4WG-65B 2型液压动力机械变速箱挡位变换电气控制分析

贾 剑,李玉华

(济南铁路局 工务机械段,济南 250022)

1 4WG-65B 2型液压动力机械变速箱概述

在我国引进的大型养路机械中,其动力传动系统主要包括两种方式:机械动力传动和液压动力传动。在机械动力传动系统中,使用了德国 Z F公司生产的4WG-65B 2型液力机械变速箱,该变速箱分前行、后行各 4挡。大型养路机械在使用时没有使用其前进和后退的一挡,把二、三、四挡改为一、二、三挡使用。前后司机室各有一控制盒,实现两个位置的双向控制,其挡位转换采用 Z F公司独立设计的 E模块,接受液力变矩器涡轮转速和挡位信号,进而控制液力变矩器动力传动方式转换,即由液力传动转换为机械传动,使其提速和动力传动非常平稳,又能提高传动效率。顺利实现挡位转换顺畅、挡位闭锁可靠、作业机械机构状态联锁项目齐全、运行速度挡位联锁安全等功能,对保护发动机及确保安全生产提供了基础保障。

2 4WG-65B 2型变速箱挡位功能的电液控制

换挡机构采用电液换挡控制系统,变速箱内有一套包含泵、电磁阀、液压阀、离合器控制油缸在内的液压控制系统。每一挡位都有固定的电磁阀得电,打开控制油路,高压油推动离合器控制油缸,使相应的液压离合器结合,形成符合该挡位传动比的传动线路,实现齿轮与轴连接、变速和功率传递。WG型四挡机械动力换挡变速箱各挡位电磁阀及离合器结合情况如表 1所示。

液力变矩有两种力矩工况、三种状态(液力变矩,液力偶合和机械连接),其闭锁离合器 WK的锁闭是用速度传感器和电子控制程序组件自动操作的,只有涡轮转速降到1 400 r/m in以下且传动比 i≤0.65时,方可降低挡位,否则,换挡选择器被锁定,目的是防止变矩器涡轮速度过高时降挡造成发动机飞车,所以降速时,应先降低发动机转速并必要时施加风制动,当变矩器闭锁离合器和换挡选择器的自动控制锁闭机构被释放后,才可降低挡位。挡位与速度最佳匹配标准见表2。

表1 WG型四挡机械动力换挡变速箱各挡位电磁阀及离合器工况

表2 大型养路机械 4WG-65B 2型变速箱挡位与速度最佳匹配标准

3 WG-65B 2型变速箱挡位转换电气控制过程

3.1 28U 1控制 E模块的功能说明

28U 1控制 E模块有六个脚,其功能见图 1 Z F控制系统。1脚是输出挂挡盒锁闭电磁铁信号,此信号由 28U 1内部电路产生;2脚是接地;3脚是由挂挡盒输出一个信号到这里,此信号为一个确定目前挡位的信号,由 28U 1内部电路控制,该信号与接到 28U 1第 4脚的涡轮转速信号 1f 35进行比较,确定 28U 1的 1脚输出为 +24 V或 0 V;4脚是由 1f 35输入 Z F所接受的涡轮转速变化信号,是一个脉冲信号;5脚是输出 G 39变换离合信号,控制 Z F变换离合器的动作,此脚的输出完全由 28U 1的 4脚输入信号经 28U 1的内部电路识别后决定输出 +24 V还是 0 V;6脚是由转挡盒输出一个变换离合电源到这里。

3.2 挂挡盒(1U 11、1U 11a)的功能说明

E、D、C、B脚是挂挡盒挡位变换信号输出脚,其中E脚输出到 M 4的信号为向后驱动信号,B脚输出到M1的信号为向前驱动信号,E或 B与 D、C的不同组合成为不同挡位的控制信号去驱动 Z F内部换挡电磁阀,使 Z F形成不同的传动比。F脚是接地端;J脚为电源输入端;S M脚是挂挡盒锁闭电磁铁的信号输入端;W脚输出一个变换离合电源,换挡瞬间,W脚为 0 V,0.4 s后,换挡动作结束,输出为 +24 V;R脚对外输出挡位确认信号到 28U 1的 3脚;A S脚为空挡联锁信号,空挡时 A S为 +24 V,在其它任意挡位其均为 0 V。

