牛鵬

摘? 要：車軸齒輪箱作為涉及整車安全和性能的重要部件，以上滑移式換擋機構目前國內(nèi)自主設計制造比較成熟，成本可控;而采用離合器換擋的車軸齒輪箱主要依賴進口，造價昂貴，技術上受制于人，供貨周期長，且無法掌握其內(nèi)部結構和關鍵技術，后期售后服務等均需要依靠廠商，在車軸齒輪箱的后期維修保養(yǎng)，配件供應、整機大修以及開拓海外市場等多方面均受制于人，制約大型養(yǎng)路機械的發(fā)展。本文主要分析大型養(yǎng)路機械摩擦片離合器換擋機構車軸齒輪箱研究。

關鍵詞：車軸齒輪箱;換擋機構;摩擦片離合器

引言

摩擦片離合器換擋車軸齒輪箱采用平行軸硬齒面?zhèn)鲃樱x合器與液壓馬達位于齒輪箱左右兩側的結構，便于拆卸維護和模塊化設計;同時離合器與車軸齒輪箱基本屬兩個獨立箱體，性能不會相互影響;離合器采用系統(tǒng)液壓油控制換擋，增壓吸合掛擋，卸壓分離脫擋，液壓油通過旋轉接頭供給;離合器冷卻采用強制冷卻，軸承采用強制潤滑，冷卻液及潤滑液均取自車軸齒輪箱齒輪油。該離合器采用濕式內(nèi)外摩擦片結構，在行業(yè)內(nèi)首次自主化設計。

1、大型養(yǎng)路機械換擋機構

滑移式換擋機構。此種換擋機構結構簡單，一般采用氣缸或液壓缸作為動力源，沿軸向或轉動撥動換擋齒輪與被動齒輪嚙合的換擋機構，造價低，被廣泛用于不超過四軸同時換擋的車軸齒輪箱的嚙合和脫開。

離合器換擋機構。此種換擋機構結構復雜，可采用氣動、液壓、電磁作為動力源，通過操控主被動離合器實現(xiàn)擋位脫掛，主要由主動摩擦片、從動摩擦片、換擋操縱機構、壓力檢測裝置或接口等組成，成本高;每個離合器單獨控制，換擋可靠，可實現(xiàn)多軸同時脫掛。大型養(yǎng)路機械上使用離合器主要有兩種，牙嵌式（端面齒）離合器和摩擦片式離合器。牙嵌式離合器：牙嵌式離合器結構簡單外形尺寸小，傳遞扭矩大，接合后主從動軸無相對滑動，傳動比不變。但接合時有沖擊，為確保安全只能適用于完全靜止接合，主要用于低速機械不需要經(jīng)常離合的傳動軸系。摩擦片離合器：大機運用摩擦片離合器主要采用濕式離合器，離合器浸泡在油中，能有效降低磨損，緩沖沖擊載荷。主要由主動摩擦片、從動摩擦片、換擋操縱機構、復位彈簧、壓力檢測裝置或接口等組成。

2、換擋機構總體設計

2.1換擋機構設計

本文研究液壓驅動鐵路大型養(yǎng)路機械，其車軸齒輪箱采用平行軸圓柱齒輪傳動，動力源液壓馬達直接安裝在齒輪箱上。擋位變換通過第1級傳動的外嚙合直齒圓柱齒輪副的嚙合和分離來實現(xiàn)。采用撥動氣缸為動力源，帶動撥叉指示塊沿導向桿作水平往復運動，通過撥叉拉桿帶動撥叉沿撥叉導桿往復移動，進而帶動雙聯(lián)齒輪在輸入花鍵軸上移動，從而實現(xiàn)換擋動作。擋位位置通過鎖定機構進行自動鎖定。

2.2擋位檢測系統(tǒng)設計

擋位檢測采用電感式傳感器，高速擋和作業(yè)擋安裝在撥叉指示塊頂部，空擋設置在指示塊底部。當接收到換擋指令后，撥動氣缸走完行程，撥叉指示塊運行到固定的位置，傳感器感應到設置在撥叉指示塊上部或下部的感應片，將信號傳輸給車輛控制系統(tǒng)，從而在操縱面板上顯示相應的擋位。傳感器與感應片之間的距離Sn設計為2～5mm，使得指示塊位置得到靈敏的感應。

2.3換擋齒輪間隙設計

換向器齒輪組設計是該機構的關鍵之一，大會后換向器沖擊強度較大，齒輪端面損壞;兩個齒輪的端面太小，容易受到干涉。根據(jù)機械設計手冊，滑動齒輪的端面和分離固定齒輪的端面之間不發(fā)生碰撞的軸向間隙δ的最小理論值為1 ～ 4mm。此外，為了避免相互摩擦，叉面和叉槽之間必須有一定的間隙，設計值為0.2mm，因此，影響齒輪集主要包括每個齒輪的寬度公差、叉桿寬度公差和叉槽寬度公差、軸向桿間隙。

2.4換擋和潤滑設計

擋位切換通過外部掛擋液壓油增壓在規(guī)定范圍內(nèi)，則內(nèi)外摩擦片吸合;泄壓后離合器摩擦片通過復位彈簧分離。潤滑設計，離合器傳動軸在對應軸承、掛擋油孔、離合器摩擦片位置設置潤滑油道，確保進入旋轉接頭的潤滑油和掛擋油分配到位。離合器內(nèi)所有軸承均配置強制潤滑，離合器摩擦片也采用強制潤滑方式，強制潤滑油通過車軸齒輪箱潤滑泵經(jīng)過濾后送至各潤滑點。

