Классификация и принцип работы гидравлической клапанной системы экскаватора

Классификация и принцип работы гидравлической клапанной системы экскаватора

Различные гидравлические клапаны являются основными элементами управления давлением, расходом и направлением жидкости в системах управления. В зависимости от их рабочих зон и функций системы, клапаны внутри экскаватора можно разделить на клапаны управления мощностью главного насоса, клапаны распределения главного управляющего клапана, клапаны защиты привода и клапаны вспомогательного пилотного управления. Понимание механизмов работы и стандартных номеров деталей различных клапанов имеет большое значение для точной закупки и эффективного обслуживания строительной техники.

 Группа клапанов регулирования мощности главного насоса (регулирование источника питания)

Эти клапаны устанавливаются непосредственно на регуляторе главного гидравлического насоса (например, поршневых насосов серии Komatsu HPV). Управляя сервопоршнем, они изменяют угол наклона шайбы и, таким образом, напрямую определяют рабочий объем и выходную мощность главного насоса. Типичные узлы и представительные детали включают в себя узел регулятора главного гидравлического насоса для серий Komatsu PC56-7 и PC60-7 (номера деталей: 708-3S-03572, 708-3S-03850), узел регулятора для серий PC30MR-2 и PC35MR-2 (номер детали: 708-1S-03423), регулятор главного насоса (номер детали: 708-1L-04310) и клапан регулирования давления насоса (номер детали: 708-2K-03560).

PC Valve: 

Внутри экскаватора установлен подпружиненный золотник, который реагирует на давление на выходе главного насоса. Когда экскаватор сталкивается с высоким сопротивлением и давление в системе резко возрастает, клапан PC реагирует на высокое давление, перемещает золотник и направляет масло высокого давления в большую камеру сервопоршня, чтобы отодвинуть наклонную шайбу назад, автоматически уменьшая рабочий объём насоса. Это гарантирует, что потребляемая насосом мощность не превысит максимальную мощность двигателя, предотвращая перегрузку двигателя и его остановку. Если пружина клапана PC изнашивается или золотник заедает, рабочий объём не может быть уменьшен под высоким давлением, что приводит к чрезмерной нагрузке на двигатель, сильной остановке или даже отключению двигателя. И наоборот, если клапан PC открывается слишком рано, машина демонстрирует медленные движения и слабую силу копания.

Клапан LS: 

Являясь ключевым компонентом системы с замкнутым центром и датчиком нагрузки, золотник клапана LS подвергается воздействию давления на выходе главного насоса с одной стороны и давления нагрузки после главного регулирующего клапана с другой, постоянно поддерживая постоянный перепад давлений между ними. Чем больше перемещение рычага управления оператора, тем больше открытие золотника главного регулирующего клапана, и клапан LS дает команду главному насосу увеличить рабочий объем; легкое движение рычага уменьшает рабочий объем. Это обеспечивает подачу масла по требованию и значительно снижает потери при сбросе давления во время точной регулировки. Если клапан LS заклинивает, наиболее очевидным симптомом является крайне низкая эффективность точной регулировки — приводы либо не двигаются, либо внезапно скачут, полностью теряя плавность работы.

Пропорциональный электромагнитный клапан EPC:

Этот клапан получает ток (ШИМ-сигнал) от электронного контроллера и преобразует его в пилотный гидравлический сигнал, который воздействует на пружины клапана PC или LS. Более высокий входной ток обеспечивает более сильный гидравлический сигнал, позволяя контроллеру активно вмешиваться в работу основного насоса и переключаться между различными режимами работы (например, режим повышенной мощности, стандартный режим S, экономичный режим E). При выходе из строя этого клапана машина обычно отображает коды ошибок контроллера, блокируется в фиксированном режиме и не может переключать режимы, или же наблюдается общее замедление движения машины.

Клапаны сердечника внутри главного регулирующего клапана  

Главный регулирующий клапан, например, узел главного регулирующего клапана Komatsu PC200-8MO (номер детали: 723-46-29100), является центральной точкой распределения потока гидравлического масла для всей машины. Он объединяет несколько секций регулирующего клапана и предохранительных клапанов. К связанным компонентам относятся селекторный клапан LS (номер детали: 723-30-60101) и клапан с компенсацией давления (номер детали: 723-46-40601).

