临工装载机变矩器－变速箱系统的原理与维修资料

临工装载机变矩器－变速箱系统的原理与维修资料

第一章   概    述

传动系统的作用

降低转速，增大转矩

 实现装载机倒退行驶

 必要时中断传动

 差速作用

2、传动系统分类

       传动系统按结构和传动介质的不同可分为：机械式、液力机械式、静液式（容积液压式）和电力式四种型式。

       上述四种传动方式中，轮式装载机广泛采用液力机械式传动，少数小型装载机采用全液压传动，只有极少数的小型装载机采用机械式传动系统。

3.液力传动的特点:

1）使装载机具有良好的自动适应性

      采用液力变矩器的装载机，在崎岖不平的场地行驶或作业，当外界阻力增大时，液力变矩器能使车辆自动增大牵引力，同时，自动降低行驶速度以克服增大的外界负载；反之，当外界阻力威小时，液力变矩器又能自动减小牵引，提高装载机的行驶速度，以保证柴油机能经常在额定工况下工作，避免因外界负荷突然增大而熄火。

2）提高装载机的使用寿命。

       液力传动的工作介质是液体，各叶轮之间可以相对滑转，故液力元件具有减振作用。液力元件既能对柴油机曲轴的扭转振动起阻尼作用，提高传动元件的使用寿命，又能吸收和衰减来自装载机行走装置或传动系统的振动和冲击，提高发动机的使用寿命。这对经常处于恶劣环境下工作的装载机极为有利。

3）提高装载机的通过性

      装有液力传动装置的装载机具有良好的低速稳定性，通过性好，可以在泥泞地、沙地、雪地等软路面以及非硬质土路面行驶或作业。

4）简化操作和提高操作舒适性

      采用液力变矩器的装载机，起步平稳，加速迅速、均匀；采用液力传动还可以在较大范围内实现无级变速，因此可以减少换档次数，简化操作，减轻驾驶员的疲劳强度。在行驶过程中液力元件又可以吸收和减小振动、冲击，从而提高了装载机的驾驶舒适性。

液力传动与机械传动相比也存在着一些缺点：

1）液力传动系统的效率比机械传动系统要低些，经  济性要差；

2）采用液力机械传动系统，需要增加一些为液力传动所必需的附加设备，如供油、冷却系统等。因而体积和重量要比机械传动大，结构复杂，造价也高；

3）由于液力传动元件的输入和输出构件之间没有刚性连接，因此不能用牵引的方法来起动发动机。

第二章、变矩器

1、液力变矩器功能

      液力变矩器装在发动机与变速箱之间，它的主要功用是改变发动机供给的扭矩值，使得涡轮的输出扭矩有可能超过发动机通过泵轮输入的扭矩，改善装载机的动力性能，井使传动平稳。在变矩器上通常还设有取力接口，用于将发动机的一部分动力传给液压油泵，以驱动装载机工作液压系统及转向系统工作。

2、工作原理

1—泵轮   2—导轮   3—涡轮

基本型液力变矩器主要由泵轮1、导轮2和涡轮3等组成，它们构成的环形封闭工作腔，是工作液体循环流动的环流通道。工作腔在通过回转轴线切割的截面（即轴面）内所表示出的形状，称为循环圆。变矩器的循环圆以旋转轴为中心线形成两个完全对称的部分。在循环圆中，工作液体过流部分的最大直径，称为循环圆的有效直径。它是变矩器的代表尺寸，概括了变矩器的主要特征。因此，变矩器的型号通常用其循环圆直径来表示。如我公司LG95系列装载机用的YJSW315型液力变矩器，数字 “315”即代表该变矩器的循环圆直径为∮315mm。

