張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

影響城市環(huán)衛(wèi)車匹配變速器的情況分析

張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

城市垃圾車又稱環(huán)衛(wèi)車，是一種專用車與普通汽車的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊運輸和作業(yè)功能。其中變速操縱是否輕便，取力器工作是否可靠，駕駛員對此十分敏感，設計好上述系統(tǒng)對城市環(huán)衛(wèi)車是非常重要的。文章從離合、離合管路、變速器、變速操縱及取力器管路5個方面分析了城市環(huán)衛(wèi)車匹配變速箱的情況分析，并針對各個影響因素提出改進方法，提出了可行的評價操控性能的優(yōu)劣方法。在設計過程中，以上5個方面是逐一排查匹配變速箱的關鍵要素，并通過反復的主觀評價和逐步優(yōu)化，可以取得良好的效果。

汽車；換擋；離合器；離合管路；變速器；變速操縱；取力器管路

CLC NO.:U463.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-41-05

引言

隨著社會的發(fā)展和駕駛員年輕化，80、90的駕駛員越來越注重商用車“乘用車化設計”的感受。我國目前城市發(fā)展迅猛，使用的城市環(huán)衛(wèi)車絕大多數(shù)為手動變速器。變速器由于換擋、取力工作頻繁，駕駛員對于換擋操縱是否舒適，取力器工作是否可靠都十分敏感，此項性能直接影響到駕駛員對車型的評價。針對手動擋變速器匹配的問題，文章從選換擋、取力器工作等相關的各個系統(tǒng)進行分析，提出問題的癥結所在和改善措施，并根據(jù)設計經(jīng)驗提出參數(shù)優(yōu)化經(jīng)驗值。

1、換擋困難的影響因素及改進方法

1.1 離合器

離合器和離合器操縱系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。

1.1.1 離合器后備系數(shù)

離合器的后備系數(shù)(β)是離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩之比，離合器的后備系數(shù)必須大于1。β不足會導致車輛正常行駛時離合器打滑，車輛加速緩慢，

車速提升速度與發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升速度失調(diào)。此時摩擦片、壓盤及飛輪之間過度滑摩產(chǎn)生大量的熱量，嚴重時會導致離合器完全燒蝕，喪失分離和接合功能，車輛無法換擋。

根據(jù)汽車設計的標準，乘用車的 一般取β值1.2～1．75。家庭用轎車的β可相對選取小些，而商務車型及小型客貨車的β應相對大些。由于受目前國內(nèi)路況、國產(chǎn)零部件精度、國產(chǎn)離合器高溫時產(chǎn)生的壓盤預形變而帶來的結合不均勻、車輛使用情況以及駕駛員水平的影響，離合器的實際后備系數(shù)將小于理論設計值。建議在設計垃圾車后備系數(shù)時，根據(jù)實際情況增加一個傳動系統(tǒng)效率損失系數(shù)(η)，η一般取0．9(經(jīng)驗值)。

1.1.2 離合器滑磨功

離合器的滑磨功是汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總熱量，而單位面積滑磨功則是指離合器接合一次單位面積摩擦片上產(chǎn)生的熱量。單位面積滑磨功體現(xiàn)了離合器工作時的熱量釋放情況，該值應越小越好。此時需根據(jù)滑磨功的計算值合理地選擇摩擦材料，保證其性能和壽命滿足車輛使用要求。此外在空間允許的情況下，可考慮適當增大離合器摩擦片的尺寸來減小單位面積滑磨功。

1.1.3 離合器壓盤溫升

離合器壓盤溫升是指離合器接合一次壓盤溫度升高值，它體現(xiàn)出離合器的散熱性能，該值應越小越好。壓盤溫升過大會導致離合器散熱不及時，同樣會造成離合器燒蝕故障，喪失分離和接合功能，車輛無法換擋。為了使每次接合的溫升不致過高，壓盤應具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量；為了保證在受熱情況下不致翹曲變形，壓盤應具有足夠大的剛度且一般都較厚。此外，壓盤的結構設計還應注意其通風冷卻要好，例如在壓盤體內(nèi)鑄出導風槽或改變壓盤平面內(nèi)凹角度使高溫時壓盤形變能增加接合面積。

