摘 要：文章介紹了國產裝載機目前采用的3種變速器的結構特點及性能，對各類變速器所在的問題予以客觀地剖析并對變速器的要求及發展進行預測，相信對國產裝載機變速器的發展有所幫助。 關鍵詞：變速器現狀要求研發預測 國產裝載機變速器現狀 國產裝載機主要采用以下3種變速器。占主導地位的變速器是：雙渦輪4元件變矩器+2進1退行星式變速器（為了說明方便，稱為變速器A）。高檔裝載機中主要是采用德國ZF公司（進口或柳州合資生產）的變速器：單渦輪3元件變矩器+4進3退定軸式變速器（為了說明方便，稱為變速器B）。部分裝載機廠家或部分產品采用的國產變速器：單渦輪3元件變矩器+4進4退，4進2退或3進3退定軸式變速器（為了說明方便，稱為變速器C）。 變速器A因有超越離合器自動對變矩器的I渦輪和Ⅱ渦輪進行動力整合輸出，使變矩器能實現重載和輕載兩種工況的自動轉換，實際上此種變速器具有4進2退的擋位，因此采用雙渦輪4元件變矩器可減少變速器的擋位數，簡化變速器的結構，尤其是可簡化變速操縱機構，只用1根變速手柄即可實現所有換擋和換向操作。圖1為此種變速器的傳動簡圖。雙渦輪4元件變矩器變矩比大（失速變矩比K0可達4以上），高效區寬（有雙高效區）。圖2為雙渦輪4元件變矩器變矩比K和效率刀曲線。變速器A因有超越離合器自動對變矩器的I渦輪和Ⅱ渦輪進行動力整合輸出，使變矩器能實現重載和輕載兩種工況的自動轉換，實際上此種變速器具有4進2退的擋位，因此采用雙渦輪4元件變矩器可減少變速器的擋位數，簡化變速器的結構，尤其是可簡化變速操縱機構，只用1根變速手柄即可實現所有換擋和換向操作。圖1為此種變速器的傳動簡圖。雙渦輪4元件變矩器變矩比大（失速變矩比K0可達4以上），高效區寬（有雙高效區）。圖2為雙渦輪4元件變矩器變矩比K和效率刀曲線。 變速器A因有超越離合器自動對變矩器的I渦輪和Ⅱ渦輪進行動力整合輸出，使變矩器能實現重載和輕載兩種工況的自動轉換，實際上此種變速器具有4進2退的擋位，因此采用雙渦輪4元件變矩器可減少變速器的擋位數，簡化變速器的結構，尤其是可簡化變速操縱機構，只用1根變速手柄即可實現所有換擋和換向操作。圖1為此種變速器的傳動簡圖。雙渦輪4元件變矩器變矩比大（失速變矩比K0可達4以上），高效區寬（有雙高效區）。圖2為雙渦輪4元件變矩器變矩比K和效率刀曲線。 經過多年的發展，雙渦輪4元件變矩器的設計和工藝都已被各生產廠家所熟練掌握，基本上沒有大的故障點存在，但小故障較多。2進1退行星式變速器結構簡單，維修易學，裝載機維修人員經過短期培訓就能上崗，不需要專門工裝即可就地維修，并且配件充足，能盡快地修復機器而不耽誤工程進度。此變速器采用機械——液壓變速方式，通過機械方式直接操縱變速操縱閥進行變速操作。由于超越離合器的作用使重載和輕載工況自動轉換，使此變速器的變速操作只需Ⅱ擋、I擋、空擋、倒擋四個位置，因此只要1根變速操縱桿就能實現變速器的換擋和換向操作。但國內生產的2進1退行星式變速器有點粗制濫造，有的齒輪熱處理后不再執行齒面強化和磨齒等工藝程序，加工設備相對較落后、陳舊，材質相對較差，工裝、刀具水平不高，熱處理工藝落后，物流過程控制差造成零件磕碰、臟污、野蠻裝配等，這些現象的存在造成此變速器故障點較多、發生故障的頻率較高，嚴重損害了國產裝載機的聲譽。2進1退行星式變速器主要產生的故障有：超越離合器損壞（造成變矩器不能輸出重載工況）、太陽輪或行星輪崩齒、倒擋行星軸竄動切斷止動墊圈、一擋行星軸竄動切斷止動盤或螺栓、軸承損壞、一倒擋摩擦片磨損或被剃齒、密封圈漏油或損壞、變速泵損壞、變速操縱閥卡閥或損壞、濾油器堵塞或損壞、油管破損、彈簧失效或斷裂等等。 [align=center] 圖1 變速器A傳動簡圖[/align] [align=center] 圖2 雙渦輪四元件變矩器變矩比K、效率η曲線[/align] 變速器B是一種比較可靠的變速器，圖3為ZF4WG200變速器的傳動簡圖。此變矩器的特點是采用沖焊型一體機芯，結構緊湊，但導輪座上沒有擋圈對導向輪進行卡位，因此翻轉變速器時有可能使變矩器機芯掉落出來。相對雙渦輪變矩器，單渦輪變矩器變矩比要小些（失速變矩器比K0一般小于4，如ZFWG200的K0值為2.55），高效區要窄些（只有單高效區）。圖4為ZF4WG200變速器的變矩比K和效率η曲線。此變速器的特點是除了輸入和輸出軸，其它中間軸都是固定不轉的；變速泵采用效率較高的內嚙合齒輪泵，并且安裝在殼體內；材質特殊訂制，采用壓淬等熱處理新工藝，齒輪采用磨齒和齒面強化處理等，關鍵零件均為進口，加工設備、工裝、刀具等比較先進（如殼體采用進口加工中心進行加工），生產環境整潔，裝配采取先進的工藝、工裝。換擋控制采取電子——液壓動力換擋，只需1根電子換擋手柄就能實現換向和換擋操作，并且在換擋手柄端設置有能實現從2擋到1擋的強制換擋KD鍵。圖5為其電子換擋手柄，推動手柄能進行換向操作（并且能空擋鎖止以策安全），轉動手柄可完成換擋操作。由于變速手柄與變速操縱閥之間是電線連接，因此安裝布置非常方便，并且可方便采用可調方向機，使駕駛操縱個性化。由于采用電腦控制換擋裝置，因此除了實現4進3退之外，能很容易實現6進3退，擴展了變速器的使用范圍。變速操縱閥設有平穩結合閥，使變速器的變速過程平穩、少沖擊。但是，影響到此變速器推廣普及的最大障礙是：1）售價高。因結構緊湊，要求好的材質和熱處理工藝；因精度要求高，需要先進的設備和制造工藝，制約產量的提升。2）配件市場投放量難以與變速器A相比，且價格高，有相當數量的配件需進口。3）維修需專門工具和場地，不能和變速器A一樣就地維修，這就會增加維修成本和可能影響工程進度。4）維修保養要比變速器A嚴格得多。 [align=center] [/align] 變速器C是一種少數廠家和少數產品使用的變速器。國內在單渦輪3元件變矩器上的研究、投入和產出上相對雙渦輪4元件變矩器要少得多。對于單渦輪3元件變矩器，國內做得較好的是陜西航天動力高科技股份公司生產的用于ZP 4WG200變速器的單渦輪3元件變矩器機芯，它是經過德國ZF公司認證后專門給柳州ZP公司配套的。由于國內在材質、制造設備及工藝、熱處理技術及工藝、裝配技術及工藝、物流管理、生產環境、人員素質等各個方面與國外有較大的差距，因此與變速器B（從技術和質量上）相比還有較大差距。從裝配和拆卸上沒有變速器A方便，尤其是配件充裕度沒法與變速器A相比。但與變速器A相比，變速器C故障點較少，最典型的故障是漏油造成離合器油壓過低，使摩擦片過度磨損，甚至燒結離合器。如配油蓋有斑疤或疏松等鑄造缺陷造成油封環損壞或者活塞上的油封環損壞都能造成離合器油壓過低。長期低油壓工作會對動力換擋變速器造成較大的危害，應盡量避免。 圖6為山工50型變速器，它由單渦輪3元件變矩器和4進4退定軸式變速器組成。該變速器是4自由度變速器，每個擋位需結合3個離合器，因此需3根變速操縱桿：1根換向操縱桿（對F和R離合器），1根換擋操縱桿（對F1，3和F2，4離合器），還有1根高低擋操縱桿（對滑套HL）。因此變速操縱非常麻煩，這是此變速器的最大缺陷。 圖7為淄博凱特生產的PZl33變速器，它由單渦輪3元件變矩器和3進3退定軸式變速器組成，該變速器是3自由度變速器，每個擋位需結合3個離合器，因此需2根變速操縱桿：1根換向操縱桿（對F和R離合器），1根換擋操縱桿（對L1、L2和L3離合器）。