張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

影響城市環(huán)衛(wèi)車匹配變速器的情況分析

張 翔

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

城市垃圾車又稱環(huán)衛(wèi)車，是一種專用車與普通汽車的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊運(yùn)輸和作業(yè)功能。其中變速操縱是否輕便，取力器工作是否可靠，駕駛員對(duì)此十分敏感，設(shè)計(jì)好上述系統(tǒng)對(duì)城市環(huán)衛(wèi)車是非常重要的。文章從離合、離合管路、變速器、變速操縱及取力器管路5個(gè)方面分析了城市環(huán)衛(wèi)車匹配變速箱的情況分析，并針對(duì)各個(gè)影響因素提出改進(jìn)方法，提出了可行的評(píng)價(jià)操控性能的優(yōu)劣方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以上5個(gè)方面是逐一排查匹配變速箱的關(guān)鍵要素，并通過(guò)反復(fù)的主觀評(píng)價(jià)和逐步優(yōu)化，可以取得良好的效果。

汽車；換擋；離合器；離合管路；變速器；變速操縱；取力器管路

CLC NO.:U463.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-41-05

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和駕駛員年輕化，80、90的駕駛員越來(lái)越注重商用車“乘用車化設(shè)計(jì)”的感受。我國(guó)目前城市發(fā)展迅猛，使用的城市環(huán)衛(wèi)車絕大多數(shù)為手動(dòng)變速器。變速器由于換擋、取力工作頻繁，駕駛員對(duì)于換擋操縱是否舒適，取力器工作是否可靠都十分敏感，此項(xiàng)性能直接影響到駕駛員對(duì)車型的評(píng)價(jià)。針對(duì)手動(dòng)擋變速器匹配的問(wèn)題，文章從選換擋、取力器工作等相關(guān)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出問(wèn)題的癥結(jié)所在和改善措施，并根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出參數(shù)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)值。

1、換擋困難的影響因素及改進(jìn)方法

1.1 離合器

離合器和離合器操縱系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。

1.1.1 離合器后備系數(shù)

離合器的后備系數(shù)(β)是離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，離合器的后備系數(shù)必須大于1。β不足會(huì)導(dǎo)致車輛正常行駛時(shí)離合器打滑，車輛加速緩慢，

車速提升速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升速度失調(diào)。此時(shí)摩擦片、壓盤及飛輪之間過(guò)度滑摩產(chǎn)生大量的熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致離合器完全燒蝕，喪失分離和接合功能，車輛無(wú)法換擋。

根據(jù)汽車設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，乘用車的 一般取β值1.2～1．75。家庭用轎車的β可相對(duì)選取小些，而商務(wù)車型及小型客貨車的β應(yīng)相對(duì)大些。由于受目前國(guó)內(nèi)路況、國(guó)產(chǎn)零部件精度、國(guó)產(chǎn)離合器高溫時(shí)產(chǎn)生的壓盤預(yù)形變而帶來(lái)的結(jié)合不均勻、車輛使用情況以及駕駛員水平的影響，離合器的實(shí)際后備系數(shù)將小于理論設(shè)計(jì)值。建議在設(shè)計(jì)垃圾車后備系數(shù)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況增加一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)效率損失系數(shù)(η)，η一般取0．9(經(jīng)驗(yàn)值)。

1.1.2 離合器滑磨功

離合器的滑磨功是汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總熱量，而單位面積滑磨功則是指離合器接合一次單位面積摩擦片上產(chǎn)生的熱量。單位面積滑磨功體現(xiàn)了離合器工作時(shí)的熱量釋放情況，該值應(yīng)越小越好。此時(shí)需根據(jù)滑磨功的計(jì)算值合理地選擇摩擦材料，保證其性能和壽命滿足車輛使用要求。此外在空間允許的情況下，可考慮適當(dāng)增大離合器摩擦片的尺寸來(lái)減小單位面積滑磨功。

1.1.3 離合器壓盤溫升

離合器壓盤溫升是指離合器接合一次壓盤溫度升高值，它體現(xiàn)出離合器的散熱性能，該值應(yīng)越小越好。壓盤溫升過(guò)大會(huì)導(dǎo)致離合器散熱不及時(shí)，同樣會(huì)造成離合器燒蝕故障，喪失分離和接合功能，車輛無(wú)法換擋。為了使每次接合的溫升不致過(guò)高，壓盤應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量；為了保證在受熱情況下不致翹曲變形，壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度且一般都較厚。此外，壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)注意其通風(fēng)冷卻要好，例如在壓盤體內(nèi)鑄出導(dǎo)風(fēng)槽或改變壓盤平面內(nèi)凹角度使高溫時(shí)壓盤形變能增加接合面積。