1.1.4 摩擦材料的選擇

各種摩擦片具有各自特定的使用溫度、耐磨性能、抗壓能力和摩擦因數(shù)，摩擦材料的好壞直接影響到離合器的壽命，同時也影響著離合器的成本。根據(jù)計算出的后備系數(shù)和滑磨功等值，選擇適合的摩擦材料，達到性能和成本的平衡。

1.1.5 離合器從動盤軸向壓縮量的設計

離合器從動盤軸向壓縮量是指從動盤自由狀態(tài)和壓緊狀態(tài)下厚度的差值，它由從動盤的波形彈簧產(chǎn)生，用于緩沖離合器快速接合時產(chǎn)生的動載荷， 軸向壓縮量過小會導致?lián)Q擋松，離合時車輛前后抖動， 同時會有摩擦片破損的隱患。軸向壓縮量過大則會導致離合器分離行程不足，離合器無法徹底分離，車輛掛不上擋。

1.2 離合操縱系統(tǒng)

液壓離合操縱機構主要由主泵、分泵、油管、撥叉、分離軸承和離合踏板等組成。

1.2.1 離合主、分泵效率低

離合主、分泵效率分為力效率和行程效率。泵的力效率過低會導致離合踏板力偏大，影響操作舒適性。泵的行程效率過低則會導致離合器分離點偏低。在設定了分離點位置和分離力之后，想要降低離合器分離力和增大離合器壓盤升程，就必須要提高主、分泵系統(tǒng)的行程效率和力效率。影響離合主、分泵效率的因素主要有缸體內(nèi)壁圓度和粗糙度；皮碗的形狀和加工精度；缸體內(nèi)壁與皮碗的配合公差等。通過使用鑄鋁結構缸體提高缸體的加工精度、提高皮碗的精度以及優(yōu)化缸體內(nèi)壁與皮碗的配合公差等方法，可以有效地提高主、分泵系統(tǒng)的效率。

離合踏板分離點行程可用式(1)計算：

式中：S——踏板實際分離點行程，mm；

S——分離點時分離軸承的行程，mm；

I1——撥叉杠桿比；

I2——液壓助力比；

I3——踏板杠桿比；

μ——主、分泵系統(tǒng)行程效率；

So——踏板空行程，mm。

離合踏板分離力可用式(2)進行計算：

式中：F——最大離合踏板力，N：

f——離合器分離指的最大分離力，N；

η——主、分泵系統(tǒng)力效率。

1.2.2 分離軸承破損或卡滯

離合系統(tǒng)的分離軸承直接承受著離合器的分離力，當離合器分離指不平或者離合器燒蝕、環(huán)境溫度過高時就易造成分離軸承破損，從而產(chǎn)生異響故障。此外，分離軸承本身的卡滯故障會導致離合器分離指異常磨損，產(chǎn)生異響，嚴重時會造成分離指折斷，顧分離軸承關鍵部位的精度設計是尤為重要的。

1.2.3 離合操縱機構潤滑差

離合操縱機構需要使用潤滑脂減小其摩擦損耗。不加潤滑脂或是潤滑脂選用不當會導致分離軸承卡滯、踏板力偏大

及離合踏板回位緩慢或不回位故障。同時缺少潤滑脂的操縱機構也會產(chǎn)生異響故障。分離軸承內(nèi)圈、撥又球窩、撥叉頭、分泵推桿以及離合踏板助力彈簧等處都需要涂抹適量的油脂，過量的油脂甩到摩擦片上會導致離合器燒蝕。

1.2.4 離合踏板助力和回位力不合適

為減輕駕駛員踩踏板的操作力，離合踏板需增加助力彈簧， 同時為保證離合踏板在離合器接合后快速回位，該彈簧同時需具備回位彈簧功能。離合踏板回位力選擇不當將導致踏板回位緩慢、甚至不回位故障。同時回位力選擇不當也可能造成踏板力過大，影響駕駛舒適性。最大助力點應當盡量靠近離合器壓盤最大分離力點，以便保持離合踏板操作輕便。助力和回位力變換點應放在離合器接合點之后， 以便離合器接合后踏板快速回位，減小半接合時間。