3.3 WG-65 B 2型变速箱挡位转换控制过程

正常操作 Z F,在前司机室打开 Z F电源钥匙开关,11B 2,28U 2/D、28d 1、28d 4继电器动作,1U 11,A J端接通电源。切断后司机室挂挡盒 1U 11,B电源,将挂挡盒 1U 11,A从空挡换到 1挡时,1U 11,A的 B、D脚为+24 V,输出至 M 1和 M 3,实现前行 1挡功能。当换挡瞬间 A S电压由 +24 V变为 0 V,W脚从 +24 V变为 0 V,维持 0.4 s后又变为 +24 V,G 35输出一个确认为 1挡的电平。28U 1的 3脚得到此电平,当发动机转速升到1 300～1 400 r/m in(不大于1 400 r/m i n)时,28U 1的 4脚信号与 3脚信号比较,其内部电路动作,28U 1的 1脚输出 +24 V去控制 1U 11的 S M脚,使1U 11内部锁闭电磁铁动作,换挡手柄将无法向空挡移动,实现挡位锁定功能;28U 1接收 1f 35信号及由 G 35提供的 1挡的电平信号经电路处理后输出 Z F离合器控制信号 G 39,进而控制涡轮变矩器由液压传递动力到刚性连接传递动力,在 1挡运行,当行车速度达到18 k m/h时,涡轮变矩器实现刚性连接传递动力,相对于电磁铁闭锁信号,此信号稍滞后一点。1挡向 2挡进程,2挡向 3挡进挡,情况同上述类似。

只有当转速降到1 300～1 400 r/m i n时,1U 11的S M端才为 0 V,其内部锁闭电磁铁失电,手柄解锁,方能实现 3挡向 2挡转换,2挡向 1挡转换类似,要由 1挡退至空挡,必需发动机停机或施以空气制动。

若在后司机室操作,打开 Z F电源钥匙开关 5B 2,28U 2/E、28d 2、28d 3继电器动作,1U 11,B的 J端接通电源,切断前司机室挂挡盒 1U 11,A电源,将挂挡盒1U 11,B从空挡换到 1挡时,1U 11,B的 B、D脚为 +24 V,输出至 M 1和 M3,实现前行 1挡功能,Q Q其他功能控制过程与在前司机室挂挡过程相同。

4 点动控制与 Z F封锁信号 5 s延时控制

G 4、G 47分别为捣固车液压挂挡封锁信号和小车解锁、变矩器液压系统油压和油温过高及滤清器堵塞报警封锁信号;对于稳定车上述两种信号仅由 G 4表达;所谓封锁信号是指此信号一旦产生将使 Z F走行控制不能实现。

图 1 Z F控制系统

当 28U 2/C的 6脚出现封锁信号即接地时,有两种情况:①如果按下了点动开关,G 46接地,则 28U 2/C继电器动作,常闭触点 1和 6将断开,5 s延时电路28U 6输入端 Y 11没有接地信号输入,其输出端 Y 1也没有信号输出,那么 28U 2/A继电器将不会动作,Z F走行控制将会正常实现控制。②如果不按下点动开关,28U 2/C继电器不动作,其常闭触点 1和 6呈闭合状态,封锁信号将传至 28U 6的 Y 11输入端,经过其内部集成电路 5 s延时,使其控制继电器 R E 1在 5 s后动作,则使 Y 1输出接地信号,28U 2/A继电器动作,其常闭触点 1与 6、3与 5将断开,将 Z F走行钥匙来的控制电源切断,使 Z F走行控制失效。

此电路的作用是为了避免不足 5 s的不稳定的封锁信号对 Z F走行系统的控制,使其走走停停。另一方面,如果 Z F挂上挡位,用点动开关使车走起来,后又释放点动开关,车将走 5 s后,待此电路延时到 Y 1输出接地信号时才将 Z F动力脱开。

5 结束语

4WG-65B 2型动力换挡变速箱利用液力变矩器和机械变速箱配以巧妙完善的电气控制,操作简单,提高了提速平稳性和高速状态下的传动效率,同时也提高了大型养路机械作业及高速运行的安全系数,但是其控制系统的复杂性也同时给其故障分析处理带来了一定难度。

[1] 毛必显.大型养路机械电子电路技术基础[M].成都:西南交大出版社,2005.

[2] 杨新军,张文东,胡跃进,等.大型养路机械检修技术基础[M].成都:西南交大出版社,2005.