挖掘机回转和工作装置需要完成单独及复合动作，其液压系统比一般工程机械复杂。在动臂和斗杆的单独及复合动作中，由于其自重或惯性的作用，液压系统会出现短暂负压现象。此时若不及时补充油液，不仅会造成液压系统出现振动，还会造成工作装置动作短暂停顿，导致工作装置作业不顺畅。为消除这些不利现象，通常在液压油路中设置了再生回路。本文介绍动臂和斗杆再生回路工作原理及故障排查实例。
1.动臂下降再生液压回路
(1)组成
某型挖掘机动臂下降再生液压回路主要由主泵I、主泵I调节器4、节流孔5、再生单向阀6、动臂控制阀8、动臂保持阀10、动臂保持阀的控制阀11、动臂缸12、主泵I负流量控制油路13、中位旁通油路14、节流孔15、中位溢流阀16等组成。如图1所示。
(2)工作原理
动臂下降分为2种工况:一是空载下降工况，二是负载下降(如挖掘作业)工况。空载下降时，动臂依靠自身重力下降，主泵I输出压力较低，动臂在重力作用下降落速度太快，此时动臂缸有杆腔可能产生吸空。动臂空载下降速度主要依靠调整主控制阀开度进行控制，即节流调速。节流调速会造成能量浪费，还会造成液压系统温度升高。
当操纵动臂空载下降时，动臂先导阀输出的先导二次压力油经PBb油口通过动臂下降先导油路7作用于动臂控制阀右端，推动阀芯左移，使动臂控制阀8工作于右位。此时主泵I输出的工作压力油通过主泵I的并联油路、负载单向阀LCb、动臂控制阀8流入动臂缸12有杆腔。同时动臂先导阀输出的先导二次压力油通过PLc1油口作用于动臂保持阀的控制阀11，使动臂保持阀10阀芯开启，接通动臂缸12无杆腔回油通道，动臂缸12无杆腔油液通过动臂保持阀10、动臂控制阀8的右位流回油箱。
当动臂举升后操纵动臂空载下降时，动臂控制阀8接通主泵I主油路，动臂在自身质量作用下会快速下降，动臂缸12有杆腔因供油不足而形成负压。此时动臂缸12有杆腔进油压力小于回油压力，连接在回油与进油回路中的再生单向阀6在压力差的作用下开启，部分回油油液与主泵I输出的压力油汇合流向动臂缸12有杆腔，使有杆腔得到更多的流量，以防止有杆腔产生负压。同时可保证主泵I在输出较小流量时动臂下降速度较快，即节省功率，又缩短动臂下降时间，由此提高了作业效率。
此时主泵I输出工作压力油的另一路通过动臂控制阀8右位的节流孔5节流后，经中位旁通油路14、节流孔15流回油箱。因节流孔15的节流作用，在节流孔15之前建立了一定的油压，由中位溢流阀16限制其最高压力。此压力通过主泵I负流量控制油路13被引入到主泵I调节器4中，由此减小了主泵I输出流量，也就降低了其功率消耗。
在动臂挖掘或用动臂支车工况时，主泵I输出压力的大小取决于负载大小。此时再生单向阀6就会保持关闭状态，对正常工作油路不产生影响。若再生单向阀6关闭不严或保持在开启位置，主泵I输出的压力油就会在此处向回油油路泄漏，造成动臂下降挖掘无力，或者不能支起挖掘机。
2.斗杆再生液压回路
(1)斗杆液压回路组成
某型挖掘机斗杆液压回路由并联油路1、负载单向阀2、中位旁通油路3、强制再生阀控制油路4、强制再生阀5、斗杆控制阀6、再生单向阀7、斗杆缸8、斗杆收回先导油路9、斗杆外摆过载溢流阀10、斗杆收回过载溢流阀11、斗杆保持阀先导解除油路12、斗杆保持阀的控制阀13、斗杆保持阀14组成，其中斗杆再生液压回路主要由强制再生阀5、斗杆控制阀6、再生单向阀7、斗杆缸8、斗杆保持阀的控制阀13、斗杆保持阀14等组成，如图2所示。
(2)工作原理
斗杆再生液压回路也分为空载下降和负载下降(如挖掘)2种工况。当操纵斗杆收回时，斗杆先导阀输出的先导二次压力油经先导油口XAa1、斗杆收回先导油路9作用于斗杆控制阀6右端，推动阀芯左移，使斗杆控制阀6工作于右位。此时主油路接通，主泵I输出的压力油P1通过并联油路1、负载单向阀2、斗杆控制阀6流向斗杆缸8无杆腔。同时斗杆先导阀输出的先导二次压力油通过Pal油口、斗杆保持阀先导解除油路12，解除斗杆油路的保持功能，使斗杆缸有杆腔接通回油油路，油液经斗杆控制阀6到达强制再生阀5。
