贾永琦，宋媛媛

（陕西法士特齿轮有限责任公司设计所，陕西 西安 710119）

前言

重型变速器由主变速器及副变速器构成，主变速器为手操纵，实现主变速箱的选、换挡功能；副变速器为气操纵，实现副变速箱的高、低挡切换；由于这种结构的产品稳定性高、经济性好，因而被越来越多的重型变速器广泛使用。

在主、副变速器结构的变速器中，副变速器依靠气路系统，完成高、低挡位的切换，增加了整个变速器的挡位数，扩大了传动比范围，使整车的经济性和行驶平顺性均有显著提升；操作简便，结构简单，降低驾驶员操作疲劳感的同时也由于其平易近人的经济成本为自己赢得了越来越多的客户。因此气路系统作为副变速器切换的执行机构，其在变速器工作中起着至关重要的作用，甚至直接决定了变速器在整车上整体的性能表现。

图1 变速箱气路图

1 变速器气路系统原理介绍

副变速器依靠换挡气阀来完成高、低挡位的切换。气路工作原理简述如下：整车通过干燥罐提供给变速器气路系统的干燥压缩空气，经变速器调压阀调压至适宜于换挡气阀工作的气压范围，直接供给换挡气阀，由换挡气阀的切换控制换挡气缸的动作。调压阀的作用是将整车提供的高压压缩空气调节至变速器气阀的工作气压范围；换挡气阀的作用是改变气路的路径，当切换换挡气阀时，气路路径的变化使换挡气缸在压缩空气的作用下，带动副变速器中的同步器在高、低挡位置来回转换，进而副变速器完成高、低挡位之间的切换。

图2 换档气阀

换挡气阀是一种两位五通气路换向阀，通过压缩及释放顶杆改变气阀内部阀芯的位置，使进气口分别与不同出气口连通，完成对气路路径的转换。当副变速器为低挡位置时，换挡气阀顶杆处于自由伸出状态，压缩空气由进气口 1（与出口4相通）进入换挡气缸的低挡腔，高挡腔的余气经出气口2（与排气口3相通）排向大气。当变速器为高挡位置时，换挡气阀顶杆被下压缩，压缩空气由进气口1（与出口2相通）进入换挡气缸的高挡腔，低挡腔的余气经出气口 4（与排气口5相通）排向大气。

由上可见，换挡气阀在副变速器气路系统中扮演着核心零部件的角色，其产品可靠性会对变速箱甚至整车产生什么样的影响呢？

2 换挡气阀的故障模式及其影响分析

在变速器的日常使用中，换挡气阀主要有以下故障：卡滞、排气口漏气，下面就这两种故障的判定及故障带来的影响进行简要分析。

2.1 换挡气阀卡滞故障分析

换挡气阀卡滞判定方法：停车后，驾驶员通过换挡杆操纵副变速器进行高、低挡切换，如发现换挡气阀不排气即3/5排气口不交替排气，或换挡气阀排气滞后，那么该换挡气阀失效。

换挡气阀不排气一般是由于换挡气阀内部发卡导致，需更换换挡气阀。出现这种情况时，副变速器将失去高、低挡切换的功能，但却不会对变速器自身造成较大的损害。

换挡气阀排气滞后这种现象一般是由于换挡气阀复位慢导致，这种情况下，换挡气阀虽能完成转换，但对变速器造成的影响却是不可逆的：

1）当换挡气阀回位慢时，换挡气阀内部气路不能迅速切换，此时由于不能迅速建立换挡气缸切换所需的工作气压，导致换挡气缸推动同步器运动的力减小，同步器同步时间增长，加快了同步器摩擦材料的损耗，最终导致同步器早期故障。

2）换挡气阀回位慢，驾驶员未及时发现。当驾驶员通过操纵杆完成副变速器高、低挡位的切换时，按正常换挡频率对主变速器进行换挡操作，由于换挡气阀回位缓慢，副变速器不能及时切换，而主变速器已挂挡，此时整车车速将迅速降低，如这时换挡气阀开始回位、副变速器的切换意味着主箱在挡位的状态下副箱强行换挡，会导致副箱同步器打齿等故障，严重时可能导致变速器整体损坏。

2.2 换挡气阀漏气故障分析

换挡气阀排气口漏气：漏气对于密封产品来说是常见现象，但如何找准漏气原因并对症下药却是个难题。在对变速器气路系统进行故障排查时，首先需排查漏气起因是否为换挡气缸内部O型圈密封失效，因为换挡气缸内部密封失效会直接引起换挡气阀排气口不正常排气，此种故障可将换向气阀和换向气缸分离，分别检测其密封性，确定漏气点；如换挡气缸密封性良好，则判定为换挡气阀漏气。

换挡气阀排气口漏气是由于气阀内部密封失效，进气口和排气口连通导致，这种情况将造成以下影响：

1）正常情况下，变速器气路系统的工作气压为0.41 Mpa～0.44Mpa或0.67 Mpa ～0.71 Mpa两种压力范围，由于换挡气阀排气口严重漏气，气路系统工作气压不达标，进入换挡气缸的气压偏低，导致换挡气缸推动同步器运动的力减小，同步器同步时间增长，加快了同步器摩擦材料的消耗，最终导致同步器故障。

2）车辆如长时间处于静止状态，换挡气阀排气口漏气将导致储气罐中压缩空气全部泄漏，当车辆再次启动时，由于整车气压不足，无法起步。

3）车辆在行驶过程中，换挡气阀排气口严重漏气将使整车空气压缩机持续工作，造成不必要的能耗；同时严重漏气也会导致刹车系统工作异常，危害驾驶员安全。

3 总结

综上，换挡气阀在变速器产品中起着至关重要的作用，其产品质量的可靠性、稳定性对变速器、整车均有较大的影响。为了便于用户及服务人员快速、准确的对气路系统故障进行判定，现将换向气阀的故障形式及检测要点总结如下表1所示：

表1