ZF WSK400+8S221型变速箱缓速器比例电磁阀渗油问题分析

李强

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)

ZF WSK400+8S221型变速箱缓速器比例电磁阀渗油问题分析

李强

(泰安航天特种车有限公司，山东泰安 271000)

ZF WSK400+8S221型变速箱由德国ZF公司设计生产，在我国超重型特种汽车中有广泛应用。在使用过程中，发现变速箱缓速器的比例电磁阀出现渗油问题。通过拆检、试验，确定渗油的根本原因，并提出解决措施。

ZF WSK400+8S221型变速箱；缓速器比例电磁阀；渗油问题

0 引言

ZF WSK400+8S221型变速箱由德国ZF公司设计生产，主要由变矩器、缓速器、机械变速箱及其他附件组成。在使用过程中，缓速器的控制比例电磁阀排气口处发现有渗油现象，渗油量虽然不多，但长时间使用，变速箱内部润滑油会不断减少，最终可能会由于润滑油过少而致使变速箱损坏。作者对该问题进行了系统的分析，确定了渗油的根本原因，并提出了针对性解决措施，杜绝类似问题再次发生。

1 缓速器工作原理

ZF WSK400+8S221型变速箱组成示意如图1所示。发动机输出转矩经锁止离合器后传递给变矩器，变矩器后面是缓速器，经缓速器后连接离合器，最终输入到机械变速箱内。

图1 变速箱前部示意图

缓速器安装在变矩器和主离合器之间，是一个液力偶合器，由定叶轮和动叶轮组成，定叶轮安装在变矩器的壳体上，转动的动叶轮被安装在变矩器的输出轴上。缓速器的制动作用是由充于叶轮腔膛里的油液来完成的，其操纵手柄位于驾驶室内。

缓速器的内部结构如图2所示。

图2 变矩器工作原理

当缓速器不工作时，定叶轮5和动叶轮6之间的叶轮腔内没有变速箱润滑油，动叶轮空转，此时无制动效果。

当扳动缓速器操纵手柄时，操纵手柄将信号传递给比例电磁阀，比例电磁阀控制高压气经进气口1进入缓速器控制阀2，推动内部阀芯移动，变速箱润滑油通过管路7进入缓速器的叶轮腔，此时动叶轮受到变速箱润滑油的阻力，将动叶轮的动能转换成变速箱润滑油的热能，变速箱润滑油在惯性作用下通过缓速器的出油通道3进入出油管路，最终进入散热器，完成缓速器制动。

当往回扳动缓速器操纵手柄时，操纵手柄将信号传递给比例电磁阀，比例电磁阀关闭高压气，缓速器控制阀内部阀芯在弹簧作用下反向移动，将缓速器进油口关闭，叶轮腔剩余的变速箱油在惯性作用下通过缓速器的出油通道经管路进入散热器。

缓速器气控原理如图3所示，比例电磁阀进气口连接常通气源。当缓速操纵手柄将启动缓速器信号传递给该阀时，气源自出气口排出，经过三通接头后，分为2路：其中1路接缓速器控制阀，推动阀芯移动，使缓速器工作；另外1路接三位六通阀，用于控制缓速器制动力矩的大小。当缓速器操纵手柄将关闭缓速器信号传递给比例控制阀时，比例电磁阀关闭进气口，此时缓速器控制阀的阀芯在弹簧作用下回到原位，同时将内部空气通过控制管路、经三通接头回到比例电磁阀，然后从比例电磁阀的排气口排到大气中。

图3 缓速器控制气路原理图

2 问题分析

在使用过程中，发生渗油的地点就在比例电磁阀的排气口，如图4所示。

图4 缓速器渗油图

经检查渗出的油液为变速箱润滑油，渗油量较少，但是车辆每次通电，变速箱自检中，此处均有油液渗出，油液越积越多，最终可能会造成变速箱润滑油不足，从而损坏变速箱。

经过初步分析，造成该问题的原因可能有以下方面：

(1)控制电磁阀损坏问题分析

缓速器比例电磁阀通过高压气来控制缓速器控制阀，连接电磁阀的部分分别为电路和气路，没有油路，不会出现漏油问题，故缓速器控制电磁阀损坏引起渗油问题可以排除。

(2)油封损坏问题分析

拆检变速箱缓速器控制阀后，更换了新油封，并检查油封外表面光滑，未发现损坏痕迹。重新组装完成后进行跑车验证，出厂后使用缓速器，仍然出现渗油现象。故由于油封损坏导致电磁阀渗油问题可以排除。

