一种多挡位变速箱操纵系统的改进设计

陈小国

(陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710077)

一种多挡位变速箱操纵系统的改进设计

陈小国

(陕西法士特汽车传动工程研究院，陕西西安 710077)

某系列变速箱操纵系统故障多发，随动阀失效、挂挡沉重。深入剖析了其操纵及气路控制原理，分析查找故障原因，对该系列变速箱的操纵系统进行了改进设计。通过分析改进后气路原理，从理论上说明了改进的可行性；对操纵装置总成结构、工艺性进行比较分析，阐明了改进后的经济价值及实用价值。

变速器；操纵系统；气路改进；随动阀；单H阀

0　引言

法士特某系列变速器广泛应用在公路长途运输车、非公路自卸车等领域，以其皮实耐用的特性为广大客户认可。但现有单H操纵机构气路采用了随动阀，结构复杂、故障率高、价格昂贵、不可维修等，严重影响了整车的正常工作，提高了变速箱使用成本，用户抱怨较多。该公司通过对单H操纵机构及气路原理进行分析比较，决定对操纵机构及气路进行改进设计。

1　改进前后气路原理分析

1.1改进前气路原理分析

法士特某系列双中间轴变速箱采用单H操纵，主箱为手操动，副箱高低挡转换为气操纵，气动路线原理示意图如图1所示。

来自整车储气罐的压缩空气(0.7～0.8 MPa)经过空气滤清调节器1，调压至0.41～0.44 MPa后，经主气管2进入随动阀，随动阀的通断状态由手球上的高低挡转换开关来控制：当手球上开关在低挡区时，主气管2与低挡区气管4接通，变速箱在低挡区工作；当手球上开关在高挡区时，主气管2与高挡区气管5接通，变速箱在高挡区工作。

当变速箱处在空挡位置时，随动杆8处在图2中所示位置，空挡灯13接通；当变速箱挂上任一挡位时，拨叉轴7会推动随动杆8向右移动，压缩空挡灯13的触头，空挡灯断开，同时随动杆8向右移动推动随动阀柱销10，随动阀柱销10顶住随动阀活塞12，此时，随动阀进出气路固定，避免了变速箱工作时高低挡的突变跳挡(如1、6挡，2、7挡等的互变)，保证变速箱的正常工作。

图3[1]为随动阀的工作原理图，S与主进气口常通，当手球处于低挡位置时，S管与P管接通，气路如图3(a)所示，低挡气管通气，变速箱在低挡区工作；当手球处于高挡位置时，S管与P管断开，气路如图3(b)所示，高挡气管通气，变速箱在高挡区工作。

该气路功能上很好地实现了该系列变速箱的操纵要求，但由于随动阀结构复杂、紧贴主箱壳体安装、温度高，阀体内O型圈失效快，故障率高，价格昂贵，不可维修等严重影响了整车的正常工作和变速箱使用成本，用户抱怨较多。同时，上盖上3根拨叉轴孔与随动杆安装孔垂直偏心交错，且轴孔较深，工艺上难以保证四孔同轴度及位置度要求，上盖废品率高； 拨叉轴与随动杆配合处有细轴颈，刚度受到较大影响；轴孔同轴度超差和拨叉轴刚度减弱，挂挡时拨叉轴与轴孔壁的摩擦增大，同时拨叉轴推动随动杆要克服随动杆的摩擦阻力，导致变速箱使用中挂挡沉重，严重影响了整车使用，对法士特变速箱的市场声誉也造成不良影响。

1.2改进后气路原理分析

采用单H阀和气路控制阀组合代替随动阀，改进后的气动路线原理见图4(单杆左操纵为例)。

来自整车储气罐的压缩空气(0.7～0.8 MPa)经过空气滤清调节器1，调压至0.41～0.44 MPa后，进入主气管2和控制进气管3(红色气管)。

当主箱处于空挡位置时，气路控制阀4开通，压缩气体经过气路控制阀后进入单H阀6，当手球按钮处于低挡区时，控制出气管7内有气，气管5-气管9接通，进入单H阀的压缩空气会通过低挡气管9进入副箱换挡气缸，从而实现低挡。当手球按钮处于高挡区时，控制出气管7内无气，气管5-气管8接通，则压缩空气会通过高挡气管8进入副箱换挡气缸，进而实现高挡。控制出气管7内有气与否，与换挡手柄上的高低挡转换拨头所处位置有关。当拨头处于高位时，控制出气管内无气，可实现高挡；当拨头处于低位时，控制出气管内有气，则可实现低挡。

