大型养路机械ZF液力机械变速箱离合器常见故障及调整措施

奚龙飞 中国铁路上海局集团有限公司上海大型养路机械运用检修段

1 前言

自1984年起，我国铁路部门引进大型养路机械参与工务线路施工。经过30多年的应用，大型养路机械在提高施工线路质量、延长线路大维修周期等方面发挥了不可替代的重要作用，是工务施工现代化的重要体现，是铁路技术装备现代化的重要标志之一。ZF 液力机械变速箱（以下简称ZF 变速箱）是大型养路机械传动系统中的重要部件，是德国ZF 公司生产4WG-65 系列变速箱，广泛应用在DC-32K、DCL-32K、CDC-16K型捣固车、WD-320型稳定车上。

2 ZF液力机械变速箱的结构原理

ZF变速箱是由液力变矩器和动力换挡变速箱组成的，见图1。液力变矩器是一种液体作为工作介质的能量转换传递装置，它将发动机传来的机械能，通过能量输入部件，转变为液体的动能，再经能量输出部件，把液体的动能转换为机械能输出，经过机械传动系统传递给车轮，液力变矩器可以在一定范围内自动地无级改变输出轴上的力矩，能自动适应行驶阻力的需要。

图1 4WG-65型液力机械变速箱

动力换挡变速箱采用的定轴式自动变速箱，是由变速机构和电液换挡控制系统组成，往往与液力变矩器连接为一体。发动机的动力从液力变矩器传入液力机械变速箱，经过齿轮传动变速后，输出不同速比等级的动力转速以及不同的旋转方向。由于变速箱的换挡机构采用的是电液换挡控制系统，在轴上空转的齿轮和轴的结合与分离是通过换挡离合器来实现的，换挡离合器的主传动摩擦片与从动摩擦片之间的结合与分离又由压力油操纵，而压力油则是由发动机驱动的齿轮泵供给的，并且提供取力口供液压泵使用。

装配的序列号 4616000260、4616000262 等接近 10 种不同细分型号的ZF 变速箱，见图2。不同细分型号间，箱体的安装尺寸，动力输入和输出均一致，主要区别在于末级、主驱采用电控或手控的控制方式，取力口的数量。整车实现的自动挡或手动挡控制是由外围电路决定的，ZF变速箱本身是依靠电信号控制，实现箱体内不同多片式离合器的脱开或结合，实现不同的运行挡位。从液压的角度来说，ZF 变速箱利用内部的机油、油泵、离合器油缸、控制阀实现各个挡位变化，是一套完整的液压系统。

图2 ZF变速箱铭牌

3 高速走行和作业走行

捣固车和稳定车进行线路维修作业时要占用封锁区间，为减少进出封锁区段的时间，提高天窗利用率，要求车辆具备高速行驶能力；在维修作业中，车辆频繁启停、制动或换向，走行操作要灵活简单，要求车辆低速作业走行。

3.1 高速走行

高速走行是液力机械传动，发动机、ZF 变速箱、分动箱、车轴齿轮箱之间用传动轴连接，组成传动系统，实现功率传递。高速走行有两种工况，即自行高速走行工况和拖挂高速运行工况。自行高速走行时，作业油泵和ZF 连接的主驱离合器脱开，减速箱的辅助作业走行马达脱开，ZF 变速箱的动力输出传动轴的末级离合器闭合。拖挂高速运行时，动力输出传动轴的末级离合器必须脱开并锁定，因为反拖ZF 变速箱时由于润滑油液供应不足可能造成液力机械变速箱的损坏。

3.2 作业走行

ZF 变速箱的主驱离合器结合，末级离合器断开，变速箱内的液压离合器均脱开，作业走行马达通过减速箱输出扭矩直接驱动ZF 变速箱的输出轴，经分动差动箱，到车轴齿轮箱，输出动力。

4 ZF液力机械变速箱离合器的脱挂方式

ZF变速箱末级离合器、主驱离合器的作用是结合和切断ZF 变速箱和外界的动力连接。末级离合器脱挂方式3 种：纯机械连杆方式、机械软轴连接方式、电液控制方式。DWL-48型捣稳车采用电液控制方式，集成到ZF 变速箱内部，厂家进行了相应的升级改造，墨迹离合器故障相对较少。其他型的捣固车和稳定车上ZF 变速箱末级离合器大多采用机械连杆和软轴连接方式，ZF变速箱主驱离合器的脱挂主要采用气缸控制。

