大型養路機械ZF液力機械變速箱離合器常見故障及調整措施

奚龍飛 中國鐵路上海局集團有限公司上海大型養路機械運用檢修段

1 前言

自1984年起，我國鐵路部門引進大型養路機械參與工務線路施工。經過30多年的應用，大型養路機械在提高施工線路質量、延長線路大維修周期等方面發揮了不可替代的重要作用，是工務施工現代化的重要體現，是鐵路技術裝備現代化的重要標志之一。ZF 液力機械變速箱（以下簡稱ZF 變速箱）是大型養路機械傳動系統中的重要部件，是德國ZF 公司生產4WG-65 系列變速箱，廣泛應用在DC-32K、DCL-32K、CDC-16K型搗固車、WD-320型穩定車上。

2 ZF液力機械變速箱的結構原理

ZF變速箱是由液力變矩器和動力換擋變速箱組成的，見圖1。液力變矩器是一種液體作為工作介質的能量轉換傳遞裝置，它將發動機傳來的機械能，通過能量輸入部件，轉變為液體的動能，再經能量輸出部件，把液體的動能轉換為機械能輸出，經過機械傳動系統傳遞給車輪，液力變矩器可以在一定范圍內自動地無級改變輸出軸上的力矩，能自動適應行駛阻力的需要。

圖1 4WG-65型液力機械變速箱

動力換擋變速箱采用的定軸式自動變速箱，是由變速機構和電液換擋控制系統組成，往往與液力變矩器連接為一體。發動機的動力從液力變矩器傳入液力機械變速箱，經過齒輪傳動變速后，輸出不同速比等級的動力轉速以及不同的旋轉方向。由于變速箱的換擋機構采用的是電液換擋控制系統，在軸上空轉的齒輪和軸的結合與分離是通過換擋離合器來實現的，換擋離合器的主傳動摩擦片與從動摩擦片之間的結合與分離又由壓力油操縱，而壓力油則是由發動機驅動的齒輪泵供給的，并且提供取力口供液壓泵使用。

裝配的序列號 4616000260、4616000262 等接近 10 種不同細分型號的ZF 變速箱，見圖2。不同細分型號間，箱體的安裝尺寸，動力輸入和輸出均一致，主要區別在于末級、主驅采用電控或手控的控制方式，取力口的數量。整車實現的自動擋或手動擋控制是由外圍電路決定的，ZF變速箱本身是依靠電信號控制，實現箱體內不同多片式離合器的脫開或結合，實現不同的運行擋位。從液壓的角度來說，ZF 變速箱利用內部的機油、油泵、離合器油缸、控制閥實現各個擋位變化，是一套完整的液壓系統。

圖2 ZF變速箱銘牌

3 高速走行和作業走行

搗固車和穩定車進行線路維修作業時要占用封鎖區間，為減少進出封鎖區段的時間，提高天窗利用率，要求車輛具備高速行駛能力；在維修作業中，車輛頻繁啟停、制動或換向，走行操作要靈活簡單，要求車輛低速作業走行。

3.1 高速走行

高速走行是液力機械傳動，發動機、ZF 變速箱、分動箱、車軸齒輪箱之間用傳動軸連接，組成傳動系統，實現功率傳遞。高速走行有兩種工況，即自行高速走行工況和拖掛高速運行工況。自行高速走行時，作業油泵和ZF 連接的主驅離合器脫開，減速箱的輔助作業走行馬達脫開，ZF 變速箱的動力輸出傳動軸的末級離合器閉合。拖掛高速運行時，動力輸出傳動軸的末級離合器必須脫開并鎖定，因為反拖ZF 變速箱時由于潤滑油液供應不足可能造成液力機械變速箱的損壞。

3.2 作業走行

ZF 變速箱的主驅離合器結合，末級離合器斷開，變速箱內的液壓離合器均脫開，作業走行馬達通過減速箱輸出扭矩直接驅動ZF 變速箱的輸出軸，經分動差動箱，到車軸齒輪箱，輸出動力。

4 ZF液力機械變速箱離合器的脫掛方式

ZF變速箱末級離合器、主驅離合器的作用是結合和切斷ZF 變速箱和外界的動力連接。末級離合器脫掛方式3 種：純機械連桿方式、機械軟軸連接方式、電液控制方式。DWL-48型搗穩車采用電液控制方式，集成到ZF 變速箱內部，廠家進行了相應的升級改造，墨跡離合器故障相對較少。其他型的搗固車和穩定車上ZF 變速箱末級離合器大多采用機械連桿和軟軸連接方式，ZF變速箱主驅離合器的脫掛主要采用氣缸控制。