此變速器可配置于15型、18型和30型裝載機上，典型的故障有波形彈簧斷裂（如采用螺旋彈簧作為活塞的回位彈簧則能較好地解決這個問題）。 變速器C一般采用3自由度變速器（很少采用3個以上自由度），每個擋位需結合2個離合器，采用機械——液壓動力變速方式時，需要2根變速操縱桿：1根進行換向操縱，1根進行換擋操縱。為了簡化結構，一般采用軟軸操縱，但軟軸空行程較大，難以精確控制行程，因此操縱手柄難以用卡槽限位，使換擋操作沒有空間鉸接變速機構（如變速器A）那么清晰準確，甚至有可能造成誤掛擋位。因變速操縱桿系太多，不僅增加空間布置的難度，也增加了司機操縱的難度，增加司機勞動強度，因此采用電子——液壓變速方式是最好的選擇。 2 國產裝載機對變速器的要求2.1高可靠性 由于國產變速器故障率較高，因此市場對此意見最大。減少變速器故障點，提高變速器的可靠性是最重要和最迫切的任務。 2.2價格應該有優勢 中國制造的產品，不管在國內市場，還是在國際市場，價格都是競爭的法寶。況且，私人購機的比例越來越高，因此沒有價格優勢的產品在今天競爭異常激烈和微利的裝載機行業是沒有前途的。因此，變速器A會在較長時期內繼續擔當主要角色，但需各廠家努力提高產品的質量，降低產品的故障率。 2.3操縱應簡單、快捷 盡量采用1根變速操縱桿，最多不超過2根變速操縱桿，以便于空間布置和減輕司機勞動強度，提高勞動效率。 2.4維修方便，配件充足 維修應該是方便的，經過培訓后，廣大維修人員應該能很快掌握維修技術。能就地或在附近維修點維修，不需要或盡量減少專門的維修工具，并且配件應該是充足的。總之，變速器發生故障后應能盡快修復，避免影響工程進度。 3 國產裝載機變速器發展預測 變速器A用了這么多年，可靠性一直是難以解 決的大難題，解決變速器可靠性是變速器研發的首要目標，電子化變速操縱（電子——液壓動力換擋和自動換擋）也一直是國際變速器發展的方向。所以研發符合中國國情的變速器應該是我們優先考慮的。 3.1采用類似于變速器C的結構 變速器A的行星變速器中行星輪架懸臂支撐，內齒輪徑向浮動（沒有軸承定位）、齒輪輪齒比較寬、倒擋行星輪架和1擋內齒輪軸向浮動（只靠摩擦片限位）、行星輪易軸向竄動，這些結構會產生異常的軸向力使變速器產生故障。另外，由于制造方面的誤差，也會使超越離合器等零部件發生故障。并且各個擋位總成都裝在1根軸線上，因此誤差會影響到其它零件，軸向力也會傳遞到其它零件上。 定軸式變速器每根軸上的零件都能準確定位，并且誤差不會累積到另一根軸上，故障要比行星式變速器少。從可靠性來看，定軸式變速器是比較理想的，現在國外裝載機普遍采用定軸式變速器。采用多擋位定軸式變速器后，不再需要采用雙渦輪4元件變矩器來增加擋位，也就不再需要超越離合器來整合兩個渦輪的動力輸出，而采用結構相對簡單的單渦輪3元件變矩器。 3.2變速操縱桿采取1根或2根 為提高產品的檔次，變速器采用電子——液壓動力換擋或自動換擋，可采用類似于ZF的電子操縱手柄（圖5）實現換向和換擋操作。為降低成本，變速器采用機械——液壓動力換擋時，可采用2根變速操縱桿：1根實現換向，另1根實現換擋操作；或采用類似于CAT 966E的操縱桿實現換向和換擋操作（動作類似于ZF電子手柄），但機構比較復雜，且需變速操縱閥操縱力比較小。 3.3高端產品使用相當于ZF這樣的產品 我們還需裝備類似于ZF這樣高質量的變速器，以滿足特殊用戶和特殊用途的要求。以我們目前的條件暫時還達不到完全國產化生產這樣的產品，因此也可以使用進口變速器滿足我們整機的高要求。