1.1.4 摩擦材料的選擇

各種摩擦片具有各自特定的使用溫度、耐磨性能、抗壓能力和摩擦因數(shù)，摩擦材料的好壞直接影響到離合器的壽命，同時(shí)也影響著離合器的成本。根據(jù)計(jì)算出的后備系數(shù)和滑磨功等值，選擇適合的摩擦材料，達(dá)到性能和成本的平衡。

1.1.5 離合器從動(dòng)盤軸向壓縮量的設(shè)計(jì)

離合器從動(dòng)盤軸向壓縮量是指從動(dòng)盤自由狀態(tài)和壓緊狀態(tài)下厚度的差值，它由從動(dòng)盤的波形彈簧產(chǎn)生，用于緩沖離合器快速接合時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載荷， 軸向壓縮量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致?lián)Q擋松，離合時(shí)車輛前后抖動(dòng)， 同時(shí)會(huì)有摩擦片破損的隱患。軸向壓縮量過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致離合器分離行程不足，離合器無(wú)法徹底分離，車輛掛不上擋。

1.2 離合操縱系統(tǒng)

液壓離合操縱機(jī)構(gòu)主要由主泵、分泵、油管、撥叉、分離軸承和離合踏板等組成。

1.2.1 離合主、分泵效率低

離合主、分泵效率分為力效率和行程效率。泵的力效率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致離合踏板力偏大，影響操作舒適性。泵的行程效率過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致離合器分離點(diǎn)偏低。在設(shè)定了分離點(diǎn)位置和分離力之后，想要降低離合器分離力和增大離合器壓盤升程，就必須要提高主、分泵系統(tǒng)的行程效率和力效率。影響離合主、分泵效率的因素主要有缸體內(nèi)壁圓度和粗糙度；皮碗的形狀和加工精度；缸體內(nèi)壁與皮碗的配合公差等。通過(guò)使用鑄鋁結(jié)構(gòu)缸體提高缸體的加工精度、提高皮碗的精度以及優(yōu)化缸體內(nèi)壁與皮碗的配合公差等方法，可以有效地提高主、分泵系統(tǒng)的效率。

離合踏板分離點(diǎn)行程可用式(1)計(jì)算：

式中：S——踏板實(shí)際分離點(diǎn)行程，mm；

S——分離點(diǎn)時(shí)分離軸承的行程，mm；

I1——撥叉杠桿比；

I2——液壓助力比；

I3——踏板杠桿比；

μ——主、分泵系統(tǒng)行程效率；

So——踏板空行程，mm。

離合踏板分離力可用式(2)進(jìn)行計(jì)算：

式中：F——最大離合踏板力，N：

f——離合器分離指的最大分離力，N；

η——主、分泵系統(tǒng)力效率。

1.2.2 分離軸承破損或卡滯

離合系統(tǒng)的分離軸承直接承受著離合器的分離力，當(dāng)離合器分離指不平或者離合器燒蝕、環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)就易造成分離軸承破損，從而產(chǎn)生異響故障。此外，分離軸承本身的卡滯故障會(huì)導(dǎo)致離合器分離指異常磨損，產(chǎn)生異響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成分離指折斷，顧分離軸承關(guān)鍵部位的精度設(shè)計(jì)是尤為重要的。

1.2.3 離合操縱機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑差

離合操縱機(jī)構(gòu)需要使用潤(rùn)滑脂減小其摩擦損耗。不加潤(rùn)滑脂或是潤(rùn)滑脂選用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致分離軸承卡滯、踏板力偏大

及離合踏板回位緩慢或不回位故障。同時(shí)缺少潤(rùn)滑脂的操縱機(jī)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生異響故障。分離軸承內(nèi)圈、撥又球窩、撥叉頭、分泵推桿以及離合踏板助力彈簧等處都需要涂抹適量的油脂，過(guò)量的油脂甩到摩擦片上會(huì)導(dǎo)致離合器燒蝕。

1.2.4 離合踏板助力和回位力不合適

為減輕駕駛員踩踏板的操作力，離合踏板需增加助力彈簧， 同時(shí)為保證離合踏板在離合器接合后快速回位，該彈簧同時(shí)需具備回位彈簧功能。離合踏板回位力選擇不當(dāng)將導(dǎo)致踏板回位緩慢、甚至不回位故障。同時(shí)回位力選擇不當(dāng)也可能造成踏板力過(guò)大，影響駕駛舒適性。最大助力點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡量靠近離合器壓盤最大分離力點(diǎn)，以便保持離合踏板操作輕便。助力和回位力變換點(diǎn)應(yīng)放在離合器接合點(diǎn)之后， 以便離合器接合后踏板快速回位，減小半接合時(shí)間。

