多型取力器控制系統結構與檢修

黃天元，王 鑫

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

重型卡車上采用的取力方式主要有發動機取力、變速器前取力、變速器后取力、變速器底取力、變速器側取力、分動器取力等，用于實現車輛取力發電、液壓驅動、自卸舉升、水泥攪拌、大型消防車、灑水車、運加油車等，下面論述各型取力器的系統結構與檢修方法。

1 取力器傳動系統的結構

1.1 前置式取力器傳動系統的結構

前置式取力器分為發動機取力和變速器前取力。發動機取力器又稱全功率取力器[1]，俗稱“雙動雙能”，其傳動路線與汽車行駛傳動路線完全分離，動力并行傳遞，與離合器的結合與分離無關，更與變速器的換擋無關；變速器前取力也稱變速器Ⅰ軸取力，其傳動路線通過汽車行駛傳動路線，會受離合器結合與分離的影響。

1.1.1 前置式發動機取力器

結構如圖1所示。取力器通過空心齒輪花鍵軸直接從發動機離合器上取力。未掛合取力器時，空心齒輪花鍵軸與發動機輸出始終保持一致，不受離合器分離的影響，在前后軸承的支承下空轉；掛合取力器時，氣缸活塞向后拉動撥叉，滑動齒輪向后與花鍵軸齒輪嚙合，動力經齒輪2、3、8、7至法蘭盤6輸出，輸出旋向與發動機旋向相同。

圖1 前置式發動機取力器的結構

1.1.2 前置式變速器取力器

結構如圖2所示。取力器通過變速器Ⅰ軸取力，動力從Ⅰ軸輸入。當未掛合取力器時，Ⅰ軸與發動機輸出始終保持一致，會受到離合器分離的影響，在前軸承及后隔套的支承下空轉；當掛合取力器時，氣缸活塞向后拉動撥叉，撥動滑動齒輪向后與取力固定齒輪嚙合，動力經齒輪軸1、2、8、7、6至取力器法蘭盤5輸出，輸出旋向與發動機旋向相反。

圖2 前置式變速器取力器的結構

1.2 變速器后取力器傳動系統的結構

后置取力器[2]是指從變速器后端來取力，有利于取力器在汽車上的空間布置，根據設計所要求的輸出扭矩大小、輸出旋向、操縱方式的不同，在結構上又可分為單向氣操縱和雙向氣操縱。

1.2.1 兩軸單向氣操縱取力器

結構如圖3所示。取力器安裝于變速箱后端的加長外花鍵副軸上，從花鍵副輸入動力。當未掛合取力器時，嚙合滑套在氣缸彈簧力的作用下，處于前端脫擋位置，輸入軸上空套的齒輪不轉動，取力器無輸出；當掛合取力器時，氣缸前腔輸入0.7～0.8 MPa的氣壓，氣缸活塞壓縮彈簧并將氣缸撥叉向后移動，嚙合滑套與輸入齒輪掛合，動力經傳動齒輪4、5至取力器法蘭盤6輸出，輸出旋向與發動機旋向相同。

圖3 兩軸單向氣操縱后取力器的結構

1.2.2 兩軸雙向氣操縱取力器

結構如圖4所示。取力器安裝于變速箱的后端加長外花鍵副軸上，從花鍵副輸入動力。當未掛合取力器時，嚙合滑套通過撥叉在氣缸前腔0.41～0.44 MPa氣壓的作用下，處于脫擋位置，輸入齒輪不轉動，取力器無輸出；當掛合取力器時，氣缸后腔輸入0.7～0.8 MPa的氣壓，撥叉在前后腔壓差的作用下向前移動，嚙合滑套與輸入固定嚙合套掛合，動力經傳動齒輪7、6至取力器法蘭盤5輸出，輸出旋向與發動機旋向相同。

圖4 兩軸雙向氣操縱后取力器的結構

1.3 變速器底、側取力器傳動系統的結構

結構如圖5所示。底取力器安裝于變速箱底部，側取力器安裝于變速箱側部，動力都來自變速器的副軸齒輪。取力器輸入齒輪與變速箱副軸齒輪直接嚙合。當未掛合擋位時，嚙合滑套通過撥叉在氣缸前腔0.41～0.44 MPa氣壓的作用下，處于脫擋位置，輸入齒輪 3不轉動，取力器無輸出；當掛合取力器時，氣缸后腔輸入0.7～0.8 MPa的氣壓，撥叉在前后腔壓差的作用下向前移動，嚙合套掛合，動力經傳動齒輪3、4至取力器法蘭盤5輸出，輸出旋向與發動機旋向相同。