在斗杆自身质量作用下使斗杆快速下降，导致斗杆缸无杆腔压力下降形成负压，而有杆腔一端的压力相对升高。此时强制再生阀5阀芯在弹簧力和回油压力共同作用下向下移动，将斗杆缸8有杆腔回油通道关闭，斗杆缸8有杆腔的回油油液通过斗杆控制阀6内的再生单向阀7与主泵输出的工作油汇合流向斗杆缸8无杆腔，从而实现斗杆缸8有杆腔回油的再生功能。该功能有效降低了斗杆缸无杆腔出现负压而形成真空的可能性，避免了斗杆运动过程中因供油不足导致的暂停现象，使斗杆缸8活塞杆伸出速度加快。
当铲斗进入挖掘工况即斗杆处于负载工况时，斗杆缸无杆腔压力升高，斗杆液压回路供油压力随之升高，斗杆控制阀6内的再生单向阀7反向截止，再生回路关闭。此时斗杆缸无杆腔完全由主泵供油，而回油油路上的强制再生阀5因系统压力升高向上移动，将斗杆缸有杆腔的回油通路开启，实现斗杆缸有杆腔回油。
3.故障排查实例
(1)动臂带载下降无力
故障现象1台住友SH210-5型挖掘机转场爬平板车时，因平板车无爬梯，需用动臂下降支起履带爬上平板车，但用该机动臂支撑时支撑无力，无法将履带支起所需高度，该挖掘机其他动作均正常。
原因分析根据故障现象结合图1分析，能够造成动臂下降无力的原因主要有以下4个方面:一是动臂下降先导油路存在故障，二是动臂下降过载溢流阀存在故障，三是动臂保持阀存在故障，四是动臂再生单向阀存在故障。
故障排查首先，采用互换方法将动臂上升先导油路与动臂下降先导油路互换后试机，故障现象依旧，说明动臂下降先导油路正常。
其次，采用互换方法将斗杆收回过载溢流阀(见图2)与动臂下降过载溢流阀互换后试机，故障依然存在，说明动臂下降过载溢流阀正常。
再次，采用互换方法将动臂保持阀与斗杆保持阀互换，故障现象仍然没有改变，说明动臂保持阀正常。
接着，根据以上排查结果，结合图1分析，我们认为最大可能性是动臂再生单向阀存在故障。这是因为在动臂下降过程中，若动臂再生单向阀泄漏，可造成来自主泵I的压力油通过此阀直接流回液压油箱，导致流向动臂缸有杆腔的压力油无法建立所需压力。
然后，用压力表测量动臂下降支起履带时动臂缸的最大压力仅为22.8MPa，低于32MPa的正常溢流压力，说明动臂再生单向阀存在故障。
最后，拆下动臂控制阀阀芯，从该阀芯内部拆卸动臂再生单向阀，发现该单向阀磨损严重，与阀座无法形成密封。更换该单向阀后试机，故障现象消失。
(2)斗杆带载收回无力
故障现象1台XE210C型挖掘机单独操纵斗杆收回动作时，速度缓慢且挖掘无力。当斗杆收回到垂直地面时，还会出现短暂的自由摆动现象。工作装置其他动作均正常。
原因分析该故障为斗杆单方向动作不正常，可将故障范围缩小到斗杆收回先导油路及其工作油路上。结合斗杆再生液压回路工作原理(见图2)分析，引起斗杆收回不正常的原因可能有以下2个方面:一是斗杆收回先导压力偏低，二是向斗杆无杆腔供油的主油路压力偏低。
故障排查首先，测量斗杆二次先导压力。在操纵斗杆收回时测量其二次先导压力正常(3.85MPa)。
其次，测量斗杆溢流压力。在斗杆外摆时测量溢流压力正常(31MPa)，在斗杆收回时测量溢流压力异常(20MPa)，由此推断斗杆收回过载溢流阀存在故障。
再次，采用互换方法将溢流压力正常的斗杆外摆过载溢流阀与斗杆收回过载溢流阀互换，故障现象依旧，由此确认斗杆收回过载溢流阀无故障。
然后，根据以上排查结果，结合图2分析，我们认为如果斗杆缸存在内泄漏，会造成斗杆外摆和收回2个方向工作缓慢无力，但是排查结果是斗杆外摆正常，说明斗杆缸正常，初步判定再生单向阀存在故障。斗杆控制阀阀芯内部有1个再生单向阀，若该单向阀反向封闭不严，就会导致斗杆收回工作压力油在此处直接泄漏回液压油箱，引起斗杆收回工作缓慢无力。
最后，拆卸斗杆控制阀阀芯，发现其内部的再生单向阀弹簧断裂。由于斗杆控制阀阀芯中的再生单向阀弹簧无配件，只能整体更换斗杆控制阀阀芯。整体更换斗杆控制阀阀芯后试机，斗杆带载收回动作恢复正常。
本文选自《工程机械与维修》杂志 2016年第2期
