山东临工公司开发的ZL50G型装载机，采用了先导操纵的工作液压系统，出现过因先导液压系统引起的一些故障。

1.ZL50G型装载机的工作液压系统原理

ZL50G型装载机采用了先导操纵工作液压系统和负荷传感型全液压转向系统，操作简单轻便、动作平稳，缩短了作业循环时间，降低了劳动强度。可以在优先满足转向的前提下，转向液压系统与工作液压系统合流，实现高压小流量、低压大流量，减少了系统功率损失，提高了作业效率。ZL50G型装载机工作装置液压系统原理如图2-59所示。

图2-59 ZL50G型装载机工作装置液压系统原理图

1—工作泵 2—转斗液压缸 3—动臂液压缸 4—多路阀 5—先导阀 6—转向泵 7—先导泵 8—压力选择阀 9—过滤器 10—液压油箱

2.压力选择阀的原理和作用

压力选择阀在先导油路中的作用是给先导阀提供一定压力的压力油，也可在发动机熄火的情况下，仍能保证动臂放到地面位置。如图2-60所示，P₁口通过溢流阀与先导泵相连，P_r口连接动臂液压缸大腔，P₂为出油口，连接先导阀，L为回油口。

图2-60 压力选择阀结构和原理图

当发动机工作时，先导泵来油进入P₁口，经阀芯中心孔及出油口P₂进入先导阀。当出油口P₂的压力大于1.03MPa时，阀芯向左移动，使P₁口与P_r口错开，切断进油口P₁与动臂液压缸大腔的通路。P_r口处装有单向阀，可以防止油液的倒流。

当发动机熄火时，P₁口处没有压力油，阀芯恢复到P₁与P_r口相通的位置。此时如果动臂处在举升状态，操纵杆在中位位置，动臂液压缸大腔内的液压油就被封闭在管路内。只要将操纵杆放到动臂下降位置，动臂液压缸大腔的液压油就进入单向阀和P_r口，经过阀芯和出油P₂口进入先导阀，再由先导阀进入多路换向阀，使动臂阀芯处于下降位置，动臂即可下降。在此过程中，阀芯也控制P_r口到先导阀的压力在1.03MPa左右；出油口P₂压力升高，使阀芯左移，减小P₁口的流量，从而降低出油口P₂的压力，实现压力的控制。

3.先导液压系统的主要故障及分析

1）因压力选择阀引起的动臂下沉。装载机熄火后，动臂下降速度很快，明显快于一般的因多路阀或动臂液压缸正常泄漏引起的下沉速度。经检查，多路阀未有卡阀和内漏问题，动臂液压缸也无内漏现象。原因在于先导部分的压力选择阀，更换该阀，故障解决。若油液较脏，油液中的颗粒杂质容易将压力选择阀的单向阀卡死；另外，单向阀回位弹簧回位不合适，也会造成单向阀无法完全关闭。熄火后，若动臂仍举升在高处，载荷和工作装置的重量作用于动臂液压缸大腔中的油液产生高压。由于压力选择阀与动臂液压缸大腔相通，在单向阀卡住无法关闭的情况下，动臂液压缸大腔的压力油很快通过压力选择阀流回油箱，因而动臂就会快速下降，明显快于因多路阀或动臂液压缸正常泄漏引起的下沉速度（JB/T51026.1—1993标准规定的空载时的动臂下沉限值15mm/min）。

2）因先导阀的泄漏引起动臂下沉。当发动机熄火时，压力选择阀阀芯恢复到P₁口与P₂口相通的位置。此时如果动臂处在举升状态，动臂液压缸大腔内的液压油就被封闭在管路内，在工作装置的重量和载荷的作用下产生高压。此时，动臂液压缸大腔的液压油通过压力选择阀和先导阀连通。由于先导阀在中位具有一定的泄漏量，该处压力油就可以通过先导阀泄漏回油箱，这部分的泄漏量将会直接增加熄火后的动臂的下沉量。如国产先导阀中位时的泄漏量大约为50ml/min左右，折算为动臂液压缸的下沉量为1.24mm/min（缸筒内径为160mm）。

4.先导液压系统的改进方案

经过分析，认为由于先导系统压力选择阀的存在，增加了上述故障发生的可能。为此，对液压系统的先导部分进行了改进设计如图2-61所示，取消了压力选择阀，用囊式蓄能器取代压力选择阀，同时单独增加一个单向阀。

装载机起动和工作时，蓄能器油液保持与先导油路相同的压力（由先导溢流阀调定）。由于蓄能器具有保压作用，可以弥补先导阀在中位时的泄漏，保证在发动机熄火后一定时间内，先导压力不会很快因泄漏而下降，维持接近调定的压力。此时如果动臂处在举升状态，只要将操纵杆放到动臂下降位置，蓄能器内的压力油即可进入先导阀，操纵多路阀将动臂放下，发挥压力选择阀的作用；设置单向阀，可以防止油液的倒流。蓄能器是一种液压系统中的液压能储存装置，具有贮蓄液压能、缓冲和吸收压力脉动的作用。其中囊式蓄能器漏气损失小，反应灵敏，可以吸收急速的压力冲击和脉动，重量轻，体积小，是目前应用最广的蓄能器，其结构如图2-62所示。

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图2-61 ZL50G装载机先导液压系统改进原理图

1—转向泵 2—先导泵 3—先导溢流阀 4—单向阀 5—蓄能器

图2-62 囊式蓄能器结构示意图

1—充气阀 2—外壳体 3—气囊 4—进油口

5.蓄能器的总容积和充气压力计算

1）蓄能器作为紧急动力源时的计算。ZL50G型装载机先导系统压力p₂=3.5MPa，根据蓄能器做紧急动力源的用途，充气压力p₀=0.584p₂=2.0MPa。

因为蓄能器工作过程为绝热过程，根据波①义①①耳定律，蓄能器的总容积为

式中，V₀为蓄能器总容积（m³）；p₀为蓄能器充气压力，p₀=2.0MPa；p₁为蓄能器最低工作压力，p₁=2.5MPa；p₂为蓄能器最高工作压力，p₂=3.5MPa；n为气体绝热指数，对于氮气n=1.41；ΔV为蓄能器有效排油量（m³），在此应为多路阀阀杆从中位到动臂下放移动所产生的油液容积变化量。

即

ΔV=πd²S/4

式中，d为多路阀通径，即阀杆直径，d=28mm；S为多路阀阀杆换向行程，S=15mm。则ΔV=π28²×15/4=9.236mL计算得V₀=50.9mL。

2）蓄能器用于补偿先导阀泄漏时的计算。此时，p₀充气压力仍为2.0MPa。若装载机在熄火后2min内下放动臂，蓄能器在此段时间内补偿先导阀的泄漏，保持先导压力，可认为此工作过程是等温过程，则蓄能器的总容积为

式中，ΔV_x为先导阀在此段时间内的泄漏量，ΔV_x=2×50=100mL。由此可计算得V₀=437.5mL。

综合以上考虑，选取蓄能器的总容积为500mL，充气压力2.0MPa。

上述规格的蓄能器每只价格在二百二十元左右，普通单向阀为50元/只，而压力选择阀则为378元/只。同时，由于压力选择阀的取消，使先导管路相对简单，因此此项改进在一定程度上降低了产品的成本，也减少了管路的故障环节。更重要的是，用故障率相对较低的蓄能器代替压力选择阀，将会避免因压力选择阀引起的故障。实践表明，经过先导系统改进后，ZL50G型装载机整机可靠性大为提高。