大型養(yǎng)路機(jī)械ZF液力機(jī)械變速箱離合器常見故障及調(diào)整措施

奚龍飛 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海大型養(yǎng)路機(jī)械運(yùn)用檢修段

1 前言

自1984年起，我國鐵路部門引進(jìn)大型養(yǎng)路機(jī)械參與工務(wù)線路施工。經(jīng)過30多年的應(yīng)用，大型養(yǎng)路機(jī)械在提高施工線路質(zhì)量、延長線路大維修周期等方面發(fā)揮了不可替代的重要作用，是工務(wù)施工現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)，是鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。ZF 液力機(jī)械變速箱（以下簡稱ZF 變速箱）是大型養(yǎng)路機(jī)械傳動系統(tǒng)中的重要部件，是德國ZF 公司生產(chǎn)4WG-65 系列變速箱，廣泛應(yīng)用在DC-32K、DCL-32K、CDC-16K型搗固車、WD-320型穩(wěn)定車上。

2 ZF液力機(jī)械變速箱的結(jié)構(gòu)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(zhì)的能量轉(zhuǎn)換傳遞裝置，它將發(fā)動機(jī)傳來的機(jī)械能，通過能量輸入部件，轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的動能，再經(jīng)能量輸出部件，把液體的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出，經(jīng)過機(jī)械傳動系統(tǒng)傳遞給車輪，液力變矩器可以在一定范圍內(nèi)自動地?zé)o級改變輸出軸上的力矩，能自動適應(yīng)行駛阻力的需要。

圖1 4WG-65型液力機(jī)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(jī)構(gòu)和電液換擋控制系統(tǒng)組成，往往與液力變矩器連接為一體。發(fā)動機(jī)的動力從液力變矩器傳入液力機(jī)械變速箱，經(jīng)過齒輪傳動變速后，輸出不同速比等級的動力轉(zhuǎn)速以及不同的旋轉(zhuǎn)方向。由于變速箱的換擋機(jī)構(gòu)采用的是電液換擋控制系統(tǒng)，在軸上空轉(zhuǎn)的齒輪和軸的結(jié)合與分離是通過換擋離合器來實(shí)現(xiàn)的，換擋離合器的主傳動摩擦片與從動摩擦片之間的結(jié)合與分離又由壓力油操縱，而壓力油則是由發(fā)動機(jī)驅(qū)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(xì)分型號的ZF 變速箱，見圖2。不同細(xì)分型號間，箱體的安裝尺寸，動力輸入和輸出均一致，主要區(qū)別在于末級、主驅(qū)采用電控或手控的控制方式，取力口的數(shù)量。整車實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)不同多片式離合器的脫開或結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)行擋位。從液壓的角度來說，ZF 變速箱利用內(nèi)部的機(jī)油、油泵、離合器油缸、控制閥實(shí)現(xiàn)各個擋位變化，是一套完整的液壓系統(tǒng)。

圖2 ZF變速箱銘牌

3 高速走行和作業(yè)走行

搗固車和穩(wěn)定車進(jìn)行線路維修作業(yè)時要占用封鎖區(qū)間，為減少進(jìn)出封鎖區(qū)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(yè)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(yè)走行。

3.1 高速走行

高速走行是液力機(jī)械傳動，發(fā)動機(jī)、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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)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(yùn)行工況。自行高速走行時，作業(yè)油泵和ZF 連接的主驅(qū)離合器脫開，減速箱的輔助作業(yè)走行馬達(dá)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(yùn)行時，動力輸出傳動軸的末級離合器必須脫開并鎖定，因?yàn)榉赐蟌F 變速箱時由于潤滑油液供應(yīng)不足可能造成液力機(jī)械變速箱的損壞。

3.2 作業(yè)走行

ZF 變速箱的主驅(qū)離合器結(jié)合，末級離合器斷開，變速箱內(nèi)的液壓離合器均脫開，作業(yè)走行馬達(dá)通過減速箱輸出扭矩直接驅(qū)動ZF 變速箱的輸出軸，經(jīng)分動差動箱，到車軸齒輪箱，輸出動力。

4 ZF液力機(jī)械變速箱離合器的脫掛方式

ZF變速箱末級離合器、主驅(qū)離合器的作用是結(jié)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(jī)械連桿方式、機(jī)械軟軸連接方式、電液控制方式。DWL-48型搗穩(wěn)車采用電液控制方式，集成到ZF 變速箱內(nèi)部，廠家進(jìn)行了相應(yīng)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(wěn)定車上ZF 變速箱末級離合器大多采用機(jī)械連桿和軟軸連接方式，ZF變速箱主驅(qū)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(wěn)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(zhuǎn)移永寧鎮(zhèn)途中，到達(dá)鎮(zhèn)江東時發(fā)現(xiàn)ZF 液力機(jī)械變速箱溫度高、有異味，拆解發(fā)現(xiàn)是末級離合器未完全脫開導(dǎo)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(xiàn)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(jī)構(gòu)存在較大間隙，出現(xiàn)手柄在脫開位置時，內(nèi)部離合器可能未真正脫離到位，這種情況附掛運(yùn)行時輪對負(fù)載反向傳遞，離合器軸承受軸向和徑向負(fù)載，極易導(dǎo)致ZF 箱體內(nèi)部機(jī)件損壞；或者手柄在掛擋位置時，內(nèi)部離合器實(shí)際為脫開位，導(dǎo)致大機(jī)無法走行，這種情況多為撥叉未走到位，滑套卡死，內(nèi)齒圈無法將鋼珠壓入鎖定槽內(nèi)，離合器在轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生脫開。加之機(jī)組日常檢查保養(yǎng)時未對ZF脫掛情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查，對潛在的脫掛不到位的問題無法及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行調(diào)整，最終導(dǎo)致ZF變速箱的損壞。