1.2.5 優(yōu)化踏板行程和分離點(diǎn)位置

離合踏板的分離點(diǎn)位置和分離力直接影響了駕駛員的操縱舒適性，一般要求專用車保持在(100±10)N的范圍內(nèi)。專用車的后備行程(總行程一分離點(diǎn)行程)需控制在(35±5)mm范圍內(nèi)。圖2示為我公司現(xiàn)研發(fā)垃圾車最佳離合器踏板行程和力的曲線圖。

表1 離合踏板曲線圖關(guān)鍵點(diǎn)解釋

1.3 變速器

變速器、同步器和選換擋機(jī)構(gòu)，如圖3、圖4所示。

1.3.1 同步器性能

在手動(dòng)機(jī)械式變速器中，為實(shí)現(xiàn)換擋操作迅速輕便無(wú)沖擊，有利于提高汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，在各擋位中多采用同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)換擋操作。同步器中同步環(huán)的同步容量是衡量同步器性能的重要參數(shù)。同步容量滿足設(shè)計(jì)要求，可以很容易的進(jìn)擋，掛擋時(shí)間短，反之如果同步容量不足，就需要更長(zhǎng)的時(shí)間使被掛入擋位齒輪和同步器齒套實(shí)現(xiàn)同步。同步器結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

可以通過(guò)提高同步性能進(jìn)行改進(jìn)。試驗(yàn)證明，單錐環(huán)摩擦因數(shù)平均在0．1左右；雙錐環(huán)的摩擦因數(shù)平均為0．17，比相同大小的單錐提高了70%；三錐同步器齒環(huán)使摩擦面數(shù)目增加到了3個(gè)，從而進(jìn)一步增大了摩擦力矩，與相同大小的單錐齒環(huán)和雙錐齒環(huán)相比，具有更大同步扭矩／容量，進(jìn)一步減小換擋力。試驗(yàn)證明，雙錐環(huán)摩擦因數(shù)平均在0．17

左右，三錐環(huán)的摩擦因數(shù)平均為0．24，比相同大小雙錐的提高了40%。圖5～ 圖7示單錐環(huán)、雙錐環(huán)及三錐環(huán)摩擦因數(shù)試驗(yàn)曲線。

1.3.2 選換擋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

變速器內(nèi)部通過(guò)換擋軸→換擋撥頭→撥叉軸→撥叉進(jìn)行換擋， 并通過(guò)回位扭簧來(lái)實(shí)現(xiàn)選擋阻力。運(yùn)動(dòng)傳遞路線中配合公差和尺寸鏈?zhǔn)欠窈线m，回位扭簧力的大小等，最終反映到駕駛者的選換擋力是否合適。

1.4 換擋操縱系統(tǒng)

變速器的換擋操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示。

1.4.1 選換擋軟軸運(yùn)動(dòng)不暢

軟軸的作用就是作為媒介將駕駛員給操縱機(jī)構(gòu)的換擋動(dòng)作傳遞給變速器，以實(shí)現(xiàn)換擋。導(dǎo)致軟軸運(yùn)動(dòng)不暢的主要原因有：軟軸芯軸和護(hù)管的潤(rùn)滑不良，軟軸芯軸和護(hù)管配合間隙過(guò)小或過(guò)大，軟軸走向過(guò)于曲折。要求軟軸最好選用花鍵自潤(rùn)滑式芯軸并保證芯軸與護(hù)管的間隙在0.5mm左右，軟軸走向應(yīng)盡量減小大角度的彎曲，彎曲角度不得小于200mm。

1.4.2 換擋器總成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不良

換擋器總成運(yùn)動(dòng)不良的原因主要有：換擋器總成本身由于可靠性較差，運(yùn)動(dòng)件磨損導(dǎo)致間隙過(guò)大引起的選換擋沉重或失效；潤(rùn)滑不當(dāng)引起的卡滯現(xiàn)象；換擋器不符合人機(jī)工程學(xué)引起的選換擋沉重或掛檔不清。

1.4.3 選換擋軟軸固定支架設(shè)計(jì)不當(dāng)

選換擋軟軸固定支架的質(zhì)量和固定“U”型螺栓孔的角度對(duì)使用軟軸操縱的變速器的換擋力影響很大，很多情況都是由于支架的設(shè)計(jì)不合理（或因模塊化統(tǒng)一借用的關(guān)系導(dǎo)致匹配狀態(tài)不理想）而引起的選擋困難、掛擋沉重。目前來(lái)說(shuō)，進(jìn)口軟軸的質(zhì)量要比一般的國(guó)產(chǎn)軟軸強(qiáng)很多，但是價(jià)格也比國(guó)產(chǎn)軟軸高出許多倍。只要布置合理，一般的軟軸都是可以滿足使用要求的。筆者最近處理的一批換擋沉重的專用車，就是由于支架固定處與軟軸匹配不合理造成選換擋卡滯，最終導(dǎo)致軟軸內(nèi)部斷裂的情況。如圖9、圖10所示。