1.4 分動箱取力器傳動系統的結構

結構如圖6所示。分動箱取力器安裝于分動器Ⅰ軸末端，直接從花鍵軸取力。當未掛合擋位時，嚙合滑套通過撥叉在彈簧的作用下，處于脫擋位置，取力器無輸出；當掛合取力器時，氣缸后腔輸入0.6～0.8 MPa的氣壓，撥叉在氣壓的作用下壓縮彈簧向前移動，嚙合滑套向前運動與Ⅰ軸輸出花鍵軸掛合，動力經滑套1、4至取力器法蘭盤5同軸線輸出，輸出旋向與發動機旋向相同。

1.5 AT箱取力器傳動系統的結構

結構如圖7所示。AT箱取力器安裝于變速器殼體上，取力器輸入齒輪與 AT箱Ⅰ軸齒輪常嚙合。當未掛取力時，活塞在彈簧的作用下，處于脫擋位置，取力器無輸出；當掛合取力器時，油缸后腔輸入高壓液壓油，活塞在油壓的作用下推動多片離合器 5，將傳動齒輪 4與輸出法蘭盤 2的軸壓緊在一起，實現動力輸出。

圖7 兩軸單向液操縱AT箱取力器的結構

2 取力器控制系統的原理

2.1 雙向氣操縱控制原理

雙向氣操縱控制原理如圖8所示。主要用于前置式發動機取力器、前置式變速箱取力器，氣缸前腔為減壓后的氣壓 0.41～0.44 MPa，氣缸后腔氣壓為 0.7～0.8 MPa，氣缸活塞在前、后腔壓差的作用下，將取力器撥叉推向前端，確保嚙合滑套處于脫擋狀態，取力器不工作；當需要掛合取力器時，按下取力器翹板開關，常通兩位三通電磁閥得電關閉，將氣缸后腔的氣壓從電磁閥排空，氣缸活塞在前腔氣壓的作用下后移，帶動撥叉及嚙合齒套與取力齒輪掛合，實現動力輸出。

圖8 雙向氣操縱控制原理1

雙向氣操縱控制原理如圖9所示。主要用于變速器底取力、側取力，操縱氣缸前腔為減壓后的氣壓0.41～0.44 MPa，操縱氣缸的后腔無氣壓，活塞在前腔氣壓的作用下保持在脫擋位置，取力器不工作；當需要取力時，按下取力器翹板開關，常閉電磁閥得電打開，氣缸后腔進入氣壓 0.7～0.8 MPa，氣缸活塞在前后腔壓差的作用下前移掛擋，實現取力輸出。

圖9 雙向氣操縱控制原理2

2.2 單向氣操縱控制原理

單向氣操縱控制原理圖如圖10所示。該取力常用于較小扭矩傳遞的后取力器、分動箱取力器，未掛合取力時，活塞在氣缸后腔彈簧力的作用下，使掛合齒套處于脫擋狀態；當需要取力時，按下取力器翹板開關，常閉電磁閥得電打開，氣壓0.7～0.8 MPa進入前腔，推動活塞向后壓縮彈簧移動，帶動撥叉及滑動齒套與齒輪掛合，實現取力輸出。

圖10 單向氣操縱控制原理

2.3 停車取力、行車取力的控制原理

根據各型取力器的傳動系統結構、控制系統原理，可以得出，對于前置式取力器、底取力器、AT箱取力器、單箱變速箱后取力，無論變速器是否掛擋，都能實現取力；而分動箱取力器、主副箱結構的變速箱后取力，實現取力則主箱必須掛擋。

2.3.1 分動箱取力器停車/行車取力的實現方法

停車、行車取力原理如圖11所示。當需要停車取力時，將分動箱擋位翹板開關置于空擋，此時分動箱無行車動力輸出，變速箱掛擋就可實現停車取力[3]；當需要行車取力時，將分動箱擋位翹板開關，置于高擋或低擋位置，可實現邊行車邊取力。

