裝載機(jī)變速箱操縱閥典型跳擋故障

摘要：裝載機(jī)變速箱跳擋是較為典型的故障，以目前國(guó)內(nèi)5t裝載機(jī)應(yīng)用最多的行星箱操縱閥為例，較為詳細(xì)的闡述了因回油壓力、換擋手柄、換擋軟軸等原因引發(fā)的跳擋。

關(guān)鍵詞：跳擋;操縱閥;換擋桿;卸壓;變速箱

0" "引言

跳擋是指裝載機(jī)在作業(yè)或換擋過(guò)程中，由某一擋位非正常自動(dòng)切換到另一擋位。該故障系較為常見(jiàn)的故障之一，以5t裝載機(jī)行星箱所用手動(dòng)操縱閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)操縱閥）為例，常見(jiàn)的跳擋模式有2種：一是倒擋換空擋時(shí)自動(dòng)跳至一擋，或一擋換空擋時(shí)自動(dòng)跳至倒擋;二是行進(jìn)過(guò)程中一擋自動(dòng)跳至空擋或倒擋。本文對(duì)這幾種故障模式發(fā)生的機(jī)理逐一分析。

1" "行星箱液壓原理及操縱閥結(jié)構(gòu)與原理

5t裝載機(jī)行星箱液壓原理及操縱閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。操縱閥主要包括閥體、調(diào)壓閥、離合器分離閥、換擋操縱閥等。齒輪泵從箱體內(nèi)吸油經(jīng)濾清器后，進(jìn)入操縱閥并通過(guò)減壓閥，一部份進(jìn)入變速箱相應(yīng)擋位，另一部份溢流進(jìn)入變矩器，并經(jīng)散熱器冷卻后作為潤(rùn)滑油流回油箱。換擋桿（變速閥桿）位移至某一擋位，則該擋位油缸充油，變速箱相應(yīng)擋位主、從動(dòng)摩擦片結(jié)合;換擋桿移離某一擋位，則該擋位油壓卸壓，變速箱相應(yīng)擋位主、從動(dòng)摩擦片脫離。此外，該操縱閥還具有換擋緩沖、行車(chē)制動(dòng)動(dòng)力中斷等功能，其與本文論述內(nèi)容關(guān)聯(lián)不大，為此予以省略。

2" "跳擋分析

2.1" 泄荷殘壓在換擋過(guò)程中引發(fā)跳擋

倒擋換至空擋瞬間換擋桿與閥腔體油液分布如圖2所示。倒擋換空擋時(shí)，變速閥桿移離倒擋接通其回油口（見(jiàn)圖2），倒擋卸壓，變速箱倒擋回位彈簧推動(dòng)倒擋活塞快速回位，倒擋油缸中的油液經(jīng)過(guò)操縱閥倒擋泄油口流回變速箱。在此過(guò)程中，倒擋泄油口會(huì)殘存一定壓力，直至倒擋活塞完全回位。對(duì)此時(shí)油液對(duì)閥桿A、B、C、D、G、H等面（見(jiàn)圖3）的作用力分析如下：

F=FA+FB+FC+FD+FG+FH " " " " " " " " "（1）

式中：

F——倒擋換空擋時(shí)換擋桿所受油壓綜合作用力;

FA、FB、FC、FD、FG、FH——換擋桿A、B、C、D、G、H面所受油液作用力。

FC=-FD，且FG=-FH，據(jù)此得到如下計(jì)算公式：

F=FA+FB=PXπD2/4" " " " " " " " " " " " （2）

式中：

PX——倒擋換空擋時(shí)卸荷腔瞬時(shí)油液壓力;

D——換擋桿與閥體配合圓柱面直徑;

變速泵工作狀態(tài)下，假定操縱閥各擋位相互切換所需推拉力為F0，則F滿(mǎn)足下式條件：

F=FA+FB=PXπD2/4gt;F0" " " " " " " " " " "（3）

從公式（3）可得到，當(dāng)PXgt;4F0 /（π·D2）時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳擋。以5t裝載機(jī)行星箱操縱閥為例，將D=25mm、F0=50N代入公式（3），得到產(chǎn)生跳擋的PX臨界值為0.102MPa。當(dāng)?shù)箵趸赜陀吐芬蚧赜屯ǖ肋^(guò)窄時(shí)（含操縱閥回油孔、箱體回油孔、隔離架回油孔），PX下降相對(duì)緩慢。當(dāng)擋位桿由倒擋移到空擋后，如果PX未下降到跳擋臨界值，換擋桿將由空擋繼續(xù)移動(dòng)到一擋。駕駛室換擋手柄也自動(dòng)撥至一擋。

一擋換至空擋瞬間換擋桿與閥腔體油液分布同理，一擋掛空擋時(shí)（見(jiàn)圖4）受力分析如下：

F'=FC+FD+FG+FH+FK" " " " " " " " " " " （4）

因?yàn)镕C=-FD。且FG=-FH，據(jù)此得到如下計(jì)算公式：

F'=FK=PX'π（D2-d2）/4" " " " " " " " " " " （5）

式中：

F'——一擋換空擋時(shí)換擋桿所受油壓綜合作用力;

