高建敏，馬凱凱，陳文仁，王曉亮

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119）

主副箱結(jié)構(gòu)的變速箱在進(jìn)行高、低擋切換過程中，氣閥（單H氣閥、雙H氣閥等）的正常開啟與關(guān)閉，直接決定了換擋是否能夠順利完成[1]。若氣閥偶爾出現(xiàn)閥芯卡滯或者回位緩慢，駕駛員無法發(fā)現(xiàn)該問題，其繼續(xù)完成換擋，此時閥芯再回位的話，副箱同步器因“主箱已經(jīng)掛擋并傳遞發(fā)動機(jī)扭矩”將無法實現(xiàn)同步，持續(xù)摩擦將導(dǎo)致摩擦材料脫落，最終導(dǎo)致高低擋轉(zhuǎn)換異響和副箱同步器的損壞（近似于搶擋操作）[2]。因此，單H氣閥、雙H氣閥是變速箱副箱換擋氣路中十分重要的組成部分，針對其卡滯檢測要求，設(shè)計了變速箱用氣閥卡滯檢測試驗臺架[3]。

而現(xiàn)有技術(shù)對氣閥的檢測主要是對其耐久性壽命的考察，無法對其過程量進(jìn)行檢測，尤其是上述偶爾卡滯情況，這樣造成臺架結(jié)果與實際氣閥應(yīng)用工況有差別，無法對實際情況進(jìn)行評估[4]。另一方面若通過在做變速器整箱壽命試驗來考察包括氣閥在內(nèi)的整個變速器系統(tǒng)是否存在問題，則存在變量過多，無法聚焦的問題。因此，該氣閥卡滯試驗臺的設(shè)置是非常必要的。

基于以上技術(shù)缺陷，該試驗臺架可檢測到氣閥偶爾出現(xiàn)的卡滯并記錄相關(guān)的參數(shù)，所得到的數(shù)據(jù)可以用于評判氣閥的性能和氣閥出現(xiàn)卡滯的幾率，對于優(yōu)化整個高、低擋換擋氣動系統(tǒng)有很好的幫助[5]，從而對于設(shè)計工作者新開發(fā)的氣閥或者改進(jìn)的氣閥提供數(shù)據(jù)支持，對于改進(jìn)后的效果也能很好地評判。要求氣閥卡滯檢測試驗臺在氣閥進(jìn)行耐久性壽命試驗的同時，可同時檢測到氣閥偶爾出現(xiàn)的卡滯并記錄相關(guān)的參數(shù)。副箱氣缸會采用單H氣閥或雙H氣閥換擋，因此，要求試驗臺可對單 H和雙 H兩種氣閥進(jìn)行氣閥卡滯檢測。雙H氣閥換擋時，需要操縱裝置對其桿頂給一個力推動閥芯，選擇高低擋，不同操縱機(jī)構(gòu)掛擋行程不同，所產(chǎn)生的力也不同，因此，要求對操縱機(jī)構(gòu)掛擋進(jìn)行模擬[6]。此外，試驗臺應(yīng)能測試不同環(huán)境溫度下氣路控制閥的功能。

1 氣閥卡滯檢測試驗臺架總體設(shè)計

要求氣閥卡滯檢測試驗臺在氣閥進(jìn)行耐久性壽命試驗時，可同時檢測到氣閥偶爾出現(xiàn)的卡滯并記錄相關(guān)的參數(shù)。副箱氣缸會采用單H氣閥或雙H氣閥換擋，因此，要求試驗臺可對單H和雙H兩種氣閥進(jìn)行氣閥卡滯檢測。雙H氣閥換擋時，需要操縱裝置對其桿頂給一個力推動閥芯，選擇高低擋，不同操縱機(jī)構(gòu)掛擋行程不同，所產(chǎn)生的力也不同，因此，要求對操縱機(jī)構(gòu)掛擋進(jìn)行模擬[7]。此外，試驗臺應(yīng)能測試不同環(huán)境溫度下氣路控制閥的功能。

