装载机电液换挡操纵阀的设计研究

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1、第一章绪论1.1课题背景及现实意义工程机械工作环境通常比较恶劣，行驶状况复杂，换挡比较频繁，以装载机为例，每个作业循环需要换4~5次档，连续作业每小时须换上千次档[1-2]。目前我国装载机动力换挡变速箱普遍采用液压动力换挡，即操作者通过软轴或杠杆系统操纵换挡操纵阀，进行变速和换向。这种换挡操纵方式可靠，维修方便，但安装布置复杂，操纵力大,不能实现自动控制和远距离操作，并且换挡品质较差。随着液压和电子技术的发展，电液换挡技术逐渐成熟，电液换挡即把电磁铁和换挡操纵阀集成在一起，通过专用的换挡手柄进行换挡控制

2、，换挡操纵阀具有调压功能，同时系统还具有互锁、安全保护等功能，可以使换挡过程平稳快速的完成[3-5]。由于电液换挡操纵灵活、布置方便，便于实现自动控制，有较好的换挡品质，因此电液换挡技术在装载机领域得到广泛的应用。我国基础设施建设投入的高速增长，促进了工程机械行业的大发展，我国已经成为工程机械生产和销售的大国[6]。世界各大工程机械厂家纷纷进入中国市场，普遍采用电液换挡控制，我国工程机械要想走出国门，也必须配置电液换挡控制系统[7-9]。由于我国的工程机械在国际市场上竞争力比较低，产品一般是中低端产品，

3、高品质的电液换挡变速箱还不能生产，因此必须要加快电液换挡技术的研究与开发，提高变速箱的换挡品质，赶上国际流行趋势，这是我国工程机械与国际接轨的重要举措。电液换挡操纵阀连接换挡控制器和离合器，在整个换挡过程中，变速箱功能的实现和对离合器结合过程的控制主要由换挡操纵阀来控制的，换挡操纵阀的设计功能及工作性能直接影响着换挡功能的实现与换挡品质，因此，需要对换挡操纵阀的工作原理和设计过程进行研究。通过对装载机变速箱换挡过程及影响换挡品质因素的分析，能正确分析理解换挡操纵阀的工作原理和各功能元件的设计过程，并能根

4、据换挡功能要求按照一般规律设计出相匹配的换挡操纵阀是这篇论文的主要目的。1.1电液换挡控制技术的国内外发展现状1.2.1电液换挡控制系统的分类电液换挡系统有全自动和半自动之分。全自动换挡系统可根据油门开度、车速和档位选择器位置信息等信号，按照设定的换挡规律求出对应当前工况的最佳档位，并控制换挡操纵阀进行换挡。半自动换挡系统则无油门开度等传感器信号，主要根据档位选择器位置开关信号来控制换挡操纵阀实现换挡[10]。图1.1半自动换挡系统流程图半自动换挡系统控制流程图1.1所示，由电气开关信号即档位选择器发出

5、换挡信号控制换挡电磁阀动作，然后由电磁阀发出先导油压控制液压控制阀来控制工作油液压力和方向的变化，进而控制换挡离合器的结合，电磁阀按照逻辑程序动作实现不同档位，同时系统还具有互锁、安全保护等功能[11]。通常电磁阀和液压控制阀集成在一个阀块内，称为换挡操纵阀。在半自动换挡系统中电气开关和电磁阀都是开关信号。在整个换挡过程中，变速箱的换挡功能和离合器结合过程的控制主要由换挡操纵阀来实现，因此对换挡操纵阀原理及性能的研究就非常必要。1.2.2国内研究与发展现状国内装载机普遍采用机械换挡技术，电液控制换挡技术

6、发展比较落后，换挡品质控制较差，但随着国外产品进入中国市场及市场需求的提高，电液换挡技术也是飞速发展。20世纪70年代末80年代初，我国为了改变工程机械落后的局面，开始引进工业先进国家的变速箱制造技术。1989年四川齿轮厂率先引进了美国CAT公司的动力换档变速箱、液力变矩器技术，1992年杭州前进齿轮箱集团引进了德国ZF公司180型变速箱技术，1995年柳工集团与德国ZF公司合资生产变速箱和湿式传动驱动桥，杭齿集团与柳工—ZF合资厂根据用户需要均可生产先进的电液换档变速箱[12]。浙江临海海宏集团近年来

7、引进美国、日本技术研制开发的变速操纵阀、片式多路换向阀，先导比例阀等一大批阀类组件。虽然国内电液换挡系统技术发展较快，但国产电液换挡系统产品有如下弱点：国产阀多数是仿国外的，例如仿德国ZF，但制造设备落后，制造工艺差，导致液压阀质量不稳定；机械调压阀只能模拟起步档升压特性，压力曲线单一，由于升到高速档是受制于调压阀的单一升压特性，高速升档、降档会产生冲击。1.2.3国外研究与发展现状围绕提高装载机操作舒适性和换挡品质，国外的装载机换挡系统普遍采用电液换挡控制，可以实现全自动或半自动换挡。国外电液换挡技术

8、发展比较成熟，各大工程机械厂家及变速箱厂家均有比较成熟的产品，如小松WA380、采埃孚4WG200等产品。采埃孚4WG200电液换挡控制系统，属于半自动换挡控制系统，变速箱是通过开关电磁阀切换变速档位，然后通过换挡操纵阀，实现其离合器摩擦片结合。由于操纵阀有调压功能，因此可以使离合器工作油压上升平稳、缓慢，以此方式来提高变速箱换挡品质。国内很多工程机械厂家如柳工、厦工等都选配采埃孚的ZF4WG200半自动换挡系统。电液比例换挡系统液压原理图