变速器气阀卡滞检测试验台架设计

高建敏，马凯凯，陈文仁，王晓亮

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710119）

主副箱结构的变速箱在进行高、低挡切换过程中，气阀（单H气阀、双H气阀等）的正常开启与关闭，直接决定了换挡是否能够顺利完成[1]。若气阀偶尔出现阀芯卡滞或者回位缓慢，驾驶员无法发现该问题，其继续完成换挡，此时阀芯再回位的话，副箱同步器因“主箱已经挂挡并传递发动机扭矩”将无法实现同步，持续摩擦将导致摩擦材料脱落，最终导致高低挡转换异响和副箱同步器的损坏（近似于抢挡操作）[2]。因此，单H气阀、双H气阀是变速箱副箱换挡气路中十分重要的组成部分，针对其卡滞检测要求，设计了变速箱用气阀卡滞检测试验台架[3]。

而现有技术对气阀的检测主要是对其耐久性寿命的考察，无法对其过程量进行检测，尤其是上述偶尔卡滞情况，这样造成台架结果与实际气阀应用工况有差别，无法对实际情况进行评估[4]。另一方面若通过在做变速器整箱寿命试验来考察包括气阀在内的整个变速器系统是否存在问题，则存在变量过多，无法聚焦的问题。因此，该气阀卡滞试验台的设置是非常必要的。

基于以上技术缺陷，该试验台架可检测到气阀偶尔出现的卡滞并记录相关的参数，所得到的数据可以用于评判气阀的性能和气阀出现卡滞的几率，对于优化整个高、低挡换挡气动系统有很好的帮助[5]，从而对于设计工作者新开发的气阀或者改进的气阀提供数据支持，对于改进后的效果也能很好地评判。要求气阀卡滞检测试验台在气阀进行耐久性寿命试验的同时，可同时检测到气阀偶尔出现的卡滞并记录相关的参数。副箱气缸会采用单H气阀或双H气阀换挡，因此，要求试验台可对单 H和双 H两种气阀进行气阀卡滞检测。双H气阀换挡时，需要操纵装置对其杆顶给一个力推动阀芯，选择高低挡，不同操纵机构挂挡行程不同，所产生的力也不同，因此，要求对操纵机构挂挡进行模拟[6]。此外，试验台应能测试不同环境温度下气路控制阀的功能。

1 气阀卡滞检测试验台架总体设计

要求气阀卡滞检测试验台在气阀进行耐久性寿命试验时，可同时检测到气阀偶尔出现的卡滞并记录相关的参数。副箱气缸会采用单H气阀或双H气阀换挡，因此，要求试验台可对单H和双H两种气阀进行气阀卡滞检测。双H气阀换挡时，需要操纵装置对其杆顶给一个力推动阀芯，选择高低挡，不同操纵机构挂挡行程不同，所产生的力也不同，因此，要求对操纵机构挂挡进行模拟[7]。此外，试验台应能测试不同环境温度下气路控制阀的功能。

气阀卡滞检测试验台结构简图如图1所示，试验台主要包括控制器1、气路控制柜2和气阀卡滞试验台架三部分。

图1 气阀卡滞试验台结构简图

控制器1通过气路控制柜2对试验台架上的动作进行控制，并收集、记录台架上反馈的相关信息，反过来再控制试验台架上的动作，形成闭环控制。试验台架包括单H阀检测系统和双H阀检测系统两部分，控制器通过控制主气路控制电磁阀，控制系统进行单H阀检测还是双H阀检测。当主气路控制电磁阀控制单H阀控制电磁阀及单H气阀（待检测实验件）开启时，试验台进行单H阀检测，单H阀控制电磁阀4为单H阀提供在挂挡过程中所需不同的气压。当主气路控制电磁阀控制双H阀（待检测实验件）及气缸换向电磁阀14开启时，试验台进行双 H阀检测，控制器 15与气路控制柜部分连接及试验台架的气缸换向电磁阀 14连接，通过人机交互以及控制器局域网（Controller Area Network, CAN）总线通信，对所采集的数据进行分析比较和计算，按照事先设定好的位移与力的参数，把反馈信号分别传输给气路控制柜中的主气路控制电磁阀 3、单 H阀控制电磁阀4及试验台架上的气缸换向电磁阀14，通过控制气缸换向电磁阀 14，来控制换挡气缸 16的力与位移，这样就满足了操作人员对操纵装置进行检测和调整。试验台通过不同的连接机构的设计，可以与多个不同挂挡行程操纵装置要求的单H气阀和双H气阀联接，同时完成各种单H气阀和双H气阀测试的试验。