氣閥卡滯檢測試驗臺結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，試驗臺主要包括控制器1、氣路控制柜2和氣閥卡滯試驗臺架三部分。

圖1 氣閥卡滯試驗臺結(jié)構(gòu)簡圖

控制器1通過氣路控制柜2對試驗臺架上的動作進(jìn)行控制，并收集、記錄臺架上反饋的相關(guān)信息，反過來再控制試驗臺架上的動作，形成閉環(huán)控制。試驗臺架包括單H閥檢測系統(tǒng)和雙H閥檢測系統(tǒng)兩部分，控制器通過控制主氣路控制電磁閥，控制系統(tǒng)進(jìn)行單H閥檢測還是雙H閥檢測。當(dāng)主氣路控制電磁閥控制單H閥控制電磁閥及單H氣閥（待檢測實驗件）開啟時，試驗臺進(jìn)行單H閥檢測，單H閥控制電磁閥4為單H閥提供在掛擋過程中所需不同的氣壓。當(dāng)主氣路控制電磁閥控制雙H閥（待檢測實驗件）及氣缸換向電磁閥14開啟時，試驗臺進(jìn)行雙 H閥檢測，控制器 15與氣路控制柜部分連接及試驗臺架的氣缸換向電磁閥 14連接，通過人機(jī)交互以及控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）總線通信，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較和計算，按照事先設(shè)定好的位移與力的參數(shù)，把反饋信號分別傳輸給氣路控制柜中的主氣路控制電磁閥 3、單 H閥控制電磁閥4及試驗臺架上的氣缸換向電磁閥14，通過控制氣缸換向電磁閥 14，來控制換擋氣缸 16的力與位移，這樣就滿足了操作人員對操縱裝置進(jìn)行檢測和調(diào)整。試驗臺通過不同的連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計，可以與多個不同掛擋行程操縱裝置要求的單H氣閥和雙H氣閥聯(lián)接，同時完成各種單H氣閥和雙H氣閥測試的試驗。

2 氣閥卡滯檢測試驗臺的構(gòu)成及其工作原理

為實現(xiàn)氣閥卡滯試驗臺的各項試驗和檢測功能，設(shè)計氣閥卡滯檢系統(tǒng)試驗臺（如圖1所示），試驗臺主要包括雙H閥檢測系統(tǒng)和單H閥檢測系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)，裝配時可以模塊化安裝，方便維修和零部件的更換。

2.1 單H閥檢測系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由單 H閥（待檢測實驗件）8及副箱換擋氣缸9組成。單H閥（待檢測實驗件）驅(qū)動副箱換擋氣缸9，提供氣壓動力，其中配備了氣壓檢測傳感器5、6、7可以實時檢測單H閥進(jìn)氣口及出氣口的氣壓及變化時間，并把壓力數(shù)據(jù)傳遞給控制器。系統(tǒng)中單 H閥的工作原理如圖2所示，實驗室氣源通過主氣路控制電磁閥3向單H閥進(jìn)氣口提供試驗需求的氣壓，當(dāng)工控機(jī)通過控制口C使得進(jìn)氣口和出氣口21接通時，則低擋氣管接通，控制副箱氣缸進(jìn)行低擋換擋。相似地，工控機(jī)控制進(jìn)氣口和出氣口22接通，則為高擋換擋。在此過程中分別接在出氣口21、22以及控制口C的氣壓傳感器5、6和7實時檢測到氣壓值，并把壓力值及其變化時間傳遞給控制器15，通過對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較和計算，對比設(shè)定的高低擋換擋氣壓值以及高低擋換擋時間，判斷氣閥是否卡滯，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)氣閥卡滯試驗臺單H閥的檢測。

