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任公司設計所，陜西 西安 710119）

前言

重型變速器由主變速器及副變速器構成，主變速器為手操縱，實現主變速箱的選、換擋功能；副變速器為氣操縱，實現副變速箱的高、低擋切換；由于這種結構的產品穩定性高、經濟性好，因而被越來越多的重型變速器廣泛使用。

在主、副變速器結構的變速器中，副變速器依靠氣路系統，完成高、低擋位的切換，增加了整個變速器的擋位數，擴大了傳動比范圍，使整車的經濟性和行駛平順性均有顯著提升；操作簡便，結構簡單，降低駕駛員操作疲勞感的同時也由于其平易近人的經濟成本為自己贏得了越來越多的客戶。因此氣路系統作為副變速器切換的執行機構，其在變速器工作中起著至關重要的作用，甚至直接決定了變速器在整車上整體的性能表現。

圖1 變速箱氣路圖

1 變速器氣路系統原理介紹

副變速器依靠換擋氣閥來完成高、低擋位的切換。氣路工作原理簡述如下：整車通過干燥罐提供給變速器氣路系統的干燥壓縮空氣，經變速器調壓閥調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作。調壓閥的作用是將整車提供的高壓壓縮空氣調節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，當切換換擋氣閥時，氣路路徑的變化使換擋氣缸在壓縮空氣的作用下，帶動副變速器中的同步器在高、低擋位置來回轉換，進而副變速器完成高、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部閥芯的位置，使進氣口分別與不同出氣口連通，完成對氣路路徑的轉換。當副變速器為低擋位置時，換擋氣閥頂桿處于自由伸出狀態，壓縮空氣由進氣口 1（與出口4相通）進入換擋氣缸的低擋腔，高擋腔的余氣經出氣口2（與排氣口3相通）排向大氣。當變速器為高擋位置時，換擋氣閥頂桿被下壓縮，壓縮空氣由進氣口1（與出口2相通）進入換擋氣缸的高擋腔，低擋腔的余氣經出氣口 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中扮演著核心零部件的角色，其產品可靠性會對變速箱甚至整車產生什么樣的影響呢？

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行簡要分析。

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行高、低擋切換，如發現換擋氣閥不排氣即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部發卡導致，需更換換擋氣閥。出現這種情況時，副變速器將失去高、低擋切換的功能，但卻不會對變速器自身造成較大的損害。

換擋氣閥排氣滯后這種現象一般是由于換擋氣閥復位慢導致，這種情況下，換擋氣閥雖能完成轉換，但對變速器造成的影響卻是不可逆的：

1）當換擋氣閥回位慢時，換擋氣閥內部氣路不能迅速切換，此時由于不能迅速建立換擋氣缸切換所需的工作氣壓，導致換擋氣缸推動同步器運動的力減小，同步器同步時間增長，加快了同步器摩擦材料的損耗，最終導致同步器早期故障。

2）換擋氣閥回位慢，駕駛員未及時發現。當駕駛員通過操縱桿完成副變速器高、低擋位的切換時，按正常換擋頻率對主變速器進行換擋操作，由于換擋氣閥回位緩慢，副變速器不能及時切換，而主變速器已掛擋，此時整車車速將迅速降低，如這時換擋氣閥開始回位、副變速器的切換意味著主箱在擋位的狀態下副箱強行換擋，會導致副箱同步器打齒等故障，嚴重時可能導致變速器整體損壞。

2.2 換擋氣閥漏氣故障分析

換擋氣閥排氣口漏氣：漏氣對于密封產品來說是常見現象，但如何找準漏氣原因并對癥下藥卻是個難題。在對變速器氣路系統進行故障排查時，首先需排查漏氣起因是否為換擋氣缸內部O型圈密封失效，因為換擋氣缸內部密封失效會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，分別檢測其密封性，確定漏氣點；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部密封失效，進氣口和排氣口連通導致，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重漏氣，氣路系統工作氣壓不達標，進入換擋氣缸的氣壓偏低，導致換擋氣缸推動同步器運動的力減小，同步器同步時間增長，加快了同步器摩擦材料的消耗，最終導致同步器故障。

2）車輛如長時間處于靜止狀態，換擋氣閥排氣口漏氣將導致儲氣罐中壓縮空氣全部泄漏，當車輛再次啟動時，由于整車氣壓不足，無法起步。

3）車輛在行駛過程中，換擋氣閥排氣口嚴重漏氣將使整車空氣壓縮機持續工作，造成不必要的能耗；同時嚴重漏氣也會導致剎車系統工作異常，危害駕駛員安全。

3 總結

綜上，換擋氣閥在變速器產品中起著至關重要的作用，其產品質量的可靠性、穩定性對變速器、整車均有較大的影響。為了便于用戶及服務人員快速、準確的對氣路系統故障進行判定，現將換向氣閥的故障形式及檢測要點總結如下表1所示：

表1