2.3 控制阀
以下描述的是ZAXIS130W主控制阀结构原理。
2.3.1 结构
控制阀控制压力油的流量和液压油路内的油流向。控制阀的主要零部件包括主溢流阀、过载溢流阀、流量汇合阀、抗漂移阀、流量控制阀、再生阀、辅助流量汇合阀、旁通截流阀和阀柱。各阀柱由先导压力油操作。
阀柱的布置如下，从机器前侧开始。4阀柱侧：行走、铲斗、动臂1、斗杆2；5阀柱侧：定位、辅件、动臂2、斗杆1、回转。
主控制阀的结构如图2-43所示。其主要剖面结构如图2-44所示。
图2-43 主控制阀
图2-44 控制阀剖面图
1—载荷单向阀（定位串联油路）；2—载荷单向阀（定位并联油路）；3—单向阀（主溢流油路）；4—主溢流阀；5—辅助流量汇合阀；6—单向阀（辅助流量汇合油路）；7—单向阀（主溢流油路）；8—载荷单向阀（铲斗并联油路）；9—铲斗流量控制阀（选择阀）；10—铲斗流量控制阀（提升阀）；11—铲斗再生油路；12—过载溢流阀（铲斗杆侧）；13—过载溢流阀（铲斗底侧）；14—载荷单向阀（动臂1并联油路）；15—动臂再生油路；16—过载溢流阀（动臂底侧）；17—过载溢流阀（动臂杆侧）；18—动臂抗漂移阀（单向阀）；19—动臂抗漂移阀（选择阀）；20—载荷单向阀（斗杆2串联油路）；21—旁通截流阀；22—单向阀（斗杆2并联油路）；23—载荷单向阀（斗杆1并联油路）；24—载荷单向阀（斗杆1串联油路）；25—载荷单向阀（回转油路）；26—斗杆再生阀（选择阀）；27—斗杆再生油路；28—过载溢流阀（斗杆底侧）；29—过载溢流阀（斗杆杆侧）；30—斗杆抗漂移阀（单向阀）；31—斗杆抗漂移阀（选择阀）；32—载荷单向阀（动臂2并联油路）；33—辅助流量控制阀（提升阀）；34—辅助流量控制阀（选择阀）
2.3.2 液压油路
（1）主油路
来自主泵Ⅰ的压力油流向4阀柱侧控制阀，来自主泵Ⅱ的压力油流向5阀柱侧控制阀。左、右主油路均配有并联油路，使得可以进行复合操作。动臂和斗杆均配有流量汇合油路，因此，当进行单独操作时，来自主泵Ⅰ和Ⅱ的压力油可以一起提供至各油缸，其主油路如图2-45所示。
图2-45 主油路原理图
主溢流阀位于主油路（泵和执行机构之间）中，防止在操作（当操作任一操纵杆时）时主油路中的油压增加到超过设定压力。
过载溢流阀位于动臂、斗杆和铲斗油路中（在控制阀和执行机构之间）。过载溢流阀防止冲击压力（由于外部载荷在执行机构油路中产生）增加到超过设定压力。
（2）推土铲/支腿油路
在各油缸油口处，安装有一个由来自2阀柱电磁阀（推土铲/支腿）的信号压力操作的单向阀。当单向阀关闭时，即使操作推土铲/支腿先导阀，油缸也不可操作。油缸是否可以操作，取决于当操作推土铲/支腿先导阀时，相应的单向阀打开还是关闭。
当操作推土铲/支腿时，来自推土铲/支腿先导阀的先导压力油转流至旁通截流阀。因此，4阀柱侧控制阀中的中位油路被堵塞，来自主泵Ⅰ的压力油进入辅助控制阀，如图2-46所示。
图2-46 推土铲/支腿油路
（3）先导操作油路
来自先导阀的先导压力油进入控制阀中的阀柱端面，推动阀柱。除移动阀柱以外，先导压力还同时在下列操作中操作控制阀，如图2-47所示。
图2-47 先导操作油路
1—动臂提升；2—动臂下降；3—斗杆伸出；4—斗杆收回；5—左回转；6—右回转；7—铲斗卷入；8—铲斗翻出；9—定位提升；10—定位下降；11—后退行走；12—前进行走；31—来自信号控制阀中的铲斗流量控制阀转换阀柱的先导压力油；32—来自定位/辅助先导阀的先导压力油；33—来自辅助流量控制电磁阀的先导压力油；34—来自电磁阀装置（SC）的先导压力油；35—来自推土铲/支腿（定位/辅件）的先导压力油；60—推土铲/支腿提升；61—推土铲/支腿下降
