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鐵路大型養(yǎng)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為工作介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換傳遞裝置，它將發(fā)動機傳來的機械能，通過能量輸入部件，轉(zhuǎn)換成液體的動能;再經(jīng)能量輸出部件，把液體的動能轉(zhuǎn)換機械能輸出，經(jīng)過機械傳動傳遞給車輪。ZF 變速箱廣泛應(yīng)用于鐵路大型養(yǎng)路機械的走行系統(tǒng)，并且起著至關(guān)重要的作用，在鐵路大型養(yǎng)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(yǎng)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(chǎn)生的現(xiàn)象和影響。
（1）“ZF 變速箱無閉鎖離合變換動作”問題產(chǎn)生的現(xiàn)象。
“ZF 變速箱沒有閉鎖離合變換動作”現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：高速走行換擋后程發(fā)動機沒有離合變換降速現(xiàn)象;大機高速走行速度達到50～60km/h 后，走行速度很難上升到設(shè)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(chǎn)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(yǎng)路機械(以下簡稱大機，如：DWL-48 搗穩(wěn)車、DCL-32 連續(xù)式搗固車、DC-32 搗固車、CDC-16 道岔搗固車、WD-320 穩(wěn)定車等)的調(diào)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(qū)間運行誤點，造成鐵路安全事故。
特別是在調(diào)試和檢驗過程中，此問題一旦發(fā)生，因問題牽涉到電氣、ZF 變速箱、發(fā)動機、走行傳動機構(gòu)等各部，各部相關(guān)調(diào)試、操作、檢驗、供貨等人員總是不好界定問題產(chǎn)生的根源;再加上以上各機構(gòu)都是大機的核心部件，結(jié)構(gòu)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(diào)試、檢驗、高速路試工期，導(dǎo)致較大的質(zhì)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)是一種以液體作為工作介質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換傳遞裝置，它將發(fā)動機傳來的機械能，通過能量輸入部件，轉(zhuǎn)換成液體的動能;再經(jīng)能量輸出部件，把液體的動能轉(zhuǎn)換機械能輸出，經(jīng)過機械傳動傳遞給車輪。這樣ZF 就能在一定范圍內(nèi)根據(jù)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(fā)動機經(jīng)常在選定的工況下工作，能防止發(fā)動機過載熄火。不僅提高了發(fā)動機功率利用率，而且減少了換擋次數(shù)。
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。由于單級單相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(qū)范圍較小(對工程機械用ZF 而言，傳動效率大于0.75 稱為高效區(qū))，發(fā)動機油耗大，經(jīng)濟性差。當傳動比小時，隨著傳動比的降低，傳動效率也降低，這是允許的，因為此時變矩系數(shù)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(zhuǎn)速nB為常數(shù)時，泵輪力矩MB、渦輪力矩MT和傳動效率η 隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。外特性曲線就是這些關(guān)系的曲線。從渦輪力矩曲線可以看出，渦輪力矩MT隨渦輪轉(zhuǎn)速nT的增加而減小，當渦輪力矩MT為零時，渦輪轉(zhuǎn)速nT達到最大值，即渦輪空轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)速。液力變矩器的效率曲線，在渦輪轉(zhuǎn)速nT=0 時，由于輸出功率等于零， 所以傳動效率η 等于零。隨著渦輪轉(zhuǎn)速nT的增大，效率η 逐漸上升，在達到最大效率值后，效率η 又隨著渦輪轉(zhuǎn)速nT的增大而逐漸下降。在渦輪轉(zhuǎn)速nT最大時，由于渦輪力矩MT=0，此時輸出功率為零，所以效率η 又等于零。
可見液力變矩器的效率曲線呈拋物線形狀。η≥0.75 為高效區(qū)，高效區(qū)在中間一段，但為了擴大液力變矩器在大傳動比工況時的高效區(qū)范圍，提高大機在高速運行時的經(jīng)濟性，盡量采用閉鎖式液力變矩器。當渦輪轉(zhuǎn)數(shù)達到泵輪轉(zhuǎn)數(shù)80%時，由裝在變速箱內(nèi)的轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)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(dǎo)輪反轉(zhuǎn)使連接導(dǎo)輪的單向聯(lián)軸器松開，導(dǎo)輪自由轉(zhuǎn)動，導(dǎo)輪的旋轉(zhuǎn)方向與泵輪的旋轉(zhuǎn)方向一致。由于液流在循環(huán)流動中沒有固定的導(dǎo)輪葉片作用，從而液力變矩器失去變矩能力，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐毫ε己瞎r，渦輪力矩等于泵輪力矩，即Mr=Mb。其傳動效率提高到0.95～0.97。但是，由于液力變矩器中存在著隨液流空轉(zhuǎn)的導(dǎo)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(qū)工作范圍。提高了大機高速經(jīng)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(fā)動機冒黑煙，且發(fā)動機機油溫度和缸頭溫度升溫較快，則直接找發(fā)動機的問題。反之，如果發(fā)動機沒有以上現(xiàn)象進行第二步。
第二步：
從電氣系統(tǒng)進行分析：首先檢查G39 端有沒有電信號，如果有，檢查閉鎖閥及其后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(zhuǎn)速傳感器裝在ZF 變速箱上(見渦輪轉(zhuǎn)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。鐵芯和線圈為一體裝在變速箱上，當齒輪轉(zhuǎn)動時，由于通過線圈的磁通量變化，便在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此電動勢的變化頻率與齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比，經(jīng)頻壓轉(zhuǎn)換器電路放大，限幅成為脈沖波形，其頻率保持不變。再經(jīng)鑒頻整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)榕c頻率成正比的信號電壓，經(jīng)邏輯電路控制WK 電磁閥的動作。
根據(jù)以往的經(jīng)驗，由于渦輪轉(zhuǎn)速傳感器不是專業(yè)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(zhuǎn)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(diào)整為0.60～0.80mm。當安裝間隙正確時，則可判斷渦輪轉(zhuǎn)速傳感器有問題;當安裝間隙不正確時，嚴格調(diào)整安裝間隙到合理范圍。
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 在運行時壓力低于10bar，檢測QP(13-14)減去QK(15-16)的值(即ZF 泄漏量)是否大于10L/min,如果大于10L/min，則可判斷ZF 變矩器內(nèi)部調(diào)壓閥、離合器、密封件等可能有問題，需要ZF 變速箱專業(yè)人員進行檢修;如果ZF 泄漏量小于10L/min 進行第五步。
第五步：
設(shè)定發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)(即ZF 輸入轉(zhuǎn)數(shù))為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(zhuǎn)數(shù)經(jīng)驗值表”時，說明閉鎖閥(SOLENOID VALVE WK)及相關(guān)系統(tǒng)總成沒有問題，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)經(jīng)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(zhuǎn)回第四步找專業(yè)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(zhuǎn)數(shù)經(jīng)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(lián)系配件進行更換;當閉鎖閥(SOLENOID VALVE WK)沒有問題時，轉(zhuǎn)回第四步找專業(yè)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(tǒng)、各總成都不存在問題，轉(zhuǎn)回第一步進一步檢查和處理發(fā)動機的問題。
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