铁路大型养路机械ZF变速箱无闭锁离合变换的探析

　　1 ZF 变速箱无闭锁离合变换动作问题分析
　　1.1 ZF 液力变矩器
　　ZF 液力变矩器是一种以液体作为工作介质的能量转换传递装置，它将发动机传来的机械能，通过能量输入部件，转换成液体的动能;再经能量输出部件，把液体的动能转换机械能输出，经过机械传动传递给车轮。ZF 变速箱广泛应用于铁路大型养路机械的走行系统，并且起着至关重要的作用，在铁路大型养路机械高速运行中，ZF 变速箱一旦没有闭锁离合变换动作将严重影响大型养路机械的正常运行和行车安全。
　　1.2 ZF 变速箱无闭锁离合变换动作问题产生的现象和影响
　　1.2.1 ZF 变速箱无闭锁离合变换动作问题产生的现象ZF 变速箱没有闭锁离合变换动作现象主要表现为：高速走行换挡后程发动机没有离合变换降速现象;大机高速走行速度达到50 60km/h 后，走行速度很难上升到设计要求的运行速度。
　　1.2.2 ZF 变速箱无闭锁离合变换动作问题产生的影响ZF 变速箱无闭锁离合变换动作(以下简称无WK) 这个问题在大型铁路养路机械(以下简称大机，如：DWL-48 捣稳车、DCL-32 连续式捣固车、DC-32 捣固车、CDC-16 道岔捣固车、WD-320 稳定车等)的调试、检验、高速路试和用户使用的过程中广泛存在，此问题一旦存在，将直接造成高速走行效率低下，严重时将造成区间运行误点，造成铁路安全事故。
　　特别是在调试和检验过程中，此问题一旦发生，因问题牵涉到电气、ZF 变速箱、发动机、走行传动机构等各部，各部相关调试、操作、检验、供货等人员总是不好界定问题产生的根源;再加上以上各机构都是大机的核心部件，结构庞大、空间紧凑、拆卸困难，造成分析问题，解决问题的极大困难，延误调试、检验、高速路试工期，导致较大的质量成本。
　　2 ZF 变速箱闭锁离合变换原理分析
　　ZF 液力变矩器(以下简称ZF)是一种以液体作为工作介质的能量转换传递装置，它将发动机传来的机械能，通过能量输入部件，转换成液体的动能;再经能量输出部件，把液体的动能转换机械能输出，经过机械传动传递给车轮。这样ZF 就能在一定范围内根据行驶阻力的变化，自动进行无级变速，低速时大扭矩，高速时小扭矩，因此，能使发动机经常在选定的工况下工作，能防止发动机过载熄火。不仅提高了发动机功率利用率，而且减少了换挡次数。
　　ZF 涡轮轴上的输出功率与泵轮轴上输入功率之比称传动效率。由于单级单相ZF 的传动效率特性曲线是抛物线形状，其最大效率只在变矩器以某一传动比工作时才能得到，而且高效率区范围较小(对工程机械用ZF 而言，传动效率大于0.75 称为高效区)，发动机油耗大，经济性差。当传动比小时，随着传动比的降低，传动效率也降低，这是允许的，因为此时变矩系数增大，可以改善机械的牵引性能。但是当传动比大时，传动效率降低，则是不希望的。液力变矩器的外特性是指泵轮转速nB为常数时，泵轮力矩MB、涡轮力矩MT和传动效率 随涡轮转速的变化关系。外特性曲线就是这些关系的曲线。从涡轮力矩曲线可以看出，涡轮力矩MT随涡轮转速nT的增加而减小，当涡轮力矩MT为零时，涡轮转速nT达到最大值，即涡轮空转的最大转速。液力变矩器的效率曲线，在涡轮转速nT=0 时，由于输出功率等于零， 所以传动效率 等于零。随着涡轮转速nT的增大，效率 逐渐上升，在达到最大效率值后，效率 又随着涡轮转速nT的增大而逐渐下降。在涡轮转速nT最大时，由于涡轮力矩MT=0，此时输出功率为零，所以效率 又等于零。可见液力变矩器的效率曲线呈抛物线形状。0.75 为高效区，高效区在中间一段，但为了扩大液力变矩器在大传动比工况时的高效区范围，提高大机在高速运行时的经济性，尽量采用闭锁式液力变矩器。