Allison 700系列自動變速箱整改手動換擋功能的實現與應用

周永勝，顏菁菁，顧金彪，滕 湃，丁 輝

(1. 中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452；2. 中海油天津分公司 天津300452)

0 引 言

由美國Allison公司生產的700系列變速箱因其功率覆蓋范圍大、可自動進行 7個前進擋自動換擋、性能可靠等諸多優勢，在20世紀90年代被大量引進至中海油海上油田。但在實際應用中發現油田設備在作業中并不需要高轉速但需要高扭矩，而700系列變速箱檔位自動更換的原理是根據發動機油門變量提高轉速來進行檔位變換(油門越大，檔位越高，轉速越快)，在海上油田發動機油門增減的主要目的是希望提高變速箱的扭矩而不是轉速。那么 700系列所標榜的自動在 7個前進擋中精準換向功能不僅變得毫無意義，并且該型變速箱故障率相較其他同類型產品故障率增大32%，更因為輸出扭矩和轉速奇怪的比例給設備操作人員帶來了許多困難。因此，將 700系列變速箱由自動檔改為手動擋不僅可提高設備使用效率，更能降低設備維修費，解決設備使用現狀。

1 液控自動換擋變速箱的特點

目前的 Allison 700系列變速箱，是根據其前端發動機輸出轉速的變化使飛輪殼內的油液產生壓差，再通過飛輪內的調速器產生液壓速度信號，帶有壓力的速度信號進入變速箱液壓控制系統，通過這些信號壓力來控制變速箱自動換擋，改變變速箱后部行星齒輪的傳動比，信號越高，檔位掛合得越高(該型變速箱前進擋為 7檔)，轉速越高，扭矩越低，燃油越經濟。該功能非常適合于驅動車輛，并且已在各國大功率運輸車輛上得到普遍應用。而對于海上油田上使用的泥漿泵、修井機等大型設備來說，它們提高發動機輸出轉速的原因是希望獲得更大的輸出扭矩來提高作業效率。但發動機轉速提高后的結果是變速箱以一種不可控制的方法自行將轉速提得飛快，扭矩卻降低到無法作業。這造成采用該類變速箱的設備不易受現場操作人員控制，導致海上設備運轉不穩定。對于泥漿泵來說，不容易控制其流量和壓力，對于鉆機來說其起升和下放鉆桿的速度也不容易控制。

長期在不適應工況的情況下強行作業，造成變速箱維修頻率非常高，Allison公司生產的其他系列變速箱，與該型號變速箱的維修比例相比增高了約32%。并且，對 700系列變速箱內部零部件拆檢時發現，絕大部分損壞的都是一二檔和三四檔，而且這兩個檔位的故障類型也基本上全部都是過度磨損故障，故障發生后帶傷工作，致使箱體內的殘渣進入控制液路中堵塞控制閥，造成設備癱瘓。綜上，可知 700系列變速箱在海上設備使用過程中主要使用的是前三個檔位，其余檔位使用率極低。

舉例：泥漿泵需要高泵壓、高排量時，需要提高發動機轉速，由于檢測到發動機油門和變速箱輸出轉速的變化，變速箱自動將擋位提升，從而使其傳動比減小，此時，泥漿泵的轉速提高，扭矩不足；當泥漿泵的壓力升高時，所需的扭矩增大，變速箱的輸出轉速降低時，變速箱會突然降檔，傳動比突然增大，雖然產生大扭矩，但泵的轉速會大幅度降低，造成排量不足。反復上述操作，極易造成設備的損壞，也容易出現操作事故。

2 Allison700系列液力變速箱的控制原理及構造簡介

2.1 主壓力油路(見圖1)

從油泵輸出的油經外部濾清器過濾后進入主調壓閥，通過閥內的油道進入閥的上端。上端的油壓克服彈簧力使閥芯下移，直到油進入變矩器進油道。當流量超過需要時，多余的油經變矩器旁通閥泄入旁通油路。

圖1 主油壓調節回路Fig.1 Main oil pressure regulating loop

主壓力由閥芯下面的彈簧和閥芯上面的液壓力的平衡來控制，同時還受前進擋調節壓力的作用。調壓閥中存在前進擋調節壓力時，主壓力被調節到較低值。

2.2 選速閥和前進擋調節油路

手動選速閥用于選擇所需要的檔位。選速閥的每一個位置使相應的一組閥建立一個油路，實現所要求的檔位工作。

當選速閥在除倒檔以外的任何檔位時，前進檔調節壓力從選速閥導入主調壓閥。在空檔和所有前進擋，這個調節壓力幫助主液壓力向下壓主調壓閥閥芯。在倒檔時，沒有前進檔調節壓力作用于主調壓閥，因此主壓力值升高。

2.3 后調速器油路(見圖2)