当主箱处于挂挡位置时，气路控制阀断开，此时压缩空气不能进入单H阀，也无法实现高低挡转换。也就是说，只有主箱在空挡位置时，才能进行高低挡转换，同时，主箱处于挂挡时，气路控制阀断开，副箱高低挡转换气缸活塞两侧均无气压，为防止整车颠簸时副箱活塞震动脱挡，作者在气缸拨叉轴上加了防脱挡机构，这样即可避免跳挡(如1、6挡，2、7挡等的互变)和副箱脱挡，保证变速箱正常工作。

单H阀的工作原理：当P气管不通气时，气管8与气管5接通，气管9与通气塞11接通；当P气管通气时，气管9与气管5接通，气管8与通气塞10接通。

气路控制阀的工作原理：当触头处于自由状态时，气管2与气管5接通；当触头被压下时，气管2与气管5断开。

此气路完全满足某系列变速箱的换挡操纵要求。将原气路中随动阀用单H阀和气路控制阀组合替代，由于单H阀和气路控制阀结构简单，可靠性好，单个阀出现问题时只需更换其中一个阀，且两阀价格总和不到随动阀价格的一半，单从阀体本身即大大降低了整箱的生产成本，同时也降低了用户的使用成本。

2　操纵机构设计

基于气路原理的改变，作者对操作结构进行了重新设计。重新设计的操纵结构尽量多地借用了已有零部件，结构相对旧的更简单，图5(a)、(b)分别为改进设计前后双杆右操纵装置结构图。

经过改进设计后，单杆(左/右)操纵装置两信号灯都装在操纵壳体上，上盖上原有的信号灯孔和随动杆安装的横孔不需要再加工，且省去了随动杆，3根拨叉轴上与随动杆配合的槽也不需要再加工，变速箱壳体上装随动阀的面及面上的孔也可以不用加工，从工艺加工及零件数量上来看，也对降低成本有较大作用；改进设计后的双杆操纵(左/右)，除了倒挡灯要装在上盖上，兼具上述优点，且操纵装置本身结构得到了很大的简化。图5为改进前后的双杆右操纵装置总成，不难看出，装置结构简单，零件数量减少，可靠性更强，维修更方便。

3　结论

经过近两年推广应用，单H阀和气路控制阀取代随动阀在

单H操纵中的应用完全满足使用要求，且具有更高的可靠性。新气路被广泛认可，主机厂纷纷要求对原有技术协议进行相应改进，终端用户也主动要求改为新气路。新气路的推广促进了该系列变速器的广泛使用，明显提高了顾客对该系列变速箱的满意度，提高了产品美誉度。随着公司产品的扩展，新操纵装置已被多个挡系列变速器借用。此改进方案也逐步推广到其他单H操纵变速器上。随着该系列变速箱产量的不断提高和新产品的推广，此改进将获得显著的经济效益和社会效益。

【1】庞海平，张永庆，娄棚天.法士特双中间轴变速器维修使用手册[M].西安：陕西省科学技术出版社，2012.

Improved Design for a Multi-gear Transmission Control System

CHEN Xiaoguo

(Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Institute, Xi’an Shaanxi 710077,China)

A series of fault-prone transmission control system have servo valve failure and hanging heavy at gearing. The operation principle and pneumatic control principle were deeply analyzed to find the cause of the problem, and the design of operation system of the series of transmission was improved.Through analyzing the principle of improved pneumatic loop, improvement feasibility was explained theoretically. By comparative analysis of the process, related sect1s and control device assembly structure before and after the improvement, the improved economic value and practical value were clarified.

Transmission；Control system；Pneumatic loop improvement; Servo valve; Single H valve

2015-08-03

陈小国(1980—)，男，硕士，工程师，从事变速器的设计与开发工作。E-mail:chenxg_mine@126.com。