5 ZF變速箱離合器脫掛故障典型案例及分析

5.1 末級離合器脫掛故障及分析

（1）2020 年 10 月，WD-320K 型 10654 號穩定車 ZF 末級離合器掛擋后總是脫開。

（2）2021年3月，CDC-16K型10571號道岔搗固車由何家灣轉移永寧鎮途中，到達鎮江東時發現ZF 液力機械變速箱溫度高、有異味，拆解發現是末級離合器未完全脫開導致。

（3）2021年4月，DCL-32K型10555號搗固車末級離合器有異響，末級離合脫掛檔存在不能完全落槽的問題，出現過末級離合手扳處于脫檔位置，但還能傳遞動力的情況，最后脫掛無動作。

原因分析：以上車型的ZF 變速箱末級離合器脫掛采用手動軟軸方式和電磁閥液力控制，長時間的使用后軟軸存在一定伸縮變形或脫掛機構存在較大間隙，出現手柄在脫開位置時，內部離合器可能未真正脫離到位，這種情況附掛運行時輪對負載反向傳遞，離合器軸承受軸向和徑向負載，極易導致ZF 箱體內部機件損壞；或者手柄在掛擋位置時，內部離合器實際為脫開位，導致大機無法走行，這種情況多為撥叉未走到位，滑套卡死，內齒圈無法將鋼珠壓入鎖定槽內，離合器在轉動過程中發生脫開。加之機組日常檢查保養時未對ZF脫掛情況進行重點檢查，對潛在的脫掛不到位的問題無法及時發現并進行調整，最終導致ZF變速箱的損壞。

5.2 主驅離合器脫掛故障及分析

（1）2020年2月，CDC-16K型10561號道岔搗固車作業時無法走行，開箱發現ZF作業主驅動離合器損壞。

（2）2020年3月，DCL-32K型10556號搗固車作業系統故障，大車走行無動作，壓力顯示低。主驅離合器掛擋機構重新調整后，回復正常。

（3）2021年1月，DCL-32K型10533號搗固車高速走行異響，作業主驅動脫掛不順暢，最后直接脫不開。

原因分析：ZF作業主驅離合器的脫掛是通過氣缸控制實現的，氣缸的動作帶動撥叉連桿的動作實現脫掛，在運用中，撥叉連桿的脫位和掛位長時間不到位或間隙過大，加之機組日常檢修不到位，離合器位置調整不及時，導致離合器的內部圓銷變形、卡簧脫落、活塞自動復位不順暢、活塞桿受徑向力過大造成彎曲，依次出現離合器脫掛不正常，造成離合器內部的進一步損壞。

6 ZF變速箱離合器的調整措施

末級離合器、主驅離合器均屬于牙嵌式離合器，調整和檢查的基本要求都是利用外圍機構控制離合器的脫和掛兩種狀態，要求脫掛均要到位并且不能過位。

6.1 軟軸控制的末級離合器的調整措施

調整措施如下，見圖3、圖4。

圖3 ZF末級離合器脫掛操作機構

（1）發動機在停機狀態，設置止輪器，拆除末級離合器法蘭連接的傳動軸。

（2）在車輛底部拆除軟軸和ZF 變速箱末級離合器上撥叉連桿的連接后，用手將撥叉連桿推向ZF 方向為掛擋，撥叉連桿遠離ZF 方向為脫擋。掛擋位用手盤末級法蘭，能感覺到很沉重的阻尼感，盤動法蘭后多試驗幾次手動脫掛擋，脫檔位可以很輕松的盤動末級法蘭。

（3）檢查ZF 變速箱末級離合器的軟軸安裝座的雙頭螺栓、撥叉欄桿手柄上的緊固螺栓，發現松動立即緊固。

（4）檢查與ZF 變速箱末級離合器上撥叉連桿連接端的直角關節軸承是否反裝，圖4 所示序號8,9,10 的安裝為正確位置。

圖4 ZF末級離合器脫掛擋機構

（5）檢查軟軸兩端直角關節軸承連接螺栓是否松動，如果松動需要緊固并涂螺紋緊固膠，軟軸球膠的連接要有盡可能多的絲牙連接，并且合理調整球鉸和撥叉連桿的連接，避免球鉸憋勁，然后緊固球頭螺母。