圖2 后調速器回路Fig.2 Back governor loop

主壓力作用到調速器。調速器的離心重塊由變速箱輸出軸驅動旋轉，控制調速器閥的位置，其位置決定調速器油路的壓力。當變速箱輸出軸不轉動時，調速器壓力大約為 14,kPa。當變速箱輸出軸旋轉時，調速器壓力隨轉速器而變化。

2.4 調制器壓力油路(見圖3)

圖3 調制器壓力油路Fig.3 Modulator oil pressure

①調制器系統使變速箱的檔位和換擋點與發動機的動力及車輛的負荷相協調。正確調整此系統的外部控制桿很重要。②在油門關閉時，調制器油路上的彈簧和液壓力相平衡，產生最大調制壓力。③在油門全開時，外控制桿銷推動調制器閥，克服彈簧張力，主壓力不能進入調制器油路，調制器壓力為零。④在2-3、3-4和4-5換擋閥，調制器壓力幫助調速器壓力克制彈簧壓力，提前換擋，當關閉油門自動減檔時，檔位維持較長時間。⑤當調制器壓力降低，而調速器壓力不足以克服換擋信號閥彈簧力時，變速器將自動減檔。⑥當調制器壓力作用到緩沖調節閥時，通向緩沖閥的“增強”緩沖調節壓力被隔斷。

3 Allison700系列液力變速箱自動改手動控制系統設計

本設計需要改造后調試器與變速器內部油路，以將自動控制改成手動控制。

3.1 調速器油路修改設計

700系列變速箱的換擋器的操縱會產生一種保持壓力，通過改變其液壓控制系統的油路流向，可以將其導入的變速箱輸出速度信號油路，同時將原有的速度信號油路阻塞，從而使換擋器操作產出的保持壓力代替變速箱調速器產生的速度信號壓力控制變速箱的換擋。換擋手柄不同的位置對應著選擋閥閥芯的不同位置，這將引導保持壓力作用于不同的信號閥，使信號閥動作，以實現手動操作換擋。調速器油路改造如圖4所示。

圖4 調速器油路改造Fig.4 Governor oil loop modification

3.2 “2-3”檔信號調制閥改造設計

換擋信號閥的作用是當調速器油壓推動信號閥克服彈簧力動作后，使主油壓進入繼動閥，通過繼動閥動作接通離合器油路，使離合器結合實現換擋。

現將換擋閥去掉 2-3檔，信號閥回位，彈簧添加墊塊至閥芯與定位銷中。在上下閥芯中添加彈簧并且重新加工閥芯。改變調制器與保持壓力油路，使自動控制的油路失去作用。“2-3”檔信號調制閥改造如圖5所示。

圖5 “2-3”檔信號調制閥改造Fig.5 The“2-3”signal modulation valve reconstruction

3.3 保持閥改造設計

由于在各個行駛檔位，選擋閥向信號閥引入保持壓力，其作用為：阻止調速器壓力推動信號閥，從而限制可達到的最高檔。這個引入的保持壓力是在保持調壓閥從主壓力分流出來的并且經過調節和減小的壓力。在每一個信號閥，保持油壓推動信號閥克服調速油壓，將信號滑閥保持不動。

現將保持閥上端添加定位銷，保持信號閥不動。保持閥將不再調節壓力，信號閥所引入的壓力不再經過減小和調節，保持油壓與主油壓相同，從而完全將擋位固定。保持閥改造如圖6所示。

圖6 保持閥改造Fig.6 The holding valve reconstruction

3.4 整體油路板改造設計

油路板有兩處小孔，其目的是協助保持調壓閥對主油壓的壓力調節，現取消保持調壓閥的作用，故此應將兩小孔改為正常油路從而避免油速過緩和憋壓現象。

4 結 語

通過本文的研究，可以得出如下結論：①Allison 700系列自動擋液力變速箱，對于驅動車輛載荷，具有良好適應性，但對于驅動海上鉆修機泵類載荷不能使用，在使用該變矩器驅動海上泵類載荷時，需要進行自動擋變手動擋改造。②通過修改控制系統調速器的油路、2-3擋信號控制閥、改造保持閥、調整油路板等相對簡單的改造，可以將 Allison 700系列自動擋液力變速箱改變為手動擋控制模式。③經過 1臺改造驗證和 10 h的現場使用，表明上述改造方案是成熟和經濟有效的改造方案。

［1］ 滕湃，丁輝，張超. 4500系列艾里遜液力變速箱替代應用技術研究[J]. 天津科技，2017(6)：90-92.

［2］ ALLISON Transmission. HT750，HT755 and C(L)700 Series Product Exit and HD Variant Availability [Z]. 2003.

［3］ 美國通用汽車公司. Allison Transmissions CT，CBT 750，754系列維修手冊[Z].

［4］ 美國通用汽車公司. 艾里遜 700系列自動變速箱維修手冊[Z].