圖2 單H閥檢測氣路

2.2 雙H閥檢測系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由雙H閥（待檢測實驗件）10、副箱換擋氣缸16、變速箱雙H操縱裝置11及換擋氣缸16組成。系統(tǒng)中雙H閥的工作原理如圖3所示，換擋氣缸16通過傳動桿系12為變速箱雙H操縱裝置 11提供換擋力，變速箱雙 H操縱裝置11通過雙H頂桿位置來控制雙H閥（待檢測實驗件）10的閥芯位置，雙H閥（待檢測實驗件）驅(qū)動副箱換擋氣缸9，提供氣壓動力。其中配備了氣壓檢測傳感器5、6、7可以實時檢測雙H閥高擋氣管和低擋氣管的壓力值及其變化時間，所得到的數(shù)據(jù)可以用于評判氣閥的性能和氣閥出現(xiàn)卡滯的概率，實現(xiàn)氣閥卡滯試驗臺雙H閥的檢測。

圖3 雙H閥檢測氣路

該系統(tǒng)采用了帶限位的換擋氣缸16來滿足不同掛擋行程操縱裝置力的模擬。如圖1所示，氣缸換向電磁閥14的開啟和關(guān)閉通過主氣路控制電磁閥3的通斷電進(jìn)行控制，通過控制器1對其傳遞信號，控制氣缸換向電磁閥14的換向和開口的變化，從而控制換擋氣缸（帶限位）14的運動方向和速度。根據(jù)電比例換向閥的特點，它能按照電氣信號連續(xù)的、按比例對氣缸的壓力、流量或方向，從而能夠?qū)崿F(xiàn)換擋氣缸（帶限位）達(dá)到要求的位移和推力。氣缸換向電磁閥14的兩端安裝有氣缸位置傳感器 13、15，能實時檢測電磁閥芯運動的距離，從而檢測電比例換向閥14換向距離，這些檢測到的數(shù)據(jù)又傳輸給控制器15，控制器15完成數(shù)據(jù)的分析比較和計算，再反過來把所產(chǎn)生的指令繼續(xù)發(fā)給電磁閥芯，從而更精確地控制電磁閥芯，完成閉環(huán)控制。這樣就模擬了操縱裝置在掛擋過程中掛擋力的變化，從而控制雙H閥（待檢測實驗件）10的頂桿位置。

試驗臺的氣路控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別集成在氣路控制柜內(nèi)及試驗臺架上，功能分開，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，降低了整個系統(tǒng)的初始成本，同時維修方便。

3 特殊工況及延伸使用

對于壽命試驗要求，根據(jù)氣閥不同的工況，還必須做高、低溫試驗[8]，希望即使在極熱、極寒等惡劣的天氣中，氣閥也能滿足功能性的要求，并且達(dá)到一定的壽命要求，這就需要將被測氣閥放置在溫控箱中。通過連接的快換接頭，安裝簡單方便。

如果試驗室的空間條件允許，我們也希望試驗臺架可以同時并聯(lián)安裝多套副箱換擋氣缸，雙H操縱裝置及換擋氣缸（帶限位），只需分別控制換擋氣缸換向電磁閥。這樣一套試驗臺架可以同時做多個單H閥、雙H閥氣閥卡滯試驗，同時不會相互干涉。對于這種試驗室空間條件允許的情況，只需選擇合適的實驗室氣源，并配備合適數(shù)量的電磁閥。

4 結(jié)論

本文所述變速器氣閥卡滯試驗臺架在進(jìn)行氣閥耐久性壽命試驗同時，可及時檢測到氣閥偶爾出現(xiàn)的卡滯并記錄相關(guān)的參數(shù)，多方位的對氣閥進(jìn)行考察，更適用于對變速器用氣閥的檢測。對于優(yōu)化整個高、低擋換擋氣動系統(tǒng)有很好的幫助，從而對于設(shè)計工作者新開發(fā)的氣閥或者改進(jìn)的氣閥提供數(shù)據(jù)支持，對于改進(jìn)后的效果也能很好地評判。另根據(jù)不同工況需求還可對該臺架進(jìn)行拓展，從而更好地實現(xiàn)對變速器用氣閥的更科學(xué)的考察，有效地節(jié)約試驗資源及時間。