①当完成斗杆收回操作（油路4）时，先导压力油移动阀柱并转换斗杆抗漂移阀选择阀和软管破裂安全阀（斗杆）阀柱。
②当完成动臂下降操作（油路2）时，先导压力油移动阀柱并转换动臂抗漂移阀选择阀和软管破裂安全阀（动臂）阀柱。
③当完成定位下降操作（油路10）时，先导压力油移动阀柱并转换软管破裂安全阀（定位）阀柱。
由于控制阀上部分设有空气排放通路，故积聚在控制阀内的空气可以自动排出。
（4）外部先导压力油控制油路
通过从电磁阀装置（SC）输送的先导压力油转换斗杆再生阀；通过来自信号控制阀中的铲斗流量控制阀柱的先导压力油转换铲斗流量控制阀；通过从推土铲/支腿先导阀输送的先导压力油转换旁通截流阀；通过来自定位/辅助先导阀的先导压力油转换辅助流量汇合阀和旁通截流阀；通过来自辅助流量控制电磁阀的先导压力油转换辅助流量控制阀，参考图2-47所示先导油路。
2.3.3 溢流阀
（1）主溢流阀
主溢流阀可防止执行机构（如马达和油缸）的操作过程中，主油路中的压力增加到超过设定压力。因此，可防止软管和管接头漏油以及执行机构损坏。
主溢流阀的结构如图2-48所示，其工作过程如下。
图2-48 主溢流阀结构原理
①油口HP（主油路）的油压通过主提动头中的节流孔a和阀座中的节流孔b作用在先导提动头上。
②当油口HP中的油压增加到超过弹簧B的设定力时，先导提动头离座，允许压力油通过油道A，围绕阀套的外径流向油口LP（液压油箱）。
③此时，由于节流孔a，油口HP与弹簧腔之间的压差增大。
④当该压差增加到超过弹簧A的设定力时，主提动头离座，使油口HP中的压力油流向油口LP。
⑤因此，主油路压力下降。
⑥当主油路的压力下降到超过规定压力时，主提动头在弹簧A的作用下就座。
（2）过载溢流阀
动臂、斗杆、铲斗和辅助控制阀油路中装有过载溢流阀，且结构、功能相同。过载溢流阀可以防止当执行机构被外部载荷移动时，各执行机构油路压力过量增加；另外，当执行机构油路压力下降时，从液压油箱中吸油，以防产生气穴（补油功能）。
①溢流操作 油口HP（主油路）的油压通过主提动头中的节流孔a和阀座中的节流孔b作用在先导提动头上，如图2-49所示。
图2-49 过载溢流阀结构原理
当油口HP中的油压增加到超过弹簧B的设定力时，先导提动头离座，允许压力油通过油道h，围绕阀套的外径流向油口LP（液压油箱）。此时，由于节流孔a的作用，油口HP与弹簧腔之间的压差增大。
当该压差增加到超过弹簧A的设定力时，主提动头离座，使油口HP中的压力油流向油口LP。因此，执行机构油路压力下降。
当执行机构油路的压力下降到规定压力时，主提动头在弹簧A的作用下关闭。
②补油操作 当油口HP（执行机构油路）的压力下降到低于油口LP（液压油箱）时，阀套向右移动。于是，液压油从油口LP流向油口HP，以防止产生气穴。
当油口HP的压力增加到高于规定压力时，阀套被弹簧C关闭。
2.3.4 保持阀
保持阀位于动臂油缸无杆腔和斗杆油缸有杆腔侧的油路中，用于减少油缸自然伸缩。
（1）保持功能操作
当操纵杆（阀柱）在中位时，保持阀（选择阀）不转换。因此，动臂油缸无杆腔（斗杆油缸有杆腔侧）的压力油通过控制阀输送到保持阀单向阀，如图2-50所示。结果，单向阀阀芯压在阀座上，堵塞来自油缸的回油油路，使油缸自然伸缩量减少。
图2-50 保持阀保持功能原理
（2）接通功能操作
当收回斗杆或下降动臂时，来自先导阀的压力油切换保持阀的开关阀。单向阀弹簧腔中的液压油通过选择阀中的节流孔返回液压油箱。因此，单向阀离座，允许从动臂油缸底侧（斗杆油缸活塞杆侧）返回的液压油流向阀柱，如图2-51所示。
图2-51 保持阀接通功能原理
2.3.5 再生阀
再生阀位于动臂下降和斗杆收回油路中，可以加快油缸操作速度，防止油缸在移动中停顿并改善机器的可控制性，如图2-52所示。