（6）通過調整車輛底部一端的撥叉連桿處直角關節軸承和軟軸的連接位置，來回微調軟軸和ZF 段連接的背帽螺栓，使該直角關節軸承的螺桿自由對中并能夠無卡阻的穿入ZF撥叉連桿手柄連接孔，并且保證ZF 變速箱末級離合器上撥叉連桿手柄在掛擋位時，要與車上部脫掛操作手柄定位銷的離合器上的“合”的位置同步對應。

（7）手動扳動離合器操作手柄，向離合器“合”的方向扳，僅能扳到在“合”的位置再往前半個孔位（這是為了消除整個機構的間隙，確保掛擋位了），松開手柄，這時鎖定銷能自由回彈進入掛擋鎖定孔內，同理向離合器“離”的方向扳到在“離”的位置再往前不超過一個孔位，松開手柄，這是鎖定銷也能夠自由進入脫檔的鎖定孔內。在離合器“合”的位置，并且能帶動車下面的ZF脫掛撥叉連桿來回自由微動。

（8）脫掛末級離合器，檢查脫掛擋信號，并調整限位開關撥桿，啟動發動機，分別掛正反轉1、2、3檔，檢查ZF變速箱末級離合器法蘭的轉動情況，一切正常后，安裝傳動軸，試驗動態走行，至此調整完畢。

6.2 氣缸控制主驅離合器的調整措施

調整措施見圖5。

圖5 主驅離合器脫掛機構

（1）發動機在停機狀態，設置止輪器，拆除主驅離合器法蘭連接的傳動軸。

（2）在車輛底部，拆除控制氣缸活塞桿端和撥叉連桿的連接，撥叉連桿的掛擋限位螺釘盡量向掛擋方向多旋幾圈，用手將撥叉連桿推向ZF 方向為掛擋，撥叉連桿遠離ZF 方向為脫擋，掛擋后用手盤動末級法蘭，能感覺到很沉重的阻尼感，脫擋位能夠很輕松得盤動末級法蘭。并且盤動法蘭后多試驗幾次手動脫掛擋，確保脫掛擋到位。

（3）檢查ZF 變速箱主驅離合器撥叉連桿手柄上的緊固螺栓，發現松動需要緊固。

（4）檢查控制氣缸上的各個連接螺栓，發現松動需要緊固。

（5）將ZF 變速箱主驅離合器撥叉連桿放在脫擋位置，并且用手盤動法蘭確認，控制氣缸在無風狀態下，活塞桿縮進，調整ZF 變速箱主驅離合器撥叉的銷孔和氣缸活塞桿端的叉型銷孔，使兩個銷孔準確對位，裝入連接銷軸。

（6）建立風壓或外接風源使主驅控制氣缸活塞桿伸出，并且反復試驗幾次盤動主驅法蘭確認掛擋擋位，此時主驅撥叉連桿應該和限位螺釘剛好密貼并留有間隙。必要時，調整限位螺釘的伸出或縮進位置，最后緊固限位螺釘的鎖緊螺母。

（7）調整掛擋和脫擋2個電氣限位撥桿，使得主驅脫掛擋指示燈顯示正確，盡可能調整到位后恰好可以觸發脫掛擋電信號，不要在中間行程時就觸發掛擋和脫擋信號。

（8）ZF 變速箱主驅離合器調整到位后，掛擋后撥叉連桿可以頂到限位螺釘，掛擋過程可能會出現略微不順暢的現象，但是脫擋過程要順暢，脫擋后馬上在掛擋也要順暢，脫掛擋指示燈和脫掛檔位置正常對應。

7 總結

在對ZF 變速箱結構原理、走行傳動系統分析、離合器脫掛方式了解的基礎上，通過ZF 變速箱離合器常見故障分析及脫掛方式調整措施的探討，可以看出ZF 變速箱在使用過程中出現故障的原因是多方面的，只要我們在大機運用檢修中不斷加強對ZF 變速箱原理和離合器調整的學習，按時檢修保養，按標作業，出現故障時認真分析總結，確保走行系統安全，保證大型養路機械的正常使用。