3、工作原理图

1.发动机曲轴

2.弹性板

3.罩轮

4.泵轮 

5.导轮

6.二级输入齿轮  

7.一级输入齿轮

8.超越离合器

10.二级涡轮

11.一级涡轮

4、特性参数

1）变矩比（变矩系数）

  涡轮转矩MT与泵轮转矩MB之比，称为变矩比（也称变矩系数）。用K表示。即：

K＝MT／MB

   变矩比并不是一个常数，在制动工况下的变矩比最大，称为最大变矩比。它的值愈大，说明变矩器所扩大的动力范围也就愈大。

2）转速比：涡轮的转速和泵轮转速之比，称为液力变矩器的转速比。以i表示。即：

3）传动效率

      涡轮轴上的输出功率PT与泵轮轴上的输入功率PB之比，称为传动效率。以η表示。即： 

η＝PT / PB＝MT nT / MB nB

5、结构图

6、变矩器的组成

（1）动力输入部分

       发动机的动力按如下路线输入至泵轮：发动机飞轮 → 弹性板9 → 罩轮1 → 泵轮12。柴油机飞轮和弹性板9的外缘用双头螺柱连接，弹性板的内缘则用螺栓6与罩轮1相连。罩轮与泵轮12之间为了密封，应用了一个“O”型密封圈2，并用较多的螺栓连接，罩轮和泵轮联接处用配合面定位，以保证泵轮与发动机曲轴的同心度。

为了使装载机工作液压系统和转向系统正常工作，要求发动机的一部分功率直接输出到工作油泵上。因此在变矩器上设有取力接口，柴油机的一部分功率由罩轮、泵轮传给分动齿轮13，再由与分动齿轮啮合的工作泵泵轴和转向泵泵轴传给齿轮泵，驱动油泵工作。

变矩器动力输入部分共有三个支承点。

   第一个支点是固定支点。

      该支点通过罩轮的轴端插入发动机飞轮的中心孔内，将变矩器支承于发动机上，从而解决了变矩器与发动机曲轴旋转的同心度问题，同时也可防止变矩器工作轮的径向移动并可承受系统的径向负荷。

第二个支点是：

      泵轮通过两排球轴承16支承在导轮座上。装配时，先将分动齿轮支承在导轮座的两排轴承上，再用螺栓将泵轮与分动齿轮13相连。

第三个支点是：

       罩轮和一级涡轮轮毂间用一个球轴承5相互支承，这对泵轮系统来说是多余的，但对一级涡轮和二级涡轮来说却是一个必要的支承点。动力输入系统各零件，除泵轮和罩轮外，一般不需要进行乎衍试验。罩轮的各个表面虽然进行了机械加工，但因是铸铁件，所以要进行平衡试验。泵轮是铝铸件，而且有许多非加工表面，叶片的分布也可能有误差，因此也应进行平衡试验。

（2）动力输出部分

       YJSW315型变矩器中有两个涡轮即一级涡轮和二级涡轮。与双涡轮液力变矩器的涡轮相适应，动力输出部分采用两根输出轴输出，即一级涡轮输出轴和二级涡轮输出轴。这两根输出抽的输出齿轮分别与变速箱中的一个叫“超越离合器”的装置上的两个齿轮相啮合，从而扩大了速度的变化范围。

当装载机在低速、重载工况下运行时，二级涡轮的转速较低，超越离合器的内环凸轮与外环齿轮处于楔紧状态。这时，一、二级涡轮实际上就像一个整体涡轮，一起起作用，以增大变矩器克服外界阻力的能力。此时，一级涡轮的传动路线为：一级涡轮 → 一级涡轮轮毂→ 一级涡轮输出轴 → 变速箱超越离合器。二级涡轮输出路线则为：二级涡轮 → 二级涡轮输出轴 → 变速箱超越离合器。

当装载机高速、轻载运行时，虽然一、一级涡轮的动力输出路线相同，但是，由于内环凸轮的转速高于外环齿轮，外环齿轮处于空转状态。此时，只有二级涡轮输出动力，一级涡轮处于空转状态，对外无动力输出。

      一、二级涡轮的轮毂与涡轮输出轴之间均采用花键连接。为使涡轮在涡轮轴上轴向固定，在二级涡轮轮毂的左侧装有一个轴用档圈，并配有间隙调整片。

一级涡轮的输出轴通过两个球轴承支承，左端的球轴承安装在罩轮上的轴承座孔内，右端的球轴承安装在变速箱上的轴承座孔中；二级涡轮的输出轴也通过两个球轴承支承，左端的球轴承压装在二级涡轮轮毂中，并支承在一级涡轮的轮毂上，右端的球轴承支承在壳体17的轴承座孔内。