(3)阀腔表面制造质量问题分析

分解缓速器控制阀后，观察控制阀内腔表面，有明显加工刀痕。根据相关国家标准，油封配合的密封面粗糙度推荐值：内腔Ra≤1.6 μm。随后对阀体内腔的表面粗糙度进行检测，变速箱控制阀内腔表面粗糙度达3.2 μm，不符合要求。因此加工精度导致粗糙度超差的原因不能排除。

另外阀体内腔壁加工面上有许多细小砂眼、气孔等铸造缺陷，导致阀体内腔表面粗糙度差，缺陷越严重，渗油越厉害。具体情况如图5所示。

图5 缓速器控制阀内腔壁

综上，阀腔表面制造质量问题导致渗油问题不能排除。

(4)定位结果

经过以上分析，变速箱缓速器比例电磁阀排气口渗油问题原因定位为：变速箱缓速器控制阀内腔因铸造缺陷存在砂眼和加工精度超差，共同导致阀体内腔表面粗糙度差，造成密封失效引起渗油。

3 渗油问题机制分析

由缓速器工作原理可知，缓速器完成一次制动，其控制阀的阀芯在内腔来回移动一次。阀芯在内腔运动示意图如图6、图7所示。

图6 缓速器关闭时控制阀芯位置

图7 缓速器工作时控制阀芯位置

当使用缓速器制动时，润滑油经进油通道(图6中“控制阀进油口”)进入阀腔。阀腔与阀芯上的油封为精密配合，之间存在油封刃口控制的润滑油膜，此油膜具有流体润滑特性，在液体表面张力的作用下，油膜的刚度恰好使油膜与空气接触端形成一个新月面，防止润滑油的泄漏，实现密封。

因缓速器控制阀铸造缺陷产生的砂眼导致内腔表面粗糙度差，无法形成油封密封面油膜，密封失效。当使用缓速器制动时，进入阀腔的润滑油渗出到活塞与端盖之间；当关闭缓速器时，比例电磁阀排气，积存的油液随压缩空气从电磁阀排气口排出。

4 解决措施

经过研究，提出了可行的解决措施：保持变速箱原油路和气路状态不变，在缓速器控制阀外部增加一级密封，由缸体和活塞组成，新增部件通过增长的螺栓安装在原控制阀外部，结合面之间采用密封措施。

当使用缓速器时，高压气推动新活塞，推动原阀芯往里运动；当关闭缓速器时，原阀芯在弹簧作用下推动新活塞往外移动，原阀芯将渗漏的油液推入新活塞和缸体形成的油室内。为防止频繁使用缓速器造成渗漏的油液填满油室，在新增加的活塞和原阀芯上增加油道，将多余的油液引入缓速器壳体内。改制后状态如图8所示，改制后的变速箱外形如图9所示。

图8 改制方案示意图

ZF WSK400+8S221型变速箱缓速器比例电磁阀渗油问题定位准确，机制分析清楚，提出的改制措施可以有效解决问题。

5 结束语

根据制定的ZF WSK400+8S221型变速箱缓速器比例电磁阀渗油问题解决措施方案，制作了改制样件，并安装在问题变速箱上进行试验。最终证实，该措施可解决类似问题再次发生，后续批量改制。

[1]李杨.采埃孚9HP48自动变速器技术特点(上)[J].汽车维修技师,2014(3):36-40.

[2]肖军.缓速器现代汽车制动系统关键部件[J].时代汽车,2008(7):100-105.

[3]何仁,董颖,牛润新.车用发动机缓速器工作循环的理论分析[J].农业机械学报,2007,38(12):36-40.

HE R,DONG Y,NIU R X.Working Cycle Analysis of the Engine Retarder[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2007,38(12):36-40.

AnalysisofOilPenetrationfromProportionalSolenoidValveinthe
RetarderofZFGearBoxWSK400+8S221

LI Qiang

(Tai’an Aerospace Special Vehicle Co.,Ltd.,Taian Shandong 271000,China)

The ZF gear box WSK400+8S221, designed and manufactured by Germany ZF company, is widely used in Chinese super heavy duty special vehicles. However, it was found out the problem of oil leakage from proportional solenoid valve in the retarder. The fundamental reasons and corresponding solutions were worked out after overhauling and tests.

ZF gear box WSK400+8S221; Proportional solenoid valve in the retarder;Oil penetration problem

U463.212

B

1674-1986(2017)11-070-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.017

2017-07-04

李强(1986—)，男，助理工程师，研究方向为车辆工程。E-mail:15153829123@163.com。