1.2.5 優(yōu)化踏板行程和分離點位置

離合踏板的分離點位置和分離力直接影響了駕駛員的操縱舒適性，一般要求專用車保持在(100±10)N的范圍內(nèi)。專用車的后備行程(總行程一分離點行程)需控制在(35±5)mm范圍內(nèi)。圖2示為我公司現(xiàn)研發(fā)垃圾車最佳離合器踏板行程和力的曲線圖。

表1 離合踏板曲線圖關鍵點解釋

1.3 變速器

變速器、同步器和選換擋機構，如圖3、圖4所示。

1.3.1 同步器性能

在手動機械式變速器中，為實現(xiàn)換擋操作迅速輕便無沖擊，有利于提高汽車的動力性和燃料經(jīng)濟性，在各擋位中多采用同步器來實現(xiàn)換擋操作。同步器中同步環(huán)的同步容量是衡量同步器性能的重要參數(shù)。同步容量滿足設計要求，可以很容易的進擋，掛擋時間短，反之如果同步容量不足，就需要更長的時間使被掛入擋位齒輪和同步器齒套實現(xiàn)同步。同步器結構圖，如圖4所示。

可以通過提高同步性能進行改進。試驗證明，單錐環(huán)摩擦因數(shù)平均在0．1左右；雙錐環(huán)的摩擦因數(shù)平均為0．17，比相同大小的單錐提高了70%；三錐同步器齒環(huán)使摩擦面數(shù)目增加到了3個，從而進一步增大了摩擦力矩，與相同大小的單錐齒環(huán)和雙錐齒環(huán)相比，具有更大同步扭矩／容量，進一步減小換擋力。試驗證明，雙錐環(huán)摩擦因數(shù)平均在0．17

左右，三錐環(huán)的摩擦因數(shù)平均為0．24，比相同大小雙錐的提高了40%。圖5～ 圖7示單錐環(huán)、雙錐環(huán)及三錐環(huán)摩擦因數(shù)試驗曲線。

1.3.2 選換擋機構的設計

變速器內(nèi)部通過換擋軸→換擋撥頭→撥叉軸→撥叉進行換擋， 并通過回位扭簧來實現(xiàn)選擋阻力。運動傳遞路線中配合公差和尺寸鏈是否合適，回位扭簧力的大小等，最終反映到駕駛者的選換擋力是否合適。

1.4 換擋操縱系統(tǒng)

變速器的換擋操縱系統(tǒng)結構示意圖，如圖8所示。

1.4.1 選換擋軟軸運動不暢

軟軸的作用就是作為媒介將駕駛員給操縱機構的換擋動作傳遞給變速器，以實現(xiàn)換擋。導致軟軸運動不暢的主要原因有：軟軸芯軸和護管的潤滑不良，軟軸芯軸和護管配合間隙過小或過大，軟軸走向過于曲折。要求軟軸最好選用花鍵自潤滑式芯軸并保證芯軸與護管的間隙在0.5mm左右，軟軸走向應盡量減小大角度的彎曲，彎曲角度不得小于200mm。

1.4.2 換擋器總成運動狀態(tài)不良

換擋器總成運動不良的原因主要有：換擋器總成本身由于可靠性較差，運動件磨損導致間隙過大引起的選換擋沉重或失效；潤滑不當引起的卡滯現(xiàn)象；換擋器不符合人機工程學引起的選換擋沉重或掛檔不清。

1.4.3 選換擋軟軸固定支架設計不當

選換擋軟軸固定支架的質(zhì)量和固定“U”型螺栓孔的角度對使用軟軸操縱的變速器的換擋力影響很大，很多情況都是由于支架的設計不合理（或因模塊化統(tǒng)一借用的關系導致匹配狀態(tài)不理想）而引起的選擋困難、掛擋沉重。目前來說，進口軟軸的質(zhì)量要比一般的國產(chǎn)軟軸強很多，但是價格也比國產(chǎn)軟軸高出許多倍。只要布置合理，一般的軟軸都是可以滿足使用要求的。筆者最近處理的一批換擋沉重的專用車，就是由于支架固定處與軟軸匹配不合理造成選換擋卡滯，最終導致軟軸內(nèi)部斷裂的情況。如圖9、圖10所示。

