換擋氣閥在變速器中的功用及影響

賈永琦，宋媛媛

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)所，陜西 西安 710119）

前言

重型變速器由主變速器及副變速器構(gòu)成，主變速器為手操縱，實(shí)現(xiàn)主變速箱的選、換擋功能；副變速器為氣操縱，實(shí)現(xiàn)副變速箱的高、低擋切換；由于這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)性好，因而被越來越多的重型變速器廣泛使用。

在主、副變速器結(jié)構(gòu)的變速器中，副變速器依靠氣路系統(tǒng)，完成高、低擋位的切換，增加了整個(gè)變速器的擋位數(shù)，擴(kuò)大了傳動(dòng)比范圍，使整車的經(jīng)濟(jì)性和行駛平順性均有顯著提升；操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低駕駛員操作疲勞感的同時(shí)也由于其平易近人的經(jīng)濟(jì)成本為自己贏得了越來越多的客戶。因此氣路系統(tǒng)作為副變速器切換的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其在變速器工作中起著至關(guān)重要的作用，甚至直接決定了變速器在整車上整體的性能表現(xiàn)。

圖1 變速箱氣路圖

1 變速器氣路系統(tǒng)原理介紹

副變速器依靠換擋氣閥來完成高、低擋位的切換。氣路工作原理簡(jiǎn)述如下：整車通過干燥罐提供給變速器氣路系統(tǒng)的干燥壓縮空氣，經(jīng)變速器調(diào)壓閥調(diào)壓至適宜于換擋氣閥工作的氣壓范圍，直接供給換擋氣閥，由換擋氣閥的切換控制換擋氣缸的動(dòng)作。調(diào)壓閥的作用是將整車提供的高壓壓縮空氣調(diào)節(jié)至變速器氣閥的工作氣壓范圍；換擋氣閥的作用是改變氣路的路徑，當(dāng)切換換擋氣閥時(shí)，氣路路徑的變化使換擋氣缸在壓縮空氣的作用下，帶動(dòng)副變速器中的同步器在高、低擋位置來回轉(zhuǎn)換，進(jìn)而副變速器完成高、低擋位之間的切換。

圖2 換檔氣閥

換擋氣閥是一種兩位五通氣路換向閥，通過壓縮及釋放頂桿改變氣閥內(nèi)部閥芯的位置，使進(jìn)氣口分別與不同出氣口連通，完成對(duì)氣路路徑的轉(zhuǎn)換。當(dāng)副變速器為低擋位置時(shí)，換擋氣閥頂桿處于自由伸出狀態(tài)，壓縮空氣由進(jìn)氣口 1（與出口4相通）進(jìn)入換擋氣缸的低擋腔，高擋腔的余氣經(jīng)出氣口2（與排氣口3相通）排向大氣。當(dāng)變速器為高擋位置時(shí)，換擋氣閥頂桿被下壓縮，壓縮空氣由進(jìn)氣口1（與出口2相通）進(jìn)入換擋氣缸的高擋腔，低擋腔的余氣經(jīng)出氣口 4（與排氣口5相通）排向大氣。

由上可見，換擋氣閥在副變速器氣路系統(tǒng)中扮演著核心零部件的角色，其產(chǎn)品可靠性會(huì)對(duì)變速箱甚至整車產(chǎn)生什么樣的影響呢？

2 換擋氣閥的故障模式及其影響分析

在變速器的日常使用中，換擋氣閥主要有以下故障：卡滯、排氣口漏氣，下面就這兩種故障的判定及故障帶來的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 換擋氣閥卡滯故障分析

換擋氣閥卡滯判定方法：停車后，駕駛員通過換擋桿操縱副變速器進(jìn)行高、低擋切換，如發(fā)現(xiàn)換擋氣閥不排氣即3/5排氣口不交替排氣，或換擋氣閥排氣滯后，那么該換擋氣閥失效。

換擋氣閥不排氣一般是由于換擋氣閥內(nèi)部發(fā)卡導(dǎo)致，需更換換擋氣閥。出現(xiàn)這種情況時(shí)，副變速器將失去高、低擋切換的功能，但卻不會(huì)對(duì)變速器自身造成較大的損害。