Главный предохранительный клапан: 

Этот предохранительный клапан служит наивысшим пределом безопасности для всей гидравлической системы, ограничивая максимальное рабочее давление в главном контуре. Обычно это двухступенчатый предохранительный клапан с пилотным управлением: когда давление в главном контуре превышает заданное значение, сначала открывается небольшой конусный клапан пилотного клапана; затем главный золотник теряет баланс давления и полностью открывается, сбрасывая масло высокого давления непосредственно обратно в бак. В моделях с функцией мгновенного повышения давления пилотное масло подается через электромагнитный клапан для временного повышения заданного давления. К распространенным представительным деталям относятся главный предохранительный клапан для PC60-7, PC70-8, PC120-6 и PC130-7 (номер детали: 723-20-60101) и предохранительный клапан для тяжелых условий эксплуатации (номер детали: 700-86-58001). Если главный золотник застревает в открытом положении или пружина ломается, все функции машины значительно ослабевают, а температура гидравлического масла резко повышается. И наоборот, если заданное давление слишком высокое, частое сброс давления при больших нагрузках преобразует мощность двигателя в тепло, что также приводит к быстрому повышению температуры системы.

Разгрузочный клапан:

Когда все рычаги управления находятся в нейтральном положении, сигнал перепада давления LS равен нулю. Разгрузочный клапан открывается под действием давления главного насоса, преодолевая силу пружины, позволяя минимальному резервному потоку главного насоса возвращаться в бак под сверхнизким давлением, тем самым снижая энергопотребление в режиме ожидания и температуру масла. Если разгрузочный клапан заклинит в закрытом положении, в основном контуре в режиме ожидания возникнет высокое давление, что приведет к приглушенному звуку двигателя и быстрому повышению температуры масла. Если он заклинит в открытом положении, функции цилиндров на одной стороне машины полностью перестанут работать.

Главный направляющий барабан:  

Под действием давления управляющего масла линейное перемещение золотника изменяет направление потока масла и площадь отверстия, напрямую контролируя направление и скорость движения стрелы, рукояти, ковша, поворота и перемещения. В условиях высоких температур и окисленного масла внутри корпуса клапана легко образуется вязкий нагар, из-за чего изначально гладкий направляющий золотник становится липким и вялым. В результате золотник не может плавно изменить направление движения после получения команды управления, что приводит к задержке движений экскаватора или задержке реакции рычага.

Прямоходовой клапан и клапаны слияния/отвода потока: 

В экскаваторах обычно используются два насоса, подающие масло в левую и правую гусеницы независимо друг от друга. Когда машина движется, одновременно работая с рабочим устройством (например, поднимая стрелу), клапан прямого хода реагирует на объединенные управляющие сигналы, переключает и соединяет независимые контуры двух насосов таким образом, чтобы один насос подавал масло к обоим двигателям движения, а другой — к рабочему устройству, предотвращая смещение машины из-за неравномерного потока. Если этот клапан выходит из строя, при комбинированных операциях происходит сильное смещение. Клапаны объединения и перераспределения объединяют масло высокого давления от переднего и заднего насосов для подачи в один и тот же цилиндр во время операций с большим расходом, таких как подъем стрелы или копание стрелы, и перенаправляют поток во время точной регулировки.

Группа клапанов защиты привода и буферного клапана

Устанавливаются непосредственно на гидравлические двигатели, у основания цилиндров или интегрируются в выходные отверстия главных регулирующих клапанов для поглощения экстремальных внешних ударных нагрузок и защиты концевых приводов.

Перегрузочный клапан и антикавитационный (подкачивающий) клапан:

Установленные на главных клапанах, соединенных с цилиндрами, с заданным давлением выше, чем у главного предохранительного клапана, они ограничивают максимальное давление отдельных исполнительных механизмов (например, цилиндров стрелы или ковша). Когда главный золотник закрыт и крупный камень ударяет по ковшу, давление в цилиндре мгновенно резко возрастает; вторичный предохранительный клапан открывается независимо, чтобы сбросить давление, предотвращая разрыв цилиндра или поломку механизма. В эти клапаны часто интегрирован антикавитационный клапан, который быстро отводит масло из обратной линии, когда поворотный двигатель или опускающаяся стрела продолжают движение из-за инерции, и создает локальный вакуум в подающей линии, предотвращая гидравлическую кавитацию. Если во вторичном предохранительном клапане возникает внутренняя утечка, соответствующая функция ослабевает или он не может удерживать положение в воздухе.

