鐵路大型養路機械ZF變速箱無閉鎖離合變換的探析論文

一、“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”問題分析。

1、ZF 液力變矩器。

ZF 液力變矩器是一種以液體作爲工作介質的能量轉換傳遞裝置，它將發動機傳來的機械能，通過能量輸入部件，轉換成液體的動能;再經能量輸出部件，把液體的動能轉換機械能輸出，經過機械傳動傳遞給車輪。ZF 變速箱廣泛應用於鐵路大型養路機械的走行系統，並且起着至關重要的作用，在鐵路大型養路機械高速運行中，ZF 變速箱一旦沒有閉鎖離合變換動作將嚴重影響大型養路機械的正常運行和行車安全。

2、“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”問題產生的現象和影響。

（1）“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”問題產生的現象。

“ZF 變速箱沒有閉鎖離合變換動作”現象主要表現爲：高速走行換擋後程發動機沒有離合變換降速現象;大機高速走行速度達到50～60km/h 後，走行速度很難上升到設計要求的運行速度。

（2）“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”問題產生的影響。

“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”(以下簡稱無WK) 這個問題在大型鐵路養路機械(以下簡稱大機，如：DWL-48 搗穩車、DCL-32 連續式搗固車、DC-32 搗固車、CDC-16 道岔搗固車、WD-320 穩定車等)的調試、檢驗、高速路試和用戶使用的過程中廣泛存在，此問題一旦存在，將直接造成高速走行效率低下，嚴重時將造成區間運行誤點，造成鐵路安全事故。

特別是在調試和檢驗過程中，此問題一旦發生，因問題牽涉到電氣、ZF 變速箱、發動機、走行傳動機構等各部，各部相關調試、操作、檢驗、供貨等人員總是不好界定問題產生的根源;再加上以上各機構都是大機的核心部件，結構龐大、空間緊湊、拆卸困難，造成分析問題，解決問題的極大困難，延誤調試、檢驗、高速路試工期，導致較大的質量成本。

二、ZF 變速箱閉鎖離合變換原理分析。

ZF 液力變矩器(以下簡稱ZF)是一種以液體作爲工作介質的能量轉換傳遞裝置，它將發動機傳來的機械能，通過能量輸入部件，轉換成液體的動能;再經能量輸出部件，把液體的動能轉換機械能輸出，經過機械傳動傳遞給車輪。這樣ZF 就能在一定範圍內根據行駛阻力的變化，自動進行無級變速，低速時大扭矩，高速時小扭矩，因此，能使發動機經常在選定的工況下工作，能防止發動機過載熄火。不僅提高了發動機功率利用率，而且減少了換擋次數。

ZF 渦輪軸上的輸出功率與泵輪軸上輸入功率之比稱傳動效率。由於單級單相ZF 的傳動效率特性曲線是拋物線形狀，其最大效率只在變矩器以某一傳動比工作時才能得到，而且高效率區範圍較小(對工程機械用ZF 而言，傳動效率大於0.75 稱爲高效區)，發動機油耗大，經濟性差。當傳動比小時，隨着傳動比的降低，傳動效率也降低，這是允許的，因爲此時變矩係數增大，可以改善機械的牽引性能。但是當傳動比大時，傳動效率降低，則是不希望的。液力變矩器的外特性是指泵輪轉速nB爲常數時，泵輪力矩MB、渦輪力矩MT和傳動效率η 隨渦輪轉速的變化關係。外特性曲線就是這些關係的曲線。從渦輪力矩曲線可以看出，渦輪力矩MT隨渦輪轉速nT的增加而減小，當渦輪力矩MT爲零時，渦輪轉速nT達到最大值，即渦輪空轉的最大轉速。液力變矩器的效率曲線，在渦輪轉速nT=0 時，由於輸出功率等於零， 所以傳動效率η 等於零。隨着渦輪轉速nT的增大，效率η 逐漸上升，在達到最大效率值後，效率η 又隨着渦輪轉速nT的增大而逐漸下降。在渦輪轉速nT最大時，由於渦輪力矩MT=0，此時輸出功率爲零，所以效率η 又等於零。