5 ZF变速箱离合器脱挂故障典型案例及分析

5.1 末级离合器脱挂故障及分析

（1）2020 年 10 月，WD-320K 型 10654 号稳定车 ZF 末级离合器挂挡后总是脱开。

（2）2021年3月，CDC-16K型10571号道岔捣固车由何家湾转移永宁镇途中，到达镇江东时发现ZF 液力机械变速箱温度高、有异味，拆解发现是末级离合器未完全脱开导致。

（3）2021年4月，DCL-32K型10555号捣固车末级离合器有异响，末级离合脱挂档存在不能完全落槽的问题，出现过末级离合手扳处于脱档位置，但还能传递动力的情况，最后脱挂无动作。

原因分析：以上车型的ZF 变速箱末级离合器脱挂采用手动软轴方式和电磁阀液力控制，长时间的使用后软轴存在一定伸缩变形或脱挂机构存在较大间隙，出现手柄在脱开位置时，内部离合器可能未真正脱离到位，这种情况附挂运行时轮对负载反向传递，离合器轴承受轴向和径向负载，极易导致ZF 箱体内部机件损坏；或者手柄在挂挡位置时，内部离合器实际为脱开位，导致大机无法走行，这种情况多为拨叉未走到位，滑套卡死，内齿圈无法将钢珠压入锁定槽内，离合器在转动过程中发生脱开。加之机组日常检查保养时未对ZF脱挂情况进行重点检查，对潜在的脱挂不到位的问题无法及时发现并进行调整，最终导致ZF变速箱的损坏。

5.2 主驱离合器脱挂故障及分析

（1）2020年2月，CDC-16K型10561号道岔捣固车作业时无法走行，开箱发现ZF作业主驱动离合器损坏。

（2）2020年3月，DCL-32K型10556号捣固车作业系统故障，大车走行无动作，压力显示低。主驱离合器挂挡机构重新调整后，回复正常。

（3）2021年1月，DCL-32K型10533号捣固车高速走行异响，作业主驱动脱挂不顺畅，最后直接脱不开。

原因分析：ZF作业主驱离合器的脱挂是通过气缸控制实现的，气缸的动作带动拨叉连杆的动作实现脱挂，在运用中，拨叉连杆的脱位和挂位长时间不到位或间隙过大，加之机组日常检修不到位，离合器位置调整不及时，导致离合器的内部圆销变形、卡簧脱落、活塞自动复位不顺畅、活塞杆受径向力过大造成弯曲，依次出现离合器脱挂不正常，造成离合器内部的进一步损坏。

6 ZF变速箱离合器的调整措施

末级离合器、主驱离合器均属于牙嵌式离合器，调整和检查的基本要求都是利用外围机构控制离合器的脱和挂两种状态，要求脱挂均要到位并且不能过位。

6.1 软轴控制的末级离合器的调整措施

调整措施如下，见图3、图4。

图3 ZF末级离合器脱挂操作机构

（1）发动机在停机状态，设置止轮器，拆除末级离合器法兰连接的传动轴。

（2）在车辆底部拆除软轴和ZF 变速箱末级离合器上拨叉连杆的连接后，用手将拨叉连杆推向ZF 方向为挂挡，拨叉连杆远离ZF 方向为脱挡。挂挡位用手盘末级法兰，能感觉到很沉重的阻尼感，盘动法兰后多试验几次手动脱挂挡，脱档位可以很轻松的盘动末级法兰。

（3）检查ZF 变速箱末级离合器的软轴安装座的双头螺栓、拨叉栏杆手柄上的紧固螺栓，发现松动立即紧固。

（4）检查与ZF 变速箱末级离合器上拨叉连杆连接端的直角关节轴承是否反装，图4 所示序号8,9,10 的安装为正确位置。

图4 ZF末级离合器脱挂挡机构

（5）检查软轴两端直角关节轴承连接螺栓是否松动，如果松动需要紧固并涂螺纹紧固胶，软轴球胶的连接要有尽可能多的丝牙连接，并且合理调整球铰和拨叉连杆的连接，避免球铰憋劲，然后紧固球头螺母。

