工况

   直行阀采用操纵阀连动操纵，作业装置（动臂、斗杆、铲斗和回转）任一阀操纵，使直行阀的先导控制油的回油切断，直行阀先导控制油就建立油压，但只有当两行走阀同时操纵，直行阀先导控制油才能通过行走阀与Px相通，在Px压力作用下，x阀处于右位直行位置。

5.动臂和斗杆合流

动臂合流：采用先导控制油连动操纵，动臂举升先导控制油与Py相连，在操纵动臂阀举升同时，Py作用于y阀上，使y阀处于合流位置。

斗杆合流：采用先导控制油连动操纵，斗杆伸出或收回（电磁阀I OFF），先导控制阀油通过梭阀都与Pw相通，在操纵斗杆阀时，Pw作用于w阀上，使w阀处于关闭，使P1泵合流供斗杆。

五.  开中心多路阀液压系统归纳总结

从以上分析可知，开中心六通阀液压系统，要解决双泵合流，作业和行走同时动作直线性等问题，要满足液压挖掘机各种作业工况要求，实现理想的复合动作都较困难的。为此设计师动了不少脑筋，想了不少措施，增加了各种控制阀，也采用各种控制方法，例如：液压系统连动操纵；设定作业工况用电磁阀来控制；当然，也可以采用微机来控制。但是由于开中心六通阀液压系统本身特性所决定，要实现复合动作满足各作业工况要求是困难和不理想的，要更好的满足各种作业工况复合动作要求，最好采用中位闭式负载感应压力补偿系统，并充分利用电子控制技术。现将开中心多路阀液压系统特点归纳总结如下：

（一）多路阀的阀组分块和分泵供油，每一阀组有二条供油道、直通供油道和并联供油道。直通供油道可实现优先供油，并联供油道可实现并联供油。在设计多路阀时可灵活应用使阀和阀之间组成优先关系或并联关系。

（二）为了满足多种作业工况复合动作要求，还需采用简单的通断型二位二通阀和插装阀，把油从某一油路直接引到另一油路，并往往采用单向阀防止油反流，沟成单向通道。采用了这个措施，使设计自由度大大增加，可实现更复杂的供油关系，以满足工况需要。

通断阀操纵有以下三种方式：

1.采用操纵阀的先导操纵油连动操纵，先导操纵油在控制操纵阀杆移动的同时，连动操纵通断阀。

2.采用操纵阀中增加一条油道，作为控制通断阀的油道，这样在操纵操纵阀的同时，也操纵了通断阀的开和闭。

3.采用电磁阀操纵。

为了实现复杂的供油关系，有时需将以上几种通断阀操纵方式同时应用。

（三）开中心多路阀系统在并联供油给多个液压作用元件时，需解决向谁优先供油问题，例如：动臂优先、回转优先等，在该系统中解决的方法是对非优先供油的油路加上节流装置，采用固定的节流孔或可变节流孔。固定节流孔结构简单，但调节性能差，不能适应工况变化的要求，可变节流孔调节性能好，能适应工况变化的要求，但结构复杂，一般需要采用电液比例控制，通过人手动电操纵或微机自动操纵。

（四）开中心多路阀一般采用双泵或三泵，有些液压作用元件（动臂、斗杆和铲斗）所需功率大，要合流供油，该系统采用二种合流方式：

1.阀内合流：例如双泵合流供给一个阀杆，由该阀杆控制供油给所需合流的液压作用元件，双泵合流的油通过一个阀杆供油，该阀杆的孔径设计需考虑多泵供油所需的流通面积。

2.阀外合流：例如双泵分别通过一个阀杆，在阀杆外合流供油给所需合流的液压作用元件，这样，操纵阀就要增加一个阀杆。并且这两阀杆要连动操纵。显然操纵阀结构要复杂些，体积要大些，但由于流经阀杆的是单泵流量，阀杆孔径可小，而且有可能与其他阀杆通用。

（五）作业装置同时动作时行走直线性问题，在开中心多路阀系统有以下三种方式：

1.三泵系统：左右行走马达由单独一个泵供油，剩下一个泵供作业装置。

2.采用二位二通阀，使左右行走马达组成并联油路，此方法结构很简单，不足之处是行走和作业同时动作，行走和作业是并联供油关系，因此作业装置动作将引起行走速度波动。

3.采用直行阀，由一泵单独供行走（并联供油），另一泵单独供作业，两者相互，因此作业装置动作不会引起行走速度波动。

有些直行阀在直行位置作业和行走同时动作时，作业油路可通过单向阀和节流孔供油给行走，这样作业装置油路多余的油可供给行走马达，以增加行走速度。

四、日立正流量控制多路阀液压系统

 多路操纵阀液压系统集成于多路操纵阀的阀块上，它由多路阀（主油路）和一些辅助阀组成。主油路分左右两侧：左侧有五个阀杆（回转、斗杆、动臂、辅助和行走），由泵2供油；右侧有四个阀杆（行走、铲斗、动臂和斗杆），由泵1供油。多路阀液压系统如图1所示，多路阀供油简图如图2所示。

 图1  多路阀液压系统

 在多路操纵阀上设有许多辅助阀：

有些辅助阀是属于主油路上的，其中包括主溢流阀，辅助合流阀，行走合流阀，旁路截流阀铲斗流量控制选择阀和提升阀，辅助流量控制选择阀和提升阀以及一些单向阀和节流孔等。

有些辅助阀是属于作业装置油路上的：其中包括铲斗过载溢流阀，动臂过载溢流阀，斗杆过载溢流阀，铲斗再生阀（在铲斗操纵阀杆中），动臂再生阀（在动臂操纵阀杆中），斗杆再生阀（在斗杆操纵阀杆中），斗杆再生选择阀，动臂支持阀，斗杆支持阀。

 图2  多路阀供油简图

（一）供油路线

 泵1直通供油道：依次通过回转→斗杆→动臂→辅助→左行走各阀后回油。并组成优先油路，按回转→斗杆→左行走优先顺序供油。

 泵1并联供油道：并联向回转、斗杆、动臂、辅助和左行走供油。向左行走供油经节流孔。向斗杆供油时斗杆收回时节流，斗杆放出时不节流。

 泵2首先经右行走阀优先向右行走马达供油，然后分成二路。

直通供油道：依次通过铲斗→动臂→斗杆→止回阀后回油，此油道可向斗杆供油。

并联供油道：并联向铲斗、动臂、斗杆供油，此油道向斗杆供油经节流。

 泵2向右行走马达供油时，切断其他供油。

（二）合流问题

1、斗杆合流：采用双阀杆，在阀外合流

2、动臂合流：采用双阀杆，在阀外合流

3、铲斗合流：采用阀内合流、泵1直通供油道下游和泵2并联供油道都能向铲斗阀供油，但都经节流。直通供油道经一个节流孔，并联供油道经二个节流孔。

4、附属装置合流：采用阀内合流、泵2通过附属装置合流阀向附属装置阀供油。

（三）工装和行走同时动作行驶直线性问题

 当前端附件（工装和回转）和/或行走动作时，右行走阀先导操纵油压打开行走合流阀使泵1油进入左行走阀，同时向左右行走马达供油。还通过节流孔向铲斗供油。泵2向动臂、斗杆和回转供油，当泵2供油压力高于泵1，泵2油能通过单向阀和节流孔向行