当涡轮转数达到泵轮转数80%时，由装在变速箱内的转速传感器发出电信号，闭锁阀动作，使闭锁离合器接合，则涡轮与泵轮被机械地连接在一起。导轮反转使连接导轮的单向联轴器松开，导轮自由转动，导轮的旋转方向与泵轮的旋转方向一致。由于液流在循环流动中没有固定的导轮叶片作用，从而液力变矩器失去变矩能力，而转变为液力偶合工况，涡轮力矩等于泵轮力矩，即Mr=Mb。其传动效率提高到0.95 0.97。但是，由于液力变矩器中存在着随液流空转的导轮，要增加一部分能量损失。所以再用摩擦离合器机械地把泵轮和涡轮连接在一起， 使传动效率进一步提高到0.99。这样，变矩器在高传动比(i0.8)时的传动效率提高了，扩展了液力变矩器的高效率区工作范围。提高了大机高速经济性。
　　3 问题解决的步骤和方法
　　具体步骤和方法如下：
　　第一步：如果大机在高速运行中没有离合变换动作的同时，发动机冒黑烟，且发动机机油温度和缸头温度升温较快，则直接找发动机的问题。反之，如果发动机没有以上现象进行第二步。
　　第二步：从电气系统进行分析：首先检查G39 端有没有电信号，如果有，检查闭锁阀及其后一级机械方面的问题，进行第四步;如果没有， 检查28 U1 模块的4 脚是否有弱电压信号输入( 检测口见J29.12)，如果有输入，则可判断28 U1 有问题，如果没有输入，进行第三步(见WK 离合变换电气)。
　　第三步：1f35 涡轮转速传感器装在ZF 变速箱上(见涡轮转速传感器)，它由齿轮、磁铁心和线圈组成。齿轮装在变速箱W3轴上。铁芯和线圈为一体装在变速箱上，当齿轮转动时，由于通过线圈的磁通量变化，便在线圈内产生感应电动势，此电动势的变化频率与齿轮的齿数和转速成正比，经频压转换器电路放大，限幅成为脉冲波形，其频率保持不变。再经鉴频整流电路转变为与频率成正比的信号电压，经逻辑电路控制WK 电磁阀的动作。
　　根据以往的经验，由于涡轮转速传感器不是专业人员装配，造成多台大修大机ZF 离合变换无动作，所以在安装1f35 涡轮转速传感器时， 一定要严格控制0.5+0.5mm 处的安装间隙， 最好调整为0.60 0.80mm。当安装间隙正确时，则可判断涡轮转速传感器有问题;当安装间隙不正确时，严格调整安装间隙到合理范围。
　　第四步：首先检查67 点(见ZF 压力流量检测口)压力是否正常，如果ZF 在运行时压力低于10bar，检测QP(13-14)减去QK(15-16)的值(即ZF 泄漏量)是否大于10L/min,如果大于10L/min，则可判断ZF 变矩器内部调压阀、离合器、密封件等可能有问题，需要ZF 变速箱专业人员进行检修;如果ZF 泄漏量小于10L/min 进行第五步。
　　第五步：设定发动机转数(即ZF 输入转数)为1000r/min，检测G39不得电或得电时nZF 输出(r/min)的值。当G39 不得电和得电时nZF 输出(r/min)的值基本吻合试验输出转数经验值表时，说明闭锁阀(SOLENOID VALVE WK)及相关系统总成没有问题，转回第四步。
　　当G39 不得电和得电nZF 输出(r/min)的值与试验输出转数经验值表中G39 得电nZF 输出(r/min)的值相近时，ZF 闭锁阀动作，使闭锁离合器接合，涡轮与泵轮被机械地连接在一起，转回第四步找专业ZF 人员检修WK 闭锁离合器。
　　当G39 不得电和得电nZF 输出(r/min)的值与试验输出转数经验值表中G39 不得电nZF 输出(r/min)的值相近时，检测闭锁阀(SOLENOIDVALVE WK)，当闭锁阀(SOLENOID VALVE WK)有问题时，联系配件进行更换;当闭锁阀(SOLENOID VALVE WK)没有问题时，转回第四步找专业ZF 人员检修WK 闭锁离合器。
　　第六步：如果在以上几步中的各部件、各系统、各总成都不存在问题，转回第一步进一步检查和处理发动机的问题。