（3）导轮的固定支承部分

      导轮和导轮固定座之间采用花键连接。为了防止涡轮轴向移动，在导轮的左端应用了一个档圈。导轮座15与变矩器壳体17之间用螺栓固定连接，导轮座中还开有油道。

（4）循环圆的密封

       当液力变矩器工作时，在循环圆内充满着具有一定压力和高速流动的液体。为了防止液体渗漏出循环圆，必须对循环圆的有关连接部分采取密封措施。此外，液力变矩器供油系统要求把进入液力变矩器的低温工作液体和流出的高温工作液体相互隔离，即各有自己的独立流道，因此也应该有密封措施。

LG933所用的三元件变矩器

液力变矩器常见故障及排除方法

动力输出不足:

1、油位低，泵吸空；（加足量的油液）

2、吸油滤芯脱落或堵塞；（检查滤芯）

3、吸油管内层起皮；（检查管路）

4、发动机转速下降；（提高发动机转速）

5、吸油管进气；（检查油管的气密性）

6、油泵损坏；（检查并更换油泵）

7、溢流阀开启压力低；（重新调整压力）

8、变矩器泄油管堵塞；（检查泄油管）

9、工作油温过高；（检查散热效果）

10、变矩器的进、出口阀压力过低；（检查液压阀）

液力变矩器常见故障及排除方法

工作油温过高：

1、液力变矩器在低效区工作时间过久；（降低外载荷、适当提高发动机工作转速）

2、油箱中油位过低；          （增加工作油液）

3、所用工作油不符合要求；（按要求使用合适牌号的液力传动油）

4、溢流阀开启压力过低；   （检修液压阀、提高压）

5、冷却系统中水位过低；   （检修水箱）

6、供油量不足；                  （检修液压泵）

7、变矩器内泄大；              （检查泄油情况）

8、吸油管进气；                  （检查油管的气密性）

9、工作油液变质；              （更换压力油）

变矩器观察孔漏油：

1、发动机飞轮上黄油、防锈没油末处理干净（检查）

2、变矩器O型圈、骨架油封损坏；（更换油封及O型圈）

3、飞轮中心孔与飞轮壳止口平面度超差；（查）

4、罩轮、泵轮、中节有气孔或砂眼；（检查）

5、长时间高油温工作引起密封老化；（停车降温）

6、变矩器内泄大；（检查）

变矩器进油压力高：

1、回油滤芯堵塞；（拆检回油滤芯）

2、回油管内层起皮；（更换油管）

3、散热器堵塞；（检查散热器）

变矩器进油压力低：

1、进油管路堵塞（检查油路）

2、变速泵供油不足（检修油泵或更换）

3、液力变矩器内密封环损坏或磨损严重（更换密件）

4、油箱内油位过低（添加工作油）

5、供油滤清器堵塞（清洗滤油器或更换）

6、压力表失效（更换压力表）

滤芯中有铝沫：

1、轴承损坏，引起变矩器三轮磨损（更换轴承，防止轴承疲劳破坏）

2、异物进入变矩器内腔（按要求及时更换油液，保持油液清洁）

变矩器异响：

1、减压阀开启时形成涡流；（检查）

2、内部件损坏；（检查回油油质情况）

第三章、变速箱

1、变速箱的功能

（1）改变发动机和车轮之间的传动比，从而改变装载机的行使速度和牵引力，以适应装载机作业和行驶的需要；

（2）使装载机能倒退行驶，因为发动机只有一个旋转方向，要实现前进和倒退，只有靠变速箱。

（3）可切断传给行走装置的动力，能使柴油机在运转的状态下，不将动力传给行走装置，便于发动机的起动和停车安全。

2、对变速箱的要求

（1）具有足够的档位和合适的传动比，以满足  装载机的使用要求。

（2）工作可靠、使用寿命长、传动效率高、结构简单、制造和维修方便。

（3）换档轻便、结合平稳、不出现卡滞和跳档现象。

3、变速箱的类型

（1）按操纵方式的不同可分为动力换档变速箱和人力换档变速箱两种。

