ZF WSK400+8S221型變速箱緩速器比例電磁閥滲油問題分析

李強(qiáng)

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

ZF WSK400+8S221型變速箱緩速器比例電磁閥滲油問題分析

李強(qiáng)

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

ZF WSK400+8S221型變速箱由德國ZF公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，在我國超重型特種汽車中有廣泛應(yīng)用。在使用過程中，發(fā)現(xiàn)變速箱緩速器的比例電磁閥出現(xiàn)滲油問題。通過拆檢、試驗(yàn)，確定滲油的根本原因，并提出解決措施。

ZF WSK400+8S221型變速箱；緩速器比例電磁閥；滲油問題

0 引言

ZF WSK400+8S221型變速箱由德國ZF公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，主要由變矩器、緩速器、機(jī)械變速箱及其他附件組成。在使用過程中，緩速器的控制比例電磁閥排氣口處發(fā)現(xiàn)有滲油現(xiàn)象，滲油量雖然不多，但長時(shí)間使用，變速箱內(nèi)部潤滑油會不斷減少，最終可能會由于潤滑油過少而致使變速箱損壞。作者對該問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，確定了滲油的根本原因，并提出了針對性解決措施，杜絕類似問題再次發(fā)生。

1 緩速器工作原理

ZF WSK400+8S221型變速箱組成示意如圖1所示。發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)鎖止離合器后傳遞給變矩器，變矩器后面是緩速器，經(jīng)緩速器后連接離合器，最終輸入到機(jī)械變速箱內(nèi)。

圖1 變速箱前部示意圖

緩速器安裝在變矩器和主離合器之間，是一個(gè)液力偶合器，由定葉輪和動葉輪組成，定葉輪安裝在變矩器的殼體上，轉(zhuǎn)動的動葉輪被安裝在變矩器的輸出軸上。緩速器的制動作用是由充于葉輪腔膛里的油液來完成的，其操縱手柄位于駕駛室內(nèi)。

緩速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 變矩器工作原理

當(dāng)緩速器不工作時(shí)，定葉輪5和動葉輪6之間的葉輪腔內(nèi)沒有變速箱潤滑油，動葉輪空轉(zhuǎn)，此時(shí)無制動效果。

當(dāng)扳動緩速器操縱手柄時(shí)，操縱手柄將信號傳遞給比例電磁閥，比例電磁閥控制高壓氣經(jīng)進(jìn)氣口1進(jìn)入緩速器控制閥2，推動內(nèi)部閥芯移動，變速箱潤滑油通過管路7進(jìn)入緩速器的葉輪腔，此時(shí)動葉輪受到變速箱潤滑油的阻力，將動葉輪的動能轉(zhuǎn)換成變速箱潤滑油的熱能，變速箱潤滑油在慣性作用下通過緩速器的出油通道3進(jìn)入出油管路，最終進(jìn)入散熱器，完成緩速器制動。

當(dāng)往回扳動緩速器操縱手柄時(shí)，操縱手柄將信號傳遞給比例電磁閥，比例電磁閥關(guān)閉高壓氣，緩速器控制閥內(nèi)部閥芯在彈簧作用下反向移動，將緩速器進(jìn)油口關(guān)閉，葉輪腔剩余的變速箱油在慣性作用下通過緩速器的出油通道經(jīng)管路進(jìn)入散熱器。

緩速器氣控原理如圖3所示，比例電磁閥進(jìn)氣口連接常通氣源。當(dāng)緩速操縱手柄將啟動緩速器信號傳遞給該閥時(shí)，氣源自出氣口排出，經(jīng)過三通接頭后，分為2路：其中1路接緩速器控制閥，推動閥芯移動，使緩速器工作；另外1路接三位六通閥，用于控制緩速器制動力矩的大小。當(dāng)緩速器操縱手柄將關(guān)閉緩速器信號傳遞給比例控制閥時(shí)，比例電磁閥關(guān)閉進(jìn)氣口，此時(shí)緩速器控制閥的閥芯在彈簧作用下回到原位，同時(shí)將內(nèi)部空氣通過控制管路、經(jīng)三通接頭回到比例電磁閥，然后從比例電磁閥的排氣口排到大氣中。

圖3 緩速器控制氣路原理圖

2 問題分析

在使用過程中，發(fā)生滲油的地點(diǎn)就在比例電磁閥的排氣口，如圖4所示。

圖4 緩速器滲油圖

經(jīng)檢查滲出的油液為變速箱潤滑油，滲油量較少，但是車輛每次通電，變速箱自檢中，此處均有油液滲出，油液越積越多，最終可能會造成變速箱潤滑油不足，從而損壞變速箱。

經(jīng)過初步分析，造成該問題的原因可能有以下方面：

(1)控制電磁閥損壞問題分析

緩速器比例電磁閥通過高壓氣來控制緩速器控制閥，連接電磁閥的部分分別為電路和氣路，沒有油路，不會出現(xiàn)漏油問題，故緩速器控制電磁閥損壞引起滲油問題可以排除。

(2)油封損壞問題分析

拆檢變速箱緩速器控制閥后，更換了新油封，并檢查油封外表面光滑，未發(fā)現(xiàn)損壞痕跡。重新組裝完成后進(jìn)行跑車驗(yàn)證，出廠后使用緩速器，仍然出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。故由于油封損壞導(dǎo)致電磁閥滲油問題可以排除。