2 气阀卡滞检测试验台的构成及其工作原理

为实现气阀卡滞试验台的各项试验和检测功能，设计气阀卡滞检系统试验台（如图1所示），试验台主要包括双H阀检测系统和单H阀检测系统。这两个系统相互独立，又相互关联，装配时可以模块化安装，方便维修和零部件的更换。

2.1 单H阀检测系统

该系统主要由单 H阀（待检测实验件）8及副箱换挡气缸9组成。单H阀（待检测实验件）驱动副箱换挡气缸9，提供气压动力，其中配备了气压检测传感器5、6、7可以实时检测单H阀进气口及出气口的气压及变化时间，并把压力数据传递给控制器。系统中单 H阀的工作原理如图2所示，实验室气源通过主气路控制电磁阀3向单H阀进气口提供试验需求的气压，当工控机通过控制口C使得进气口和出气口21接通时，则低挡气管接通，控制副箱气缸进行低挡换挡。相似地，工控机控制进气口和出气口22接通，则为高挡换挡。在此过程中分别接在出气口21、22以及控制口C的气压传感器5、6和7实时检测到气压值，并把压力值及其变化时间传递给控制器15，通过对所采集的数据进行分析比较和计算，对比设定的高低挡换挡气压值以及高低挡换挡时间，判断气阀是否卡滞，并记录相关数据，实现气阀卡滞试验台单H阀的检测。

图2 单H阀检测气路

2.2 双H阀检测系统

该系统主要由双H阀（待检测实验件）10、副箱换挡气缸16、变速箱双H操纵装置11及换挡气缸16组成。系统中双H阀的工作原理如图3所示，换挡气缸16通过传动杆系12为变速箱双H操纵装置 11提供换挡力，变速箱双 H操纵装置11通过双H顶杆位置来控制双H阀（待检测实验件）10的阀芯位置，双H阀（待检测实验件）驱动副箱换挡气缸9，提供气压动力。其中配备了气压检测传感器5、6、7可以实时检测双H阀高挡气管和低挡气管的压力值及其变化时间，所得到的数据可以用于评判气阀的性能和气阀出现卡滞的概率，实现气阀卡滞试验台双H阀的检测。

图3 双H阀检测气路

该系统采用了带限位的换挡气缸16来满足不同挂挡行程操纵装置力的模拟。如图1所示，气缸换向电磁阀14的开启和关闭通过主气路控制电磁阀3的通断电进行控制，通过控制器1对其传递信号，控制气缸换向电磁阀14的换向和开口的变化，从而控制换挡气缸（带限位）14的运动方向和速度。根据电比例换向阀的特点，它能按照电气信号连续的、按比例对气缸的压力、流量或方向，从而能够实现换挡气缸（带限位）达到要求的位移和推力。气缸换向电磁阀14的两端安装有气缸位置传感器 13、15，能实时检测电磁阀芯运动的距离，从而检测电比例换向阀14换向距离，这些检测到的数据又传输给控制器15，控制器15完成数据的分析比较和计算，再反过来把所产生的指令继续发给电磁阀芯，从而更精确地控制电磁阀芯，完成闭环控制。这样就模拟了操纵装置在挂挡过程中挂挡力的变化，从而控制双H阀（待检测实验件）10的顶杆位置。

试验台的气路控制部分和执行机构分别集成在气路控制柜内及试验台架上，功能分开，结构紧凑，集成度高，降低了整个系统的初始成本，同时维修方便。

3 特殊工况及延伸使用

对于寿命试验要求，根据气阀不同的工况，还必须做高、低温试验[8]，希望即使在极热、极寒等恶劣的天气中，气阀也能满足功能性的要求，并且达到一定的寿命要求，这就需要将被测气阀放置在温控箱中。通过连接的快换接头，安装简单方便。

如果试验室的空间条件允许，我们也希望试验台架可以同时并联安装多套副箱换挡气缸，双H操纵装置及换挡气缸（带限位），只需分别控制换挡气缸换向电磁阀。这样一套试验台架可以同时做多个单H阀、双H阀气阀卡滞试验，同时不会相互干涉。对于这种试验室空间条件允许的情况，只需选择合适的实验室气源，并配备合适数量的电磁阀。

4 结论

本文所述变速器气阀卡滞试验台架在进行气阀耐久性寿命试验同时，可及时检测到气阀偶尔出现的卡滞并记录相关的参数，多方位的对气阀进行考察，更适用于对变速器用气阀的检测。对于优化整个高、低挡换挡气动系统有很好的帮助，从而对于设计工作者新开发的气阀或者改进的气阀提供数据支持，对于改进后的效果也能很好地评判。另根据不同工况需求还可对该台架进行拓展，从而更好地实现对变速器用气阀的更科学的考察，有效地节约试验资源及时间。