（6）通过调整车辆底部一端的拨叉连杆处直角关节轴承和软轴的连接位置，来回微调软轴和ZF 段连接的背帽螺栓，使该直角关节轴承的螺杆自由对中并能够无卡阻的穿入ZF拨叉连杆手柄连接孔，并且保证ZF 变速箱末级离合器上拨叉连杆手柄在挂挡位时，要与车上部脱挂操作手柄定位销的离合器上的“合”的位置同步对应。

（7）手动扳动离合器操作手柄，向离合器“合”的方向扳，仅能扳到在“合”的位置再往前半个孔位（这是为了消除整个机构的间隙，确保挂挡位了），松开手柄，这时锁定销能自由回弹进入挂挡锁定孔内，同理向离合器“离”的方向扳到在“离”的位置再往前不超过一个孔位，松开手柄，这是锁定销也能够自由进入脱档的锁定孔内。在离合器“合”的位置，并且能带动车下面的ZF脱挂拨叉连杆来回自由微动。

（8）脱挂末级离合器，检查脱挂挡信号，并调整限位开关拨杆，启动发动机，分别挂正反转1、2、3档，检查ZF变速箱末级离合器法兰的转动情况，一切正常后，安装传动轴，试验动态走行，至此调整完毕。

6.2 气缸控制主驱离合器的调整措施

调整措施见图5。

图5 主驱离合器脱挂机构

（1）发动机在停机状态，设置止轮器，拆除主驱离合器法兰连接的传动轴。

（2）在车辆底部，拆除控制气缸活塞杆端和拨叉连杆的连接，拨叉连杆的挂挡限位螺钉尽量向挂挡方向多旋几圈，用手将拨叉连杆推向ZF 方向为挂挡，拨叉连杆远离ZF 方向为脱挡，挂挡后用手盘动末级法兰，能感觉到很沉重的阻尼感，脱挡位能够很轻松得盘动末级法兰。并且盘动法兰后多试验几次手动脱挂挡，确保脱挂挡到位。

（3）检查ZF 变速箱主驱离合器拨叉连杆手柄上的紧固螺栓，发现松动需要紧固。

（4）检查控制气缸上的各个连接螺栓，发现松动需要紧固。

（5）将ZF 变速箱主驱离合器拨叉连杆放在脱挡位置，并且用手盘动法兰确认，控制气缸在无风状态下，活塞杆缩进，调整ZF 变速箱主驱离合器拨叉的销孔和气缸活塞杆端的叉型销孔，使两个销孔准确对位，装入连接销轴。

（6）建立风压或外接风源使主驱控制气缸活塞杆伸出，并且反复试验几次盘动主驱法兰确认挂挡挡位，此时主驱拨叉连杆应该和限位螺钉刚好密贴并留有间隙。必要时，调整限位螺钉的伸出或缩进位置，最后紧固限位螺钉的锁紧螺母。

（7）调整挂挡和脱挡2个电气限位拨杆，使得主驱脱挂挡指示灯显示正确，尽可能调整到位后恰好可以触发脱挂挡电信号，不要在中间行程时就触发挂挡和脱挡信号。

（8）ZF 变速箱主驱离合器调整到位后，挂挡后拨叉连杆可以顶到限位螺钉，挂挡过程可能会出现略微不顺畅的现象，但是脱挡过程要顺畅，脱挡后马上在挂挡也要顺畅，脱挂挡指示灯和脱挂档位置正常对应。

7 总结

在对ZF 变速箱结构原理、走行传动系统分析、离合器脱挂方式了解的基础上，通过ZF 变速箱离合器常见故障分析及脱挂方式调整措施的探讨，可以看出ZF 变速箱在使用过程中出现故障的原因是多方面的，只要我们在大机运用检修中不断加强对ZF 变速箱原理和离合器调整的学习，按时检修保养，按标作业，出现故障时认真分析总结，确保走行系统安全，保证大型养路机械的正常使用。