可見液力變矩器的效率曲線呈拋物線形狀。η≥0.75 爲高效區，高效區在中間一段，但爲了擴大液力變矩器在大傳動比工況時的高效區範圍，提高大機在高速運行時的經濟性，儘量採用閉鎖式液力變矩器。當渦輪轉數達到泵輪轉數80%時，由裝在變速箱內的轉速傳感器發出電信號，閉鎖閥動作，使閉鎖離合器接合，則渦輪與泵輪被機械地連接在一起。導輪反轉使連接導輪的單向聯軸器鬆開，導輪自由轉動，導輪的旋轉方向與泵輪的旋轉方向一致。由於液流在循環流動中沒有固定的導輪葉片作用，從而液力變矩器失去變矩能力，而轉變爲液力偶合工況，渦輪力矩等於泵輪力矩，即Mr=Mb。其傳動效率提高到0.95～0.97。但是，由於液力變矩器中存在着隨液流空轉的導輪，要增加一部分能量損失。所以再用摩擦離合器機械地把泵輪和渦輪連接在一起， 使傳動效率進一步提高到0.99。這樣，變矩器在高傳動比(i>0.8)時的傳動效率提高了，擴展了液力變矩器的.高效率區工作範圍。提高了大機高速經濟性。

三、問題解決的步驟和方法。

具體步驟和方法如下：

第一步：

如果大機在高速運行中沒有離合變換動作的同時，發動機冒黑煙，且發動機機油溫度和缸頭溫度升溫較快，則直接找發動機的問題。反之，如果發動機沒有以上現象進行第二步。

第二步：

從電氣系統進行分析：首先檢查G39 端有沒有電信號，如果有，檢查閉鎖閥及其後一級機械方面的問題，進行第四步;如果沒有， 檢查28 U1 模塊的4 腳是否有弱電壓信號輸入( 檢測口見J29.12)，如果有輸入，則可判斷28 U1 有問題，如果沒有輸入，進行第三步(見WK 離合變換電氣)。

第三步：

1f35 渦輪轉速傳感器裝在ZF 變速箱上(見渦輪轉速傳感器)，它由齒輪、磁鐵心和線圈組成。齒輪裝在變速箱W3軸上。鐵芯和線圈爲一體裝在變速箱上，當齒輪轉動時，由於通過線圈的磁通量變化，便在線圈內產生感應電動勢，此電動勢的變化頻率與齒輪的齒數和轉速成正比，經頻壓轉換器電路放大，限幅成爲脈衝波形，其頻率保持不變。再經鑑頻整流電路轉變爲與頻率成正比的信號電壓，經邏輯電路控制WK 電磁閥的動作。

根據以往的經驗，由於渦輪轉速傳感器不是專業人員裝配，造成多臺大修大機ZF 離合變換無動作，所以在安裝1f35 渦輪轉速傳感器時， 一定要嚴格控制0.5+0.5mm 處的安裝間隙， 最好調整爲0.60～0.80mm。當安裝間隙正確時，則可判斷渦輪轉速傳感器有問題;當安裝間隙不正確時，嚴格調整安裝間隙到合理範圍。

第四步：

首先檢查67 點(見ZF 壓力流量檢測口)壓力是否正常，如果ZF 在運行時壓力低於10bar，檢測QP(13-14)減去QK(15-16)的值(即ZF 泄漏量)是否大於10L/min,如果大於10L/min，則可判斷ZF 變矩器內部調壓閥、離合器、密封件等可能有問題，需要ZF 變速箱專業人員進行檢修;如果ZF 泄漏量小於10L/min 進行第五步。

第五步：

設定發動機轉數(即ZF 輸入轉數)爲1000r/min，檢測G39不得電或得電時nZF 輸出(r/min)的值。當G39 不得電和得電時nZF 輸出(r/min)的值基本吻合“試驗輸出轉數經驗值表”時，說明閉鎖閥(SOLENOID VALVE WK)及相關係統總成沒有問題，轉回第四步。

當G39 不得電和得電nZF 輸出(r/min)的值與“試驗輸出轉數經驗值表”中“G39 得電nZF 輸出(r/min)”的值相近時，ZF 閉鎖閥動作，使閉鎖離合器接合，渦輪與泵輪被機械地連接在一起，轉回第四步找專業ZF 人員檢修WK 閉鎖離合器。

當G39 不得電和得電nZF 輸出(r/min)的值與“試驗輸出轉數經驗值表”中“G39 不得電nZF 輸出(r/min)”的值相近時，檢測閉鎖閥(SOLENOIDVALVE WK)，當閉鎖閥(SOLENOID VALVE WK)有問題時，聯繫配件進行更換;當閉鎖閥(SOLENOID VALVE WK)沒有問題時，轉回第四步找專業ZF 人員檢修WK 閉鎖離合器。

第六步：

如果在以上幾步中的各部件、各系統、各總成都不存在問題，轉回第一步進一步檢查和處理髮動機的問題。