5.2 主驅(qū)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(yè)時無法走行，開箱發(fā)現(xiàn)ZF作業(yè)主驅(qū)動離合器損壞。

（2）2020年3月，DCL-32K型10556號搗固車作業(yè)系統(tǒng)故障，大車走行無動作，壓力顯示低。主驅(qū)離合器掛擋機(jī)構(gòu)重新調(diào)整后，回復(fù)正常。

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

原因分析：ZF作業(yè)主驅(qū)離合器的脫掛是通過氣缸控制實(shí)現(xiàn)的，氣缸的動作帶動撥叉連桿的動作實(shí)現(xiàn)脫掛，在運(yùn)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(jī)組日常檢修不到位，離合器位置調(diào)整不及時，導(dǎo)致離合器的內(nèi)部圓銷變形、卡簧脫落、活塞自動復(fù)位不順暢、活塞桿受徑向力過大造成彎曲，依次出現(xiàn)離合器脫掛不正常，造成離合器內(nèi)部的進(jìn)一步損壞。

6 ZF變速箱離合器的調(diào)整措施

末級離合器、主驅(qū)離合器均屬于牙嵌式離合器，調(diào)整和檢查的基本要求都是利用外圍機(jī)構(gòu)控制離合器的脫和掛兩種狀態(tài)，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(diào)整措施

調(diào)整措施如下，見圖3、圖4。

圖3 ZF末級離合器脫掛操作機(jī)構(gòu)

（1）發(fā)動機(jī)在停機(jī)狀態(tài)，設(shè)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?yàn)閽鞊酰瑩懿孢B桿遠(yuǎn)離ZF 方向?yàn)槊摀?。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(yàn)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(fā)現(xiàn)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(guān)節(jié)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(jī)構(gòu)

（5）檢查軟軸兩端直角關(guān)節(jié)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(diào)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(diào)整車輛底部一端的撥叉連桿處直角關(guān)節(jié)軸承和軟軸的連接位置，來回微調(diào)軟軸和ZF 段連接的背帽螺栓，使該直角關(guān)節(jié)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(yīng)。

（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(jī)構(gòu)的間隙，確保掛擋位了），松開手柄，這時鎖定銷能自由回彈進(jìn)入掛擋鎖定孔內(nèi)，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(jìn)入脫檔的鎖定孔內(nèi)。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(diào)整限位開關(guān)撥桿，啟動發(fā)動機(jī)，分別掛正反轉(zhuǎn)1、2、3檔，檢查ZF變速箱末級離合器法蘭的轉(zhuǎn)動情況，一切正常后，安裝傳動軸，試驗(yàn)動態(tài)走行，至此調(diào)整完畢。

6.2 氣缸控制主驅(qū)離合器的調(diào)整措施

調(diào)整措施見圖5。

圖5 主驅(qū)離合器脫掛機(jī)構(gòu)

（1）發(fā)動機(jī)在停機(jī)狀態(tài)，設(shè)置止輪器，拆除主驅(qū)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?yàn)閽鞊酰瑩懿孢B桿遠(yuǎn)離ZF 方向?yàn)槊摀?，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(yàn)幾次手動脫掛擋，確保脫掛擋到位。

（3）檢查ZF 變速箱主驅(qū)離合器撥叉連桿手柄上的緊固螺栓，發(fā)現(xiàn)松動需要緊固。

（4）檢查控制氣缸上的各個連接螺栓，發(fā)現(xiàn)松動需要緊固。

（5）將ZF 變速箱主驅(qū)離合器撥叉連桿放在脫擋位置，并且用手盤動法蘭確認(rèn)，控制氣缸在無風(fēng)狀態(tài)下，活塞桿縮進(jìn)，調(diào)整ZF 變速箱主驅(qū)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(zhǔn)確對位，裝入連接銷軸。

（6）建立風(fēng)壓或外接風(fēng)源使主驅(qū)控制氣缸活塞桿伸出，并且反復(fù)試驗(yàn)幾次盤動主驅(qū)法蘭確認(rèn)掛擋擋位，此時主驅(qū)撥叉連桿應(yīng)該和限位螺釘剛好密貼并留有間隙。必要時，調(diào)整限位螺釘?shù)纳斐龌蚩s進(jìn)位置，最后緊固限位螺釘?shù)逆i緊螺母。

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

（8）ZF 變速箱主驅(qū)離合器調(diào)整到位后，掛擋后撥叉連桿可以頂?shù)较尬宦葆敚瑨鞊踹^程可能會出現(xiàn)略微不順暢的現(xiàn)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(yīng)。

7 總結(jié)

在對ZF 變速箱結(jié)構(gòu)原理、走行傳動系統(tǒng)分析、離合器脫掛方式了解的基礎(chǔ)上，通過ZF 變速箱離合器常見故障分析及脫掛方式調(diào)整措施的探討，可以看出ZF 變速箱在使用過程中出現(xiàn)故障的原因是多方面的，只要我們在大機(jī)運(yùn)用檢修中不斷加強(qiáng)對ZF 變速箱原理和離合器調(diào)整的學(xué)習(xí)，按時檢修保養(yǎng)，按標(biāo)作業(yè)，出現(xiàn)故障時認(rèn)真分析總結(jié)，確保走行系統(tǒng)安全，保證大型養(yǎng)路機(jī)械的正常使用。