圖11 分動箱取力停車/行車取力控制原理

2.3.2 主副箱[4]變速器后取力停車/行車的實現方法

停車、行車取力原理如圖12所示。當需要停車取力時，踩下離合器，按下取力翹板關，取力器常閉電磁閥得電，取力器接合，再將變速器主箱掛低擋，按下副箱空擋翹板開關，空擋電磁閥得電，輸出0.7～0.8 MPa的氣壓至變速箱空擋氣缸，將副箱處于空擋位置，此時緩抬離合，實現“掛擋取力不走車”，即停車取力；當需要行車取力時，可踩下離合器，關閉副箱空擋翹板開關，副箱換擋氣缸處于低擋位置，緩抬離合后，可實現“邊行駛邊取力”，即行車取力。

圖12 主副箱變速器停車/行車取力控制原理

3 取力器不工作故障檢修方法

取力器不工作，應從機械傳動方面、氣路控制方面、電器控制方面來進行判斷和排除。

3.1 機械類故障

取力器正常工作需要可靠的機械傳動，包括花鍵副傳動、軸承、嚙合齒套、傳動齒輪等，主要失效形式[5]有以下幾種：

1）掛擋異響。聲音一般來自嚙合齒套，掛擋沖擊導致其內、外齒出現毛刺、翻邊，甚至引起變形或打齒，需拆箱檢查嚙合齒套，采用油石人工修復，變形嚴重需換件。

2）傳動齒輪打齒。齒輪打齒一般為長期潤滑不良、箱內含有機械雜質、齒輪質量缺陷引起，需更換配件，并按要求保養。

3）軸承燒蝕、散架。軸承損壞也是需拆箱檢查潤滑油是否變質及有異物，換件處理。

故障案例1：

故障現象：前置式取力器掛合噪音大，無法掛合。

故障原因：見圖1結構，取力是由齒輪2、3嚙合來實現，發動機著車時齒輪 2始終在旋轉，齒輪 3是靜止的，由于無同步器，造成掛合取力時異響嚴重，屬于操作不當引起。

故障排除方法：該型取力器操作要求是先掛合取力器，再啟動發動機。

3.2 控制氣路類故障

氣路控制系統由氣缸、活塞、電磁閥、減壓閥、連接氣管路等組成，結合氣路原理，可以清楚地判斷出故障元件，主要原因有：

1）氣路件生銹、卡滯。空氣中的水分積存于氣缸、電磁閥內部引起生銹、卡滯、無動作，應進行除銹或換件處理。

2）密封件老化、磨損。密封件失效后會引起氣缸各腔竄氣、漏氣，可拆開氣管路接頭檢查，確認故障件并更換。

故障案例2：

故障現象：取力器能掛擋，但摘擋時間特別長。

故障原因：見圖9結構，取力摘擋是由常閉電磁閥斷電排氣來實現的，經檢查為排氣口堵塞排氣慢引起的故障。

故障排除方法：清理電磁閥排氣口處的泥污后故障排除。

3.3 電路類故障

電路元器件由電磁閥、取力及空擋翹板開關、反饋信號開關以及連接線路等，主要故障有

1）電磁閥損壞。常閉、常通電磁閥通電后閥芯無動作，可以確定其損壞，換件處理。

2）翹板開關無電。測量來電保險及電線電壓，可以做出判斷。特殊情況是設計上為防止誤操作而增加了“互鎖”[6]電路，如分動箱空擋互鎖、手制動互鎖等，滿足條件才能來電。

3）取力器工作指示燈不亮。指示開關損壞或行程調整不到位引起，可掛合取力后，進行調整或換件處理。

故障案例3：

故障現象：取力器不能掛擋

故障原因：全輪驅動的車輛為實現“停車取力”設置了取力與分動箱空擋互鎖電路，只有分動箱處于空擋時，取力翹板開關才有電，屬操作問題。

故障排除方法：按下分動箱空擋開關，再掛取力即可。

4 總結

根據各型取力器的傳動結構和控制原理可知，維修人員在故障檢修時，應注意正確的取力操作方法，針對不同取力器的結構特點及故障現象進行分析判斷，準確定位出故障部位，采取修理、換件等方法進行故障排除。隨著汽車控制技術應用的不斷發展，關于取力器檢修方面的研究將會更加深入。