Уравнительный клапан и демпфирующий клапан:

Клапан противовеса обычно интегрирован в ходовой двигатель. При движении вниз по склону сила тяжести заставляет машину ускоряться и снижает давление во впускной камере двигателя; клапан противовеса определяет недостаточное давление и автоматически уменьшает обратное отверстие двигателя, создавая противодавление, которое действует как «гидравлическое торможение», предотвращая самопроизвольное движение. В случае его неисправности машина сильно трясется или не может тормозить на спусках. Амортизационный клапан поворота поглощает большие гидравлические волны давления, возникающие при запуске и остановке поворотного двигателя, защищая редуктор поворота и обеспечивая плавную работу поворотного механизма.

Клапан удержания стрелы: 

По сути, это управляемый пилотом обратный клапан, установленный в контурах стрелы и рукояти. Когда рычаг управления возвращается в нейтральное положение, удерживающий клапан полностью блокирует обратный путь штока цилиндра стрелы. Даже если главный направляющий золотник имеет незначительную утечку из-за износа, масло не может вытекать. Только когда оператор нажимает на рычаг опускания стрелы, пилотное масло выталкивает удерживающий клапан, позволяя цилиндру опуститься. Если уплотнение удерживающего клапана выходит из строя, стрела или рукоять будут заметно опускаться после остановки машины (сильное падение стрелы).

Группа пилотных и вспомогательных регулирующих клапанов  

Отвечает за работу пилотного контрольного масла, генерацию управляющих сигналов и обеспечение работы блокировок безопасности при низком давлении.

Саморегулирующийся редукционный клапан: 

Масло высокого давления от главного насоса не может использоваться непосредственно рычагами управления. Клапан саморегулирования давления использует баланс разницы площадей и силы пружины для пропорционального снижения давления масла высокого давления, обеспечивая стабильный источник масла низкого давления для всей системы пилотного управления и электромагнитных клапанов. Если этот клапан полностью выйдет из строя, вся машина потеряет пилотное давление, и все рычаги перестанут реагировать.

Пилотный пропорциональный регулирующий клапан:  

Речь идёт об узлах рычага управления и педали управления в кабине. Под рычагами расположены несколько плунжеров; перемещение рычага приводит к тому, что кулачок нажимает на плунжер и сжимает внутреннюю дозирующую пружину, открывая небольшое отверстие. Чем глубже нажат рычаг, тем выше выходное давление пилотного клапана, которое толкает золотник главного регулирующего клапана дальше. К распространённым неисправностям относятся утечка масла у основания рычагов в кабине, чрезмерно тугое нажатие рычага или вялая/залипающая реакция в определённом направлении.

Пилотный предохранительный клапан и запорный клапан:

Предохранительный клапан пилотного управления соединен с левым рычагом безопасности в кабине. Поднятие рычага отключает все контуры подачи пилотного масла, гарантируя неподвижность машины даже при случайном нажатии на рычаги управления. Челночные клапаны, как гидравлические логические клапаны, распределены в сети датчиков нагрузки или контурах разблокировки тормозов; они автоматически сравнивают давление в нескольких линиях и всегда передают сигнал о самом высоком давлении масла на управляющий конец.

Стандарты ремонта и замены клапанов и система обеспечения качества YIKAN KOMSU

Основные блоки регулирующих клапанов и прецизионные группы регулирующих клапанов постоянно подвергаются воздействию высокотемпературного и высоконапорного потока масла. Ранние неисправности часто проявляются в виде затвердевания внутренних уплотнений, ослабления пружинного усилия и незначительных внутренних утечек в седлах предохранительных клапанов. Эти скрытые внутренние утечки вызывают потери давления и генерируют дополнительное тепло, что ускоряет старение уплотнений, образуя термодинамический порочный круг «утечка → выделение тепла → ускоренное старение → более серьезная утечка». Во время ремонтных работ необходимо точно определить места неисправностей, исходя из конструкции и принципов работы оборудования; следует избегать слепой капитальной разборки или замены деталей методом проб и ошибок. Перед установкой новых клапанов необходимо провести осмотр их внешнего вида и рабочих характеристик, а также проверить оригинальные номера деталей. Произвольная замена или неправильное использование строго запрещены.