1.5 取力器管路裝置

1.5.1 軸承損壞和油封漏油

1)取力器的轉(zhuǎn)速非常高，采用的又是飛濺潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑不均勻必然會(huì)加重摩擦生熱。在潤(rùn)滑和散熱不良的雙重因素作用下，使取力器高溫，軸承與油封損壞。2)取力器進(jìn)灰。進(jìn)灰使?jié)櫥妥冑|(zhì)、潤(rùn)滑不良，加重摩擦生熱，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)加速取力器各部件的損壞。

1.5.2 連接齒輪損壞

我公司目前開發(fā)的城市垃圾車匹配的都是法士特和東風(fēng)變速箱，由氣動(dòng)電磁閥控制取力器掛擋，設(shè)計(jì)中要注意不要因氣路漏氣或電磁閥故障造成取力器掛擋不到位，導(dǎo)致取力器打齒，齒輪異常磨損或失效。

1.5.3 輸出軸傾斜角度

輸出軸連接部件變形是反復(fù)的掛擋沖擊造成的，我公司開發(fā)垃圾車取力器有兩種，分別是花鍵式和傳動(dòng)軸式，其中傳動(dòng)軸式連接需要注意傳動(dòng)軸匹配角度不宜過(guò)大，一般情況下小于6o。

1.5.4 防掛不上檔

1)氣壓不足。氣壓低于工作壓力，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意電磁氣閥前、后氣管走向平順且供氣筒壓力高于工作氣壓。2）控制系統(tǒng)故障。當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪嚙合不良、撥叉與推桿連接螺栓松動(dòng)時(shí)，取力器會(huì)出現(xiàn)異常聲響。同時(shí)注意潤(rùn)滑油加注情況，一般情況下取力器加注潤(rùn)滑油與變速器一體在變速器上頂蓋加注（少數(shù)情況需要單獨(dú)加注）。

2、評(píng)價(jià)

垃圾車變速器選換擋操縱過(guò)程是否平順、換擋是否精準(zhǔn)、取力器工作是否可靠，不僅影響垃圾車的使用性能，同時(shí)也關(guān)系到行車安全。目前對(duì)上述三項(xiàng)操作尚無(wú)定量，因此推薦檢測(cè)人員和有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員對(duì)變速器安裝在整車上的各項(xiàng)操作性能進(jìn)行儀器測(cè)量和主觀感受評(píng)價(jià)，來(lái)模擬客戶的需求，直到“客戶”滿意為止。具體評(píng)價(jià)可參照表2我公司開發(fā)的

垃圾車選換擋測(cè)量數(shù)據(jù)和表3主觀評(píng)價(jià)項(xiàng)。

表2 垃圾車選換擋力及行程測(cè)量值

表3 主觀評(píng)價(jià)項(xiàng)

3、結(jié)論

正常掛檔、行駛、取力是垃圾車的基本功能，而能保證舒適順暢的掛檔，柔和平穩(wěn)的起步等對(duì)駕駛者的影響很大。從企業(yè)發(fā)展專用車的角度來(lái)看，對(duì)垃圾車的變速器匹配需要從多角度考慮，對(duì)評(píng)價(jià)不高的垃圾車進(jìn)行優(yōu)化。

文章對(duì)垃圾車匹配變速器設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，明確了設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素，并指出了各個(gè)要素應(yīng)該予以重視的關(guān)鍵點(diǎn)。主觀評(píng)價(jià)接近使用客戶感受，是“服務(wù)銷車”最切實(shí)有效的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。

[1] 劉惟信。汽車設(shè)計(jì)[M]。清華大學(xué)出版社，2001.

[2] 陳榮林。機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)[M]。北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1995.

[3] 藏杰、閻巖。汽車構(gòu)造[M]。機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

The impact of urban sanitation trucks matching transmission analysis

Zhang Xiang
（Anhui Jiang Huai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

City garbage truck called sanitation trucks, is the difference between a carand the car is modified with part has a special function, can accomplish some specialtransportation and operation function. The speed control is light, PTO work is reliable,the driver is very sensitive to this, good design of the system is very important to thecity environmental sanitation vehicle. Analysis from the 5 aspects of the clutch, clutch,transmission line, transmission and power take-off line analysis of city sanitation truckgearbox of the match situation, and put forward the improvement method in view ofvarious factors, the quality evaluation of control performance and feasible. In the design process, these 5 aspects are the key elements one by one investigationgearbox of the match, and the subjective evaluation of repeated and gradually optimized, can achieve good effect.

automobile; shift; clutch; clutch line; transmission; variable speed control; pipelinePTO

U463.2

A

1671-7988(2014)12-41-05

張翔，助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司商用車研究院，從事離合器、變速箱及選換擋操縱布置等工作。