1、挖掘机行走液压系统换向阀改造及应用方案探讨盛 锋， 邹少军， 石磊摘 要：文中介绍了我国挖掘机液压系统的基本情况，针对其行走液压系统换向阀大都依赖进口且价格昂贵的问题，通过分析行走液压系统换向阀的功能需求，提出了对国产手动换向阀进行电控化改造的方案，并就改造后的换向阀提出了两种应用方案的探讨。改造后的换向阀可部分替代高压、大流量进口换向阀，可应用于挖掘机行走液压系统和装载机、推土机等对换向阀性能要求不高液压系统中，以达到提高国内主机厂利润的目的。关键词：挖掘机；行走液压系统；换向阀；改造方案2011 年我国挖掘机产量已超过 19.5 万台，2012 年预测产量将达到 21.8 万台。我国现已是
2、名副其实的生产大国，但远不是生产强国。其中的主要原因之一是挖掘机的高压、大流量液压元件均依赖进口，国内产品难以满足要求，基本控制在德国、日本、韩国和意大利等生产厂家，使国内主机厂的供货来源更加受制于人。目前，我国挖掘机行业有两种型式，一种是外资品牌，占 70%左右；一种是国产品牌，占 30%左右。国产品牌近十年几乎是从零开始，发展到年产近 4 万台的规模，实属不易。随着国内各主机厂的加大投入，国产品牌的挖掘机市场占有率会稳步提高，市场前景看好。但是，挖掘机用高端液压元件依赖进口的局面尚未改变，挖掘机较多的利润来自液压系统，其均被国外液压元件厂家占有。因此，进行液压元件国产化改造，提高国内液压元
3、件生产厂家的实力十分急迫。1 挖掘机液压系统分析从挖掘机液压系统和元件来看，有两点值得注意。一是产量大，参与其中一个小元件的生产或技术改进，就会有很大的市场。二是从挖掘机液压系统来分析，作业装置液压系统比行走液压系统要求高得多。作业装置液压系统操纵频繁，复合动作多，对整机的性能影响大 1。因此，换向阀、泵和发动机往往需要很好的匹配，达到节约燃料的目的 2 3；然而行走液压系统一般无此要求，操纵比较单一，对整机性能影响不大。目前，国产挖掘机液压系统大都采用液压先导操纵主阀进行挖掘作业和行走，其液压先导多路换向阀选用进口的整体或整体拼装型式多路换向阀。优点是性能好，可靠性高；缺点是价格极高。以玉柴
4、重工某型挖掘机为例，其德国力士乐主阀价格为 2.42.5 万元，每个操纵单元为 0.4 万元。2 换向阀电控化改造方案和目的2.1 电机驱动式多路换向阀液压多路换向阀作为液压系统核心的控制元件，其发展主要经历了四个阶段，分别为手动换向阀、电磁换向阀、液控换向阀、电液比例换向阀 4 。表 1 列出了 4 种换向阀的性能对比。由于挖掘机行走液压系统对阀的要求低，采用手动换向阀亦可满足其完成动作的要求，但其控制精度差、需要的操纵力较大，故现在的挖掘机上已经很少采用。目前，挖掘机行走液压系统采用的进口换向阀，其价格是普通手动换向阀的几倍，这使主机厂的利润大大降低。表 1 4 种换向阀性能比较Tab.1
5、 Performance comparison of four type directional control valve名称 结构 控制精 度 响应速 度 操纵力 价格手动换向阀 简单 差 慢 较大 低电磁换向阀 简单 差 较慢 极小 低液控换向阀 较复杂 较差 较慢 小 较贵电液比例阀 复杂 较好 较快 小 很贵现改造设计了一种电机驱动式换向阀，它是由电机通过齿轮、齿条直接驱动阀芯的换向阀，其性能满足挖掘机行走液压系统工作需要，结构见图 1，原理图见图 2。该换向阀具有结构简单、价格低廉、操纵方便轻松、布置灵活等优点，缺点是外形尺寸较大 5。图 1 电机驱动多路换向阀M图 2 电机驱动式