3、擋位鎖定機構設計

鎖定機構設計為埋在范圍內(nèi)的彈簧鋼球鎖定機構。該機構主要由彈簧、鋼球和調(diào)整零件組成。叉導向桿具有對應于三個鎖定位置的鎖定槽，切換鎖定槽在鋼球對中。在壓力彈簧作用下，球射進槽中，叉導向桿受鎖扣力鎖定叉的位置?？梢酝ㄟ^調(diào)整彈簧壓縮量來調(diào)整夾緊力。還在閉鎖位置設計了滑塊鎖緊裝置。當車輛需要長時間停放或停放時，它通過操縱牽引線鎖定裝置來鎖定空擋位置和確保安全操作，起到雙重保護作用。叉指塊設計為具有防誤差插入框架。僅當固定位置為空時才可以插入。其他位置由框架鎖定，以避免出現(xiàn)故障;此外，還設計了鎖定位置限制開關，一旦處于鎖定位置，警報指示燈就會亮起，便于操作人員確認。

4、離合器換擋機構結構設計

摩擦片式離合器技術成熟，是運用最廣也是歷史最久的一類離合器，可適用于高速、重載工況，在國內(nèi)國外多種大型養(yǎng)路機械上均有運用，特別是在需要多軸同時實現(xiàn)脫掛擋的車軸齒輪箱，片式離合器脫掛擋結構就有著明顯的優(yōu)勢，目前國內(nèi)一些大型養(yǎng)路機械如打磨、清篩等車型均采用片式離合器脫掛擋進口車軸齒輪箱，該類型車軸齒輪箱在大型養(yǎng)路機械多軸同時驅動走行系統(tǒng)具有較廣泛的應用。車軸齒輪箱結構形式，采用離合器換擋的車軸齒輪箱的動力輸入采用液壓馬達，液壓馬達體積小，其安裝和布置比較靈活，所以本方案選擇漸開線圓柱齒輪，輸入軸與輸出軸平行。整體布置方案設計，針對離合器在齒輪箱上的布置形式制訂了如下三個方案。

方案一：離合器采用半獨立模組，直接安裝在齒輪箱軸上，輸入馬達先連接離合器外摩擦片，再通過內(nèi)摩擦片連接傳動軸，動力通過傳動軸傳入車軸齒輪箱。離合器的冷卻油共用車軸齒輪箱冷卻油;離合器采用獨立換擋液壓油，標準液壓旋轉接頭安裝于車軸齒輪箱軸端

方案二：離合器采用獨立模組，直接安裝在齒輪箱軸上，輸入馬達安裝在離合器另一側，馬達經(jīng)過一級圓柱齒輪傳動后，連接離合器外摩擦片，再通過內(nèi)摩擦片連接傳動軸，動力通過傳動軸傳入車軸齒輪箱。離合器采用獨立的冷卻油供給;離合器采用獨立換擋液壓油，標準液壓旋轉接頭安裝于離合器軸端。

方案三：離合器采用獨立模組，直接安裝在齒輪箱軸上，輸入馬達安裝在齒輪箱另一側，先連接離合器外摩擦片，再通過內(nèi)摩擦片連接傳動軸，動力通過傳動軸傳入車軸齒輪箱;此種結構采用大小花鍵確保動力輸入和輸出在同一側，車軸齒輪箱采用內(nèi)外心軸結構。離合器采用獨立的冷卻油供給;離合器采用獨立換擋液壓油，標準液壓旋轉接頭安裝于離合器軸端。

方案三：綜合以上三個方案，均為離合器外置方案，此種結構可滿足模塊化設計，故障易判斷，責任明確。但方案一離合器更換不方便，齒輪箱軸端懸臂太長;方案二齒輪箱軸端懸臂長，結構復雜，空間位置占比大;方案三離合器、馬達分置齒輪箱兩側，便于拆卸和維護，優(yōu)選方案三，優(yōu)化后最終方案如圖6所示。此車軸齒輪箱為平行軸圓柱齒輪傳動兩級減速車軸齒輪箱，離合器安裝在馬達輸入端，確保脫擋狀態(tài)馬達浮動;離合器與馬達分置在齒輪箱兩側，輸出齒輪軸采用空心軸結構形式。

內(nèi)部結構設計。安裝接口及連接方式液壓馬達與輸入軸連接方式為花鍵或平鍵連接;輸入軸與外摩擦片連接方式為花鍵連接;內(nèi)摩擦片與傳動軸連接方式為平鍵連接;外摩擦片與輸出齒輪軸連接方式為花鍵連接。各軸固定方式，輸出齒輪軸兩端布置圓錐滾子軸承承載在箱體上;輸入軸馬達側通過圓柱滾子軸承固定在箱體上，離合器側通過花鍵與傳動軸連接;離合器內(nèi)摩擦片與傳動軸過盈連接或鍵連接，外摩擦片一側固定在軸承上，另一側與輸出齒輪軸花鍵連接。傳動方式，動力傳遞路線：離合器掛擋—1液壓馬達輸入動力—2輸入軸—9傳動軸—10內(nèi)摩擦片—7外摩擦片—5輸出齒輪軸—車軸—車輪;空擋反拖路線：離合器脫擋—車輪轉動—車軸轉動—5輸出齒輪軸—7外摩擦片—內(nèi)外摩擦片相對轉動。

結束語

本文主要研究自主離合器換擋機構車軸齒輪箱，適應新形勢下大型養(yǎng)路機械的長遠發(fā)展，為大型養(yǎng)路機械的兩條腿打好堅實基礎。

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