（2）按轮系型式的不同可分为行星式变速箱和定轴式变速箱。

4、行星式变速箱1）行星机构的工作原理

1-太阳轮   2-齿圈  3-行星架  4-行星轮

7、 ZL50变速箱装配时注意的问题

1）装摩擦片时，被动片与活塞接触；倒档处，所有的主动摩擦片在倒档行星架档圈的外侧，一档处，只有一片主动摩擦片在一档内齿圈档圈的外侧。

2）装配超越离合器。对准定位孔，使3个弹簧的预压缩量为4~5mm；去毛刺，防止不转动“卡死”；应同时更换滚珠；隔离套的圆弧孔应指向总成内部；检查装配的正确性。

3）二级输入齿轮端面与二级涡轮挡圈的间隙为0.2~0.8mm。

4）选择双变之间垫片的厚度(有0.5和1mm两种规格),保证推力轴承51111的轴向间隙为0.3~0.7mm。

5）倒档活塞的行程0.9~2.8mm；一档活塞的行程1.8~4.6mm。

6）中盖与一档油缸的间隙要小于0.1mm。

  端盖上轴承窝与轴承之间的间隙为0.3~1 mm。变速泵、转向泵与轴承之间的间隙为0.3~1 mm。

8、定轴式变速箱的结构  

   l—变速箱体、 2—大端盖 、3—倒档轴总成 、4—输入轴法兰、5—输入轴总成 、6—中间轴总成7—后输出法兰 8—输出轴 9—高低档滑套 10—油底壳 11—前输出法兰 12—带式制动器

       LG933所用的变速箱为BS428型定轴式变速箱。传动总成有输入轴总成5、中间轴总成6、倒档轴总成3以及多对常啮合齿轮；操纵总成有变速操纵阀、高低档齿套9及其操纵机构，此外前输出端装有带式制动器，供停车使用。

9、定轴式示意图

l—输出轴  2—倒档轴大齿轮  3—倒档轴小齿轮 4—中间轴 5—倒档轴  6—输入轴   7—输入轴I挡齿轮  8—输入轴Ⅱ档齿轮  9—中间轴I档齿轮 10—中间轴Ⅱ档齿轮  11—中间轴低档齿轮   12—输出轴高档齿轮  13—输出轴低档齿轮BS428变速箱齿轮啮合情况示意图（从输入端看）

10、工作过程

  1）液压离合器的结构：

  BS428型定轴式变速箱的输入轴总成、中间轴总成和倒档轴总成的结构基本相似，它们各有一个结构相同的液压离合器作为核心部件，液压离合器的结构如图

液压离合器的离合器壳3和齿轮13用螺钉固装在一起，齿轮13又通过内花键与输入轴连接，构成离合器的主动部分。离合器部分则由活塞4、主动（外）摩擦片5、从动（内）摩擦片6、回位弹簧11、外端盖以及档圈等组成。离合器中的主动摩擦片通过外花键与离合器的壳体连接，从动摩擦片则通过内花键与从动齿轮连接。从动齿轮通过轴承支承在输入轴上，并可相对于输入轴转动。

2）变速箱工作时，来自变速操纵阀的液压油，经变速箱箱体的内壁油道和大端盖内的管道流进输入轴1的油道，再经油道进入液压离合器的油缸内，推动离合器活塞右移，压紧主、从动摩擦片5、6；由于主、从动摩擦片分别与液压离合器的输入轴1和从动齿轮7相固连，因此输入轴就和从动齿轮一起转动，将动力输出。当压力油被切断时，离心倒空阀2自动打开。此时，活塞在弹簧11的作用下迅速回位，主、从动离合器片便分离，从动齿轮空转，动力输出停止。

由于离合器刚开始随输入轴旋转，离合器油缸内的液力传动油在离心力的作用下由里向外甩，在油缸沿圆周边缘形成压力，并对活塞产生推力，阻碍离合器的分离。为了卸除旋转油缸的离心压力，在旋转油缸上一般设有自动倒空阀。它装在油缸靠近外径处，其工作原理如图

当离合器结合时，压力油通入油缸，油经过球与孔之间的弯道从泄油孔流出。此时，在钢球的前后便产生压力差。在此压力差的作用下，钢球便压向泄油孔，将泄油孔关闭。泄油停止，油缸内的油压上升。当离合器分离时，油缸接通回油油路而卸压。此时，钢球在离心力的作用下，向外甩出。泄油孔打开，油缸内的油经过球与孔之间的弯道从泄油孔流出。