FC、FD、FG、FH、FK—— 換擋桿C、D、G、H、K面所受油液作用力;

PX'——一擋換空擋時(shí)卸荷腔瞬時(shí)壓力;

d——換擋桿與油封唇口配合直徑。

變速泵工作狀態(tài)下，假定操縱閥各擋位相互切換所需推拉力為F0，則F’滿(mǎn)足下式條件：

F'=FK=PX'π（D2-d2）/4gt;F0" " " " " " " " " "（6）

從公式（6）可得到，當(dāng)PX'gt;4F0 /π（D2-d2）時(shí)產(chǎn)生跳擋。同樣以5t裝載機(jī)行星箱操縱閥為例，將D=25mm、d=18mm、F0=50N代入公式（6），得到產(chǎn)生跳擋的P'X臨界值為0.212MPa。因一擋換空擋時(shí)受殘壓作用的閥桿面積π（D2-d2）/4較小，產(chǎn)生跳擋的PX'臨界值較大，因此一擋換空擋時(shí)自動(dòng)跳到倒擋的幾率小于前一種現(xiàn)像。

二擋換至一擋瞬間換擋桿與閥腔體油液分布如圖5所示。二擋切換一擋時(shí)，換擋桿所受油壓綜合作用力計(jì)算如下：

F''=FC+FD+FE+FF+FG+FH" " " " " " " " " " （7）

式中：

F''——二擋換一擋時(shí)換擋桿所受油壓綜合作用力;

FC、FD、FE、FF、FG、FH——換擋桿C、D、E、F、G、H面所受油液作用力;

因?yàn)镕C=-FD、FE=-FF、FG=-FH，得到F''=0。因換擋桿各面所受油液作用力相互抵消，綜合力為零，因此跳擋不會(huì)發(fā)生。

2.2" 油路堵塞引發(fā)跳擋

油路堵塞故障常引發(fā)行進(jìn)過(guò)程中跳擋，即掛一擋行進(jìn)一段距離后，變速箱自動(dòng)跳至空擋或倒擋，車(chē)輛由前進(jìn)變?yōu)闇p速停車(chē)或倒退，駕駛室換擋手柄亦自動(dòng)回?fù)苤量論趸虻箵跷弧?/p>

一擋時(shí)換擋桿與腔體空間油液分布如圖6所示。分析認(rèn)為，部分操縱閥廠(chǎng)家為降低換擋沖擊，將閥桿K、H面間距t（見(jiàn)圖6）收窄，使得K、H兩面之間的柱面變窄、封油效果變差，變速箱一擋回油孔未通。筆者所遇案例有回油孔未加工、操縱閥測(cè)壓口防護(hù)膠塞堵塞回油孔等狀況。兩種因素共同作用致使掛一擋后，其回油通道壓力逐步上升，換擋桿K面所受推力同步加大。

F1=FK+FG+FH=FK=P1Xπ（D2-d2）" " nbsp; " " " " （8）

式中：

F1——操縱閥處于一擋時(shí)換擋桿所受油壓綜合作用力;

P1X——操縱閥處于一擋時(shí)換擋桿K面所受壓力值;

由此可以看出，當(dāng)F1大于F0 時(shí)，推動(dòng)換擋桿由一擋瞬間跳至空擋或倒擋，車(chē)輛由前進(jìn)變?yōu)闇p速溜車(chē)或倒退。

2.3其余原因引發(fā)的跳擋

與操縱閥相關(guān)聯(lián)的零部件，因設(shè)計(jì)及使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等因素，也會(huì)誘發(fā)跳擋現(xiàn)像發(fā)生。

一是換擋盒所使用的手柄質(zhì)量偏重。駕駛室方向柱按人機(jī)工程大多向后傾斜一定角度安裝，因此換擋手柄換擋軌跡（F2-F1-N-R）與水平面亦存在一定夾角，其重力G在換擋軌跡上產(chǎn)生的分力，在二擋換一擋及一擋換空擋過(guò)程中易引起跳擋。

二是換擋軟軸使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。軟軸使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，芯軸與護(hù)管間隙增大，在二擋換一擋、一擋換空擋等過(guò)程中鋼芯受推力內(nèi)部產(chǎn)生較多彎曲，使換擋盒手柄行程大于換擋桿擋位切換行程。當(dāng)換擋桿切換到相應(yīng)擋位后，受彎曲的鋼芯所產(chǎn)生的彈力繼續(xù)推動(dòng)操縱閥的換擋桿移動(dòng)，便會(huì)產(chǎn)生跳擋。

3" "結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可知，裝載機(jī)變速閥跳擋因素包含殘壓、堵塞、手柄、軟軸等諸多因素。需針對(duì)不同的故障模式具體分析，找出根本原因，方能對(duì)癥下藥，從設(shè)計(jì)、制造、維修等一方面或多方面著手解決問(wèn)題。