6、多路换向阀原理图2.2 电控化改造目的挖掘机行走液压系统多路换向阀电控化改造方案中，液压阀是国内生产的普通手动换向阀，步进电机和辅助装置均是国内成熟产品，改造完成后使主机制造厂元件的国产化率提高并降低其制造成本。3 应用方案探讨目前，大多数挖掘机行走液压系统为液压先导手柄通过先导阀控制多路阀组中的行走换向阀，上车油路通过液压回转接头传到下车，驱动两个液压马达，见示意图 3。3.1 应用方案探讨一方案一是由电控手柄通过非接触式电回转接头，控制安装在挖掘机下车的换向阀电机，电机通过齿轮、齿条推动阀芯，进而驱动液压马达，见示意图 4。PTPTP TP T左驱动轮右驱动轮控制油源回转接头图 3 液压先
7、导控制方式由于挖掘机上、下车通过回转平台相连接，液压动力通过回转接头传递，与回转接头的连接油管较多。采用非接触式电回转接头可以减少了两路回转接头油管及相应的管接头，并使回转接头结构更加简单。非接触式电回转接头通过内圈产生磁场，由外圈切割磁感线产生电流 6 7。一个非接触式回转接头可同时带动两个以上的电机。其优点为非接触式传输电力，无磨损，可靠性高，寿命长，且可将非接触式电回转接头与液压回转接头集成制成电液回转接头。1、液压阀 2、机械连接 3、齿轮齿条机构 4、步进电机 1 42 3方案一需解决两个关键问题。一是将挖掘机换向主阀的两片行走阀从主阀中分离出来，进行国产化及电控化改进。目前，挖掘机
8、使用的高压、大流量主阀基本都由外国品牌控制。高压阀生产难度大、要求高，国内液压件生产厂家少有涉及。为解决国产化的问题，其可行性分析如下：1、从阀的结构型式来看，单片阀或双联阀要比三联以上的阀制造容易；多片拼装阀比多联整体阀制造也要容易。因此分离出来的行走换向阀相比来讲设计和制造较容易，可以国产化。2、从挖掘机的作业时间分析。行驶时间最多占整机工作时间 20%，相比来讲，对阀的磨损要小，寿命要求较低。3、国内已有厂家批量生产起重机用高压换向阀。挖掘机主阀由于工作频率高，工作时间长，相比起重机要求要高许多，但与挖掘机行走阀基本相当。综合上述分析，分离出的挖掘机行走换向阀的国产化和电控化是可行的。二
9、是试制非接触式电液回转接头。目前，国内已有企业掌握了非接触电传输技术，传输效率在 80%以上，已用在某些直线传输产品中。现仅需将直线传输改为环形传输，试制出电与液压回转接头相融合的电液一体回转接头。方案一的特点是以电控操纵取代液压先导操纵，以电线取代先导油管及管接头，减少了上车油路油管及管接头，液压回转接头可减少两路。3.2 应用方案探讨二方案二是将分离出的行走换向阀安装在挖掘机的上部，不使用非接触式回转接头而直接用电驱动改造后的换向阀，见图 5。方案二的特点是以电控操纵取代液压先导操纵，以电线取代先导油管及管接头，并且行走液压系统的整体布置与原机变动较小，继承性好，实现容易。右驱动轮左驱动轮M MP去挖掘装置电液回转接头图 4 非接触电控制方式右驱动轮左驱动轮P去挖掘装置回转接头MM图 5 直接电控制方式4 结论文中提出的电控化改造方案中创新地将液压先导换向阀改进为电机驱动液压换向阀，响应速度快，操纵轻便，减少了液压管路和泄漏点。改造后的换向阀，可部分替代进口换向阀，为挖掘机液压元件国产化起到先导作用，减轻国外对我国挖掘机产业的控制。国产化后价格更低，预计每台挖掘机可降低成本近 0.4 万元。应用方案二对整机改动较小，可先进行此方案的研制。选择国内已批量生产起重机用高压液压阀制造厂试制并批量生产换向阀，并对其进行电控化改进，将其应用于国内主机厂，达到提高利润、国产化水平的目的。