1.5 取力器管路裝置

1.5.1 軸承損壞和油封漏油

1)取力器的轉(zhuǎn)速非常高，采用的又是飛濺潤滑方式，潤滑不均勻必然會加重摩擦生熱。在潤滑和散熱不良的雙重因素作用下，使取力器高溫，軸承與油封損壞。2)取力器進灰。進灰使?jié)櫥妥冑|(zhì)、潤滑不良，加重摩擦生熱，如果發(fā)現(xiàn)不及時，會加速取力器各部件的損壞。

1.5.2 連接齒輪損壞

我公司目前開發(fā)的城市垃圾車匹配的都是法士特和東風變速箱，由氣動電磁閥控制取力器掛擋，設計中要注意不要因氣路漏氣或電磁閥故障造成取力器掛擋不到位，導致取力器打齒，齒輪異常磨損或失效。

1.5.3 輸出軸傾斜角度

輸出軸連接部件變形是反復的掛擋沖擊造成的，我公司開發(fā)垃圾車取力器有兩種，分別是花鍵式和傳動軸式，其中傳動軸式連接需要注意傳動軸匹配角度不宜過大，一般情況下小于6o。

1.5.4 防掛不上檔

1)氣壓不足。氣壓低于工作壓力，在設計中應注意電磁氣閥前、后氣管走向平順且供氣筒壓力高于工作氣壓。2）控制系統(tǒng)故障。當傳動機構的齒輪嚙合不良、撥叉與推桿連接螺栓松動時，取力器會出現(xiàn)異常聲響。同時注意潤滑油加注情況，一般情況下取力器加注潤滑油與變速器一體在變速器上頂蓋加注（少數(shù)情況需要單獨加注）。

2、評價

垃圾車變速器選換擋操縱過程是否平順、換擋是否精準、取力器工作是否可靠，不僅影響垃圾車的使用性能，同時也關系到行車安全。目前對上述三項操作尚無定量，因此推薦檢測人員和有經(jīng)驗的駕駛員對變速器安裝在整車上的各項操作性能進行儀器測量和主觀感受評價，來模擬客戶的需求，直到“客戶”滿意為止。具體評價可參照表2我公司開發(fā)的

垃圾車選換擋測量數(shù)據(jù)和表3主觀評價項。

表2 垃圾車選換擋力及行程測量值

表3 主觀評價項

3、結論

正常掛檔、行駛、取力是垃圾車的基本功能，而能保證舒適順暢的掛檔，柔和平穩(wěn)的起步等對駕駛者的影響很大。從企業(yè)發(fā)展專用車的角度來看，對垃圾車的變速器匹配需要從多角度考慮，對評價不高的垃圾車進行優(yōu)化。

文章對垃圾車匹配變速器設計進行系統(tǒng)的分析，明確了設計關鍵要素，并指出了各個要素應該予以重視的關鍵點。主觀評價接近使用客戶感受，是“服務銷車”最切實有效的設計出發(fā)點。

[1] 劉惟信。汽車設計[M]。清華大學出版社，2001.

[2] 陳榮林。機械設計應用手冊[M]。北京科學技術文獻出版社，1995.

[3] 藏杰、閻巖。汽車構造[M]。機械工業(yè)出版社，2008.

The impact of urban sanitation trucks matching transmission analysis

Zhang Xiang
（Anhui Jiang Huai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

City garbage truck called sanitation trucks, is the difference between a carand the car is modified with part has a special function, can accomplish some specialtransportation and operation function. The speed control is light, PTO work is reliable,the driver is very sensitive to this, good design of the system is very important to thecity environmental sanitation vehicle. Analysis from the 5 aspects of the clutch, clutch,transmission line, transmission and power take-off line analysis of city sanitation truckgearbox of the match situation, and put forward the improvement method in view ofvarious factors, the quality evaluation of control performance and feasible. In the design process, these 5 aspects are the key elements one by one investigationgearbox of the match, and the subjective evaluation of repeated and gradually optimized, can achieve good effect.

automobile; shift; clutch; clutch line; transmission; variable speed control; pipelinePTO

U463.2

A

1671-7988(2014)12-41-05

張翔，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，從事離合器、變速箱及選換擋操縱布置等工作。