密封环12和14的安装好坏和使用中的摩擦将影响操纵油的密封情况，从而影响离合器的工作，应此对密封环的安装要予以足够的重视。见密封示意图。在轴上的槽中，靠外侧一面有50‘的斜角，会使两侧的T1及T2面产生压力差，T2面压力稍大于T1面，在压力差的作用下，紧压在A点附近的一个小环形面上，达到密封的目的，并在A点附近产生相对转动与摩擦。密封环的外圆因受密封环的张紧力，而压在套的内圆面上。

       在装配密封环时，应对密封环的开口进行研磨，使开口宽度在0.05~0.1范围内。

活塞环封油示意图

第四章、变速箱－变矩器供油系统

1．供油系统的作用

（1）为液压换档机构以及液力变矩器提供适合的压力和流量。液力传动系统中，通常变矩器与变速箱共同采用一个供油系统，为了保证变速系统控制可靠，首先应保证变速操纵系统的供油，以防止变速操纵系统失灵，车辆失去控制。

（2）带走工作时产生的热量，对工作液体进行冷却。装载机正常运转时，变速箱一变矩器中约有25％的功率损失转变为热能。若这些热量不及时散发出去，会使变速箱一变矩器温度急剧升高，使其无法正常工作，甚至损坏。因此，变速箱一变短器供油系统中设有液力传动油散热装置。

（3）防止液力变矩器中产生气蚀现象。为此，在变矩器的油液出口处设有背压阀，使变矩器工作腔内的液体压力高于外界大气压力，这样就能有效防止变矩器产生气蚀现象。

（4）补偿液力变矩器中工作液体的漏损，保证液  力变矩器中始终充满工作油液。

2．供油系统的组成

      供油系统是液力机械传动系统的重要组成部分，它一般由变速泵（齿轮泵）、变速操纵阀、滤油器、散热装置、油底壳和管路等组成。

      液力传动油经变速泵输出，经滤油器过滤后供给变速操纵阀（或减压阀）。工作油液首先进入变速操纵阀的变速操纵油路，满足变速要求，然后一部分油液再进入变矩器。

3．液力传动油的要求

       液力传动是以液体为工作介质进行能量传递的。在液力传动系统中，工作液体的压力、温度和流量的变化范围较大。液力传动油既要起润滑极压抗磨和冷却作用，又要起传递能量的作用。因此，工作液体应满足要求：

1）粘度适宜并具有良好的粘温性能在满足漏损量少、润滑性能好的条件下，为了提高液力传动的效率，尽量采用粘度低的工作液体。同时，要求工作液体的粘度随温度变化小，即有较好的粘温性能。

     2）良好的化学 稳定性。工作液体在使用过程中，不应变质、稠化或明显地改变粘性和产生沉凝等。这就要求工作液体有良好的稳定性和抗氧化能力。

（3）闪点高而凝点低 。

       工作液体的闪点越高，析出的油气越少，安全性越好。液力变矩器工作时，油温变化的幅度较大，通常液力变矩器元件出口处的允许油温上限为120℃，瞬时温度可达130℃。因此，要求工作液体的闪点应不低于160℃。工作液体的凝点越低，在低温状态下，工作液体的流动性能越好，故要求工作液体的凝点不高于一30℃～一40℃。

目前，使用较多的液力传动液体为6＃、8＃液力传动油，运动粘度（1000C时）5~7mm2/s。

4、LG953装裁机变速箱一变矩器供油系统的工作油路如图所示。

5、 LG953装裁机变速阀各油孔与档位的对应关系

工作油路示意图

6、 ZL50双变供油系统工作过程（见示意图）

      柴油机带动变矩器泵轮旋转时，通过装在泵轮上的分动齿轮及变速泵轴齿轮4驱动变速泵从油底壳吸油。变速泵泵出的压力油，经滤油器过滤（当滤清器滤芯阻塞时，旁通阀打开通油）后，进入变速操纵阀。

自此，压力油分为两路：一路经减压阀（P＝1.08～1.47MPa）进入变速操纵油路，并根据变速阀杆的不同位置进人各档油缸，完成不同档位的工作。在该变速油路中，切断阀可根据需要，切断通往变速阀阀杆的油路；另一路进入变矩器的工作腔。