YIKAN KOMSU — это интегрированное промышленно-торговое предприятие с более чем 20-летним опытом работы в области гидравлических систем, гидравлических трубопроводов и основных компонентов. Компания специализируется на исследованиях и разработках, производстве и международной торговле, предоставляя клиентам по всему миру комплексные гидравлические решения, начиная от выбора компонентов, проектирования и изготовления клапанных блоков на заказ, изготовления резервуаров и трубопроводов до сборки и тестирования систем. В связи с чрезвычайно жесткими допусками, требуемыми между золотниками гидравлических клапанов и отверстиями клапанов, компания внедрила строгую независимую систему контроля качества:

Анализ материалов и контроль качества обработки на микронном уровне: основные производственные процессы включают не только спектральный анализ химического состава сырья, но и высокоточное измерение диаметра отверстия корпуса клапана и точности позиционирования после обработки на станке с ЧПУ с помощью координатно-измерительной машины (КИМ).

Сборка в чистом помещении и полнофункциональные стендовые испытания: сборка гидравлических клапанов осуществляется в чистом помещении, соответствующем самым высоким стандартам контроля чистоты. Каждое готовое изделие перед отгрузкой должно пройти испытания на давление срабатывания, внутреннюю герметичность и долговечность. Гибкие производственные линии обеспечивают быструю доставку и полную отслеживаемость жизненного цикла продукта.

Компания YIKAN KOMSU, крупный производитель гидравлических компонентов на мировом рынке запчастей для строительной техники, примет участие в выставке bauma China в Шанхае (стенд № E2-149). На выставке компания представит физическую продукцию, охватывающую весь ассортимент гидравлических узлов главных регулирующих клапанов Komatsu, узлов регуляторов главных насосов, главных предохранительных клапанов, клапанов перегрузки, саморедукционных клапанов и высокоточных компонентов главных направляющих золотников. На месте будут работать инженерно-технические группы, которые обеспечат проверку артикулов, обмен техническими информацией о допусках и предоставят комплексные услуги по ведению деловых переговоров для покупателей со всего мира.

  III. Часто задаваемые вопросы (FAQ)  

Какая неисправность клапана обычно вызывает внезапные скачки давления и нарушение плавности работы во время точных операций на экскаваторе? 

Обычно это происходит из-за заедания клапана LS, установленного на главном регуляторе насоса. Клапан LS измеряет разницу давлений между давлением на выходе главного насоса и давлением нагрузки после главного регулирующего клапана, чтобы регулировать расход в реальном времени. Как только золотник заклинивает, система не может плавно регулировать поток в соответствии с небольшими движениями рычага, что приводит к потере точности управления.

  Если слабая функция наблюдается только в одном компоненте (например, слабая только функция ротора ведра или ведро падает, остановившись в воздухе), а все остальные функции работают нормально, какой компонент следует проверить в первую очередь?  

Обратите внимание на предохранительный клапан или клапан удержания стрелы на соответствующем порту главного регулирующего клапана. Если все функции машины работают слабо, а температура масла резко повышается, обычно неисправен главный предохранительный клапан. Если слаб только один исполнительный механизм или он не может удерживать положение, это указывает на внутреннюю утечку во вторичном предохранительном клапане, защищающем контур этого цилиндра, или на неисправность функции блокировки соответствующего клапана удержания.

 Почему после длительной работы при высоких температурах у экскаватора иногда наблюдается заедание определенной функции, которое можно устранить, увеличив подачу топлива?  

Это ранний признак образования желатинообразного лака внутри блока главных регулирующих клапанов из-за длительного перегрева и окисления гидравлического масла. Липкий лак делает изначально гладкий главный направляющий золотник липким и ограничивает его движение. Если масляный контур не очищать, масло не заменять и клапанный блок не обслуживать вовремя, золотник в конечном итоге не сможет завершить изменение направления после получения пилотного сигнала, что приведет к значительной задержке движения.