(3)閥腔表面制造質(zhì)量問題分析

分解緩速器控制閥后，觀察控制閥內(nèi)腔表面，有明顯加工刀痕。根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，油封配合的密封面粗糙度推薦值：內(nèi)腔Ra≤1.6 μm。隨后對閥體內(nèi)腔的表面粗糙度進(jìn)行檢測，變速箱控制閥內(nèi)腔表面粗糙度達(dá)3.2 μm，不符合要求。因此加工精度導(dǎo)致粗糙度超差的原因不能排除。

另外閥體內(nèi)腔壁加工面上有許多細(xì)小砂眼、氣孔等鑄造缺陷，導(dǎo)致閥體內(nèi)腔表面粗糙度差，缺陷越嚴(yán)重，滲油越厲害。具體情況如圖5所示。

圖5 緩速器控制閥內(nèi)腔壁

綜上，閥腔表面制造質(zhì)量問題導(dǎo)致滲油問題不能排除。

(4)定位結(jié)果

經(jīng)過以上分析，變速箱緩速器比例電磁閥排氣口滲油問題原因定位為：變速箱緩速器控制閥內(nèi)腔因鑄造缺陷存在砂眼和加工精度超差，共同導(dǎo)致閥體內(nèi)腔表面粗糙度差，造成密封失效引起滲油。

3 滲油問題機(jī)制分析

由緩速器工作原理可知，緩速器完成一次制動，其控制閥的閥芯在內(nèi)腔來回移動一次。閥芯在內(nèi)腔運(yùn)動示意圖如圖6、圖7所示。

圖6 緩速器關(guān)閉時(shí)控制閥芯位置

圖7 緩速器工作時(shí)控制閥芯位置

當(dāng)使用緩速器制動時(shí)，潤滑油經(jīng)進(jìn)油通道(圖6中“控制閥進(jìn)油口”)進(jìn)入閥腔。閥腔與閥芯上的油封為精密配合，之間存在油封刃口控制的潤滑油膜，此油膜具有流體潤滑特性，在液體表面張力的作用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個(gè)新月面，防止?jié)櫥偷男孤?，?shí)現(xiàn)密封。

因緩速器控制閥鑄造缺陷產(chǎn)生的砂眼導(dǎo)致內(nèi)腔表面粗糙度差，無法形成油封密封面油膜，密封失效。當(dāng)使用緩速器制動時(shí)，進(jìn)入閥腔的潤滑油滲出到活塞與端蓋之間；當(dāng)關(guān)閉緩速器時(shí)，比例電磁閥排氣，積存的油液隨壓縮空氣從電磁閥排氣口排出。

4 解決措施

經(jīng)過研究，提出了可行的解決措施：保持變速箱原油路和氣路狀態(tài)不變，在緩速器控制閥外部增加一級密封，由缸體和活塞組成，新增部件通過增長的螺栓安裝在原控制閥外部，結(jié)合面之間采用密封措施。

當(dāng)使用緩速器時(shí)，高壓氣推動新活塞，推動原閥芯往里運(yùn)動；當(dāng)關(guān)閉緩速器時(shí)，原閥芯在彈簧作用下推動新活塞往外移動，原閥芯將滲漏的油液推入新活塞和缸體形成的油室內(nèi)。為防止頻繁使用緩速器造成滲漏的油液填滿油室，在新增加的活塞和原閥芯上增加油道，將多余的油液引入緩速器殼體內(nèi)。改制后狀態(tài)如圖8所示，改制后的變速箱外形如圖9所示。

圖8 改制方案示意圖

ZF WSK400+8S221型變速箱緩速器比例電磁閥滲油問題定位準(zhǔn)確，機(jī)制分析清楚，提出的改制措施可以有效解決問題。

5 結(jié)束語

根據(jù)制定的ZF WSK400+8S221型變速箱緩速器比例電磁閥滲油問題解決措施方案，制作了改制樣件，并安裝在問題變速箱上進(jìn)行試驗(yàn)。最終證實(shí)，該措施可解決類似問題再次發(fā)生，后續(xù)批量改制。

[1]李楊.采埃孚9HP48自動變速器技術(shù)特點(diǎn)(上)[J].汽車維修技師,2014(3):36-40.

[2]肖軍.緩速器現(xiàn)代汽車制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件[J].時(shí)代汽車,2008(7):100-105.

[3]何仁,董穎,牛潤新.車用發(fā)動機(jī)緩速器工作循環(huán)的理論分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007,38(12):36-40.

HE R,DONG Y,NIU R X.Working Cycle Analysis of the Engine Retarder[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2007,38(12):36-40.

AnalysisofOilPenetrationfromProportionalSolenoidValveinthe
RetarderofZFGearBoxWSK400+8S221

LI Qiang

(Tai’an Aerospace Special Vehicle Co.,Ltd.,Taian Shandong 271000,China)

The ZF gear box WSK400+8S221, designed and manufactured by Germany ZF company, is widely used in Chinese super heavy duty special vehicles. However, it was found out the problem of oil leakage from proportional solenoid valve in the retarder. The fundamental reasons and corresponding solutions were worked out after overhauling and tests.

ZF gear box WSK400+8S221; Proportional solenoid valve in the retarder;Oil penetration problem

U463.212

B

1674-1986(2017)11-070-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.017

2017-07-04

李強(qiáng)(1986—)，男，助理工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。E-mail:15153829123@163.com。