換擋氣閥排氣滯后這種現(xiàn)象一般是由于換擋氣閥復(fù)位慢導(dǎo)致，這種情況下，換擋氣閥雖能完成轉(zhuǎn)換，但對(duì)變速器造成的影響卻是不可逆的：

1）當(dāng)換擋氣閥回位慢時(shí)，換擋氣閥內(nèi)部氣路不能迅速切換，此時(shí)由于不能迅速建立換擋氣缸切換所需的工作氣壓，導(dǎo)致?lián)Q擋氣缸推動(dòng)同步器運(yùn)動(dòng)的力減小，同步器同步時(shí)間增長(zhǎng)，加快了同步器摩擦材料的損耗，最終導(dǎo)致同步器早期故障。

2）換擋氣閥回位慢，駕駛員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)駕駛員通過操縱桿完成副變速器高、低擋位的切換時(shí)，按正常換擋頻率對(duì)主變速器進(jìn)行換擋操作，由于換擋氣閥回位緩慢，副變速器不能及時(shí)切換，而主變速器已掛擋，此時(shí)整車車速將迅速降低，如這時(shí)換擋氣閥開始回位、副變速器的切換意味著主箱在擋位的狀態(tài)下副箱強(qiáng)行換擋，會(huì)導(dǎo)致副箱同步器打齒等故障，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致變速器整體損壞。

2.2 換擋氣閥漏氣故障分析

換擋氣閥排氣口漏氣：漏氣對(duì)于密封產(chǎn)品來說是常見現(xiàn)象，但如何找準(zhǔn)漏氣原因并對(duì)癥下藥卻是個(gè)難題。在對(duì)變速器氣路系統(tǒng)進(jìn)行故障排查時(shí)，首先需排查漏氣起因是否為換擋氣缸內(nèi)部O型圈密封失效，因?yàn)閾Q擋氣缸內(nèi)部密封失效會(huì)直接引起換擋氣閥排氣口不正常排氣，此種故障可將換向氣閥和換向氣缸分離，分別檢測(cè)其密封性，確定漏氣點(diǎn)；如換擋氣缸密封性良好，則判定為換擋氣閥漏氣。

換擋氣閥排氣口漏氣是由于氣閥內(nèi)部密封失效，進(jìn)氣口和排氣口連通導(dǎo)致，這種情況將造成以下影響：

1）正常情況下，變速器氣路系統(tǒng)的工作氣壓為0.41 Mpa～0.44Mpa或0.67 Mpa ～0.71 Mpa兩種壓力范圍，由于換擋氣閥排氣口嚴(yán)重漏氣，氣路系統(tǒng)工作氣壓不達(dá)標(biāo)，進(jìn)入換擋氣缸的氣壓偏低，導(dǎo)致?lián)Q擋氣缸推動(dòng)同步器運(yùn)動(dòng)的力減小，同步器同步時(shí)間增長(zhǎng)，加快了同步器摩擦材料的消耗，最終導(dǎo)致同步器故障。

2）車輛如長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，換擋氣閥排氣口漏氣將導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐中壓縮空氣全部泄漏，當(dāng)車輛再次啟動(dòng)時(shí)，由于整車氣壓不足，無法起步。

3）車輛在行駛過程中，換擋氣閥排氣口嚴(yán)重漏氣將使整車空氣壓縮機(jī)持續(xù)工作，造成不必要的能耗；同時(shí)嚴(yán)重漏氣也會(huì)導(dǎo)致剎車系統(tǒng)工作異常，危害駕駛員安全。

3 總結(jié)

綜上，換擋氣閥在變速器產(chǎn)品中起著至關(guān)重要的作用，其產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性、穩(wěn)定性對(duì)變速器、整車均有較大的影響。為了便于用戶及服務(wù)人員快速、準(zhǔn)確的對(duì)氣路系統(tǒng)故障進(jìn)行判定，現(xiàn)將換向氣閥的故障形式及檢測(cè)要點(diǎn)總結(jié)如下表1所示：

表1