图2-52 再生阀功能原理
当动臂下降时，来自油缸底侧（如果是斗杆油缸，则在活塞杆侧）的回油通过抗漂移阀和阀柱上的孔A进入单向阀。
此时，当油缸活塞杆侧（如果是斗杆油缸，则为底侧）的压力油低于底侧时，单向阀离座。于是，来自油缸底侧的回油流入活塞杆侧，因此返回的压力油被再利用，增加了油缸的操作速度。
当油缸完全伸出或者挖掘负荷增加时，油缸底部油路的油压增加，使单向阀阀芯紧压在阀座上，因此，再生功能操作停止。
斗杆再生阀（选择阀）被来自电磁阀装置（SC）的先导压力油转换，因此，从油缸活塞杆侧至液压油箱的回油油路被堵塞。
2.3.6 流量控制阀
流量控制阀位于铲斗和辅件油路中。当进行复合操作时，流量控制阀阻塞油流，使其他执行机构优先操作。
（1）当进行铲斗（辅件）单独操作时
来自泵Ⅰ的压力油通过油口P1作用在提动头中的单向阀上。通常，选择阀保持开启，因此来自泵Ⅰ的压力油使单向阀开启，并通过选择阀流入主阀柱，如图2-53所示。因此，提升阀打开，允许压力油流向铲斗阀柱。
图2-53 单独铲斗操作时流量控制阀结构原理
（2）当进行铲斗（辅件）、动臂提升和斗杆收回复合操作时
当同时操作动臂提升和斗杆收回功能时，如图2-54所示，选择阀被转换，因此信号控制阀中的铲斗流量控制阀受动臂提升先导压力而转换。于是，提升阀后部的油压增加，提升阀的位移量被限制。结果，提升阀的开启间隙减小，因此流向铲斗阀柱的油流被阻塞，使压力油进入动臂提升油路的高压侧。
图2-54 复合操作时流量控制阀结构原理
2.3.7 旁通截流阀
旁通截流阀位于4阀柱侧油路之后。当操作推土铲/支腿时，旁通截流阀被转换，堵塞4阀柱侧油路中的中位油道。
当操纵杆在中位时，旁通截流阀不转换。来自泵Ⅰ的压力油通过4阀柱侧油路中的中位油道返回液压油箱，如图2-55所示。
图2-55 旁通截流阀结构功能原理
当操作推土铲/支腿时，来自先导阀的先导压力进入油口SJ，使旁通截流阀被转换。结果，4阀柱侧油路中的中位油道被堵塞，允许来自泵Ⅰ的压力油流向辅助控制阀。
2.3.8 辅助流量汇合阀
辅助流量汇合阀位于4阀柱侧油路之前。根据所进行的是单独操作还是复合操作，辅助流量汇合阀会有不同的操作。
（1）单独操作
当进行单独的辅助先导阀操作时，辅助流量汇合阀允许来自泵Ⅰ的压力油与来自泵Ⅱ的压力油一起流向辅助阀柱，以提高附件的操作速度。
当操作辅助先导阀时，先导压力油进入油口SM和油口SJ，从而使辅助流量汇合阀和旁通截流阀被转换，如图2-56所示。
图2-56 单独操作时流量汇合阀
当旁通截流阀被转换时，4阀柱侧的中位油路堵塞。此时，辅助流量汇合阀也被转换，允许来自4阀柱侧（泵Ⅰ）的压力油通过辅助流量汇合阀流向辅助阀柱。因此，来自泵Ⅰ和泵Ⅱ的压力油均提供到附件，提高附件操作速度。
（2）复合操作
当同时操作辅助先导阀和动臂、斗杆、铲斗或行走功能时，辅助流量汇合阀不转换。可以保证动臂、斗杆、铲斗或行走功能特定的操作速度。不过，当至油口SN的先导压力被减压阀降低时，汇合油流提供到辅助油路，如图2-57所示，并参考图2-56。
图2-57 复合操作时流量汇合阀原理图
当操作辅助先导阀时，先导压力油进入辅助流量汇合阀上的油口SM。
当同时操作动臂、斗杆、铲斗或行走时，来自信号控制阀的先导压力油进入油口SN；来自油口SM的压力油作用到辅助流量汇合阀阀柱，朝向打开方向；来自油口SN的压力油和弹簧A作用到关闭的方向。由于关闭阀柱的力大于打开阀柱的力，所以阀柱保持关闭。
当至油口SN的先导压力被减压阀降低时，油口SM处的先导压力克服油口SN处的先导压力和弹簧A的弹力。于是，辅助流量汇合阀打开。因此，来自泵Ⅰ和泵Ⅱ的压力油汇合并一起提供到辅助阀柱。