当变速箱挡位供满油后，工作油液经减压阀阀杆上的斜孔进入阀杆的左端21，推动阀杆右移，孔口⑤与⑩相通，开始向变矩器供油，并使变矩器工作腔内保持一定的压力。不断进入变矩器的工作油液，一部分在泵轮、一二级涡轮和导轮间循环流动；另一部分则通过各工作轮间的间隙进入导轮座的出油槽，经孔口24、25、26、27进入散热器（冷却器）或进入润滑油路，去润滑各轴承及超越离合器。

从变矩器流出的油液，经软管进入散热装置进行散热，以保持供油系统的正常工作温度。使用中的工作油温一般保持在80℃～90℃较好，短时间可达120℃，油温过高会出现装载机动力性显著下降的现象，应立即停机冷却。经过散热后的低压油再回到变矩器，并通过壳体上的孔去润滑超越离合器及各行星排。

7、工作压力

      变矩器工作时，工作腔内应保持一定的压力，一般进油口的压力为0.3～0.45MPa，由变矩器上的进油压力调节阀调节；出油口的压力一般为0.2～0.3MPa，润滑油压0.1～0.2Mpa。由变矩器出油阀调节。油压过低，变矩器内部容易产生“气蚀”，致使传动效率下降；压力过高，则会降低其密封性能，增加泄漏，严重时甚至会引起机件损坏。

变速阀压力的调节：

       通过调整调压阀内固定套的长度，改变压力，固定套每增长1mm，压力可降低0.16Mpa；减小1mm，压力可提高0.16Mpa。

       调压阀的阀杆与阀体的间隙为0.025~0.030mm

8、供油系统的保养与维护

      1）供油系统使用的液力传动油必须清洁，并要求定期清洗过滤装置，及时更换工作油液（一般为500小时）。否则，容易引起阀芯卡死或动作不灵活。更换油液时，应趁热时进行，这样可以使油液中所含杂质在尚未沉淀时随油液一起放出。若放出的液力传动油中，含有的金属杂质过多(特别是铝粉过多)，应仔细分析，查明原因。

2）在吸油管路连接处，特别是在变速泵入口连接处，应注意密封可靠，防止空气从缝隙中被吸入，产生大量气泡，影响系统正常工作。

3）注意保持液力传动油油面，使其达到规定要求。

       LG953行星式变速箱油位的检查方法为：装载机运行5分钟后，停机并打开变速箱上的油位检查开关，有油液从中溢出，但不形成压力为油位适中）。油位过低，容易使变速泵吸空而损坏，并且会使供油系统油压下降或造成不稳，油温升高；油位过高则会影响传动效率，导致工作油液温升过快。

4）供油系统中的压力应保持正常，如果压力过高或过低，应查明原因。如果确需调整，应由有经验的人员进行，严禁随意调整系统压力，以免造成事故。

5）保持供油系统在正常温度下工作。

9、LG933变速箱一变矩器供油系统

          基本参数

          1）变速箱用油：6#液力传动油38升

          2）工作压力：1.1~1.5MPa

          3）变矩器进口压力：0.3~0.6MPa

          4）变矩器出口压力：0.05~0.15MPa

          5）变矩器出口油温不超过1050C，短期内不超过1150C，变速箱油底壳油温不超过1000C。

10、液压操纵系统的原理见下图

11、变速操纵阀

      包括制动安全阀和变速阀。见图。阀体上的A孔通变速器组合阀。当移动变速滑阀时，来自变矩组合阀的压力油便可以分别流入孔D、E或F，（D通Ⅰ档、E通Ⅱ档、 F通倒档）。阀体顶面上F点位置处Z1/8”螺孔为倒档油压输出接口。

当踏下制动踏板时，来自制动总泵的压力油便有一路通入制动滑阀，推动滑阀杆，切断工作油油路，使变速箱处于空挡，从而保证了制动可靠。

         变速阀杆拉向最外端为倒档，向内依次为空、 Ⅰ、 Ⅱ档。

       Ⅰ- Ⅰ为变速操纵油进油口；Ⅱ-Ⅱ为变速箱淋油进油口；Ⅲ-Ⅲ为变速箱冷却进油口。