（一）变速器的功用及要求

1.变速器的功用

变速器是汽车及工程机械传动系中非常重要的变速变矩装置，它使发动机特性在复杂的使用条件下适应机械车辆对牵引力及速度的变化要求，保证工程机械或汽车具备良好的动力性和经济性。换言之，变速器可以充分扩大动力装置传到驱动车轮上之转矩与转速的变化范围，并使工程机械或汽车实现倒车；另外还能暂时切断发动机与传动系的联系，使发动机处于空转的怠速状态。综上所述，变速器的功用可以概括如下：①随工程机械或汽车行驶条件的变化，在一定范围内改变其行驶速度和牵引力，以广泛适应行驶和作业的需要。②在发动机输出轴旋向不变的前提下，能使机械车辆前进或倒退。③在发动机运转的前提下，变速器置于空挡时，能使机械车辆长时间停车或滑行。必要时可从变速器分动箱输出动力以驱动其他装置。

2.对变速器的基本要求

为保证上述功能的实现，工程机械变速器必须满足下列基本要求：①具备足够的挡位及合适的传动比，以便机械车辆能在合适的牵引力和速度下工作确保良好的牵引性及经济性。②换挡轻便，不允许同时挂上两个挡或自动脱挡。③工作可靠，寿命长，效率高，结构简单，制造维修方便。④对于动力换挡变速器，换挡离合器应结合平稳。

（二）变速器的分类

1.按照变速器传动比变化规律不同分为无级变速器和有级变速器

（1）无级变速器

无级变速器能使其传动比在一定范围内根据外界阻力变化而自动连续变化的变速器，称为无级变速器。

（2）有级变速器

有级变速器具有若干定值传动比的变速器，称为有级变速器。

2.按变速器操纵形式不同分为手动变速器和半自动变速器及全自动变速器

（1）手动变速器

这种变速器要靠驾驶人根据车速及阻力的变化进行手动操作，即靠驾驶人手控变速杆来实现不同的齿轮组合方案，从而获得不同的传动比。其特点是结构简单、工作可靠、传动效率高，但操纵性能较差，换挡时必须配合操作以分离主离合器。根据齿轮啮合形式不同，手动变速器又可分为滑动齿轮啮合式、啮合套啮合式和同步器啮合式等。滑动齿轮啮合式换挡较困难，且容易引起冲击和噪声。啮合套啮合式因啮合套直径小，圆周速度低，换挡时冲击和噪声较小。同步器啮合式可使啮合套与被啮合的齿轮转速接近一致，换挡时不易产生冲击，噪声小，操纵平顺轻便。

（2）半自动变速器

这种变速器由换挡离合器、齿轮传动装置及操纵控制系统三部分组成。换挡离合器在机械起步或换挡时切断或接合发动机的后传动力，齿轮传动装置以不同的齿轮的组合实现不同的传动比，操纵控制系统操作控制以实现不同的挡位。半自动变速器是在手动变速器基础上向全自动变速器方向发展的一种过渡型变速器。它的相继出现，为全自动变速器的研制应用打下了基础。如果行驶作业中离合器操作和换挡操作两者之一实现了自动化，则该变速器就属半自动变速器；两者全都实现了自动化，则称为全自动变速器。半自动变速器分类如下：液力式半自动变速器指将手动变速器与液力变矩器组合而成的半自动变速器。自动离合器式半自动变速器是指将手动变速器的离合器操作实现了自动化的变速器。选择式半自动变速器是指将高性能而本身又具自动变速能力的液力变矩器与齿轮变速器、换挡离合器相组合而成的半自动变速器。它不同于自动离合器式半自动变速器，也区别于能根据外部条件自动进行必要换挡操作的全自动变速器。半自动变速器开始于离合器的自动化，经过不断改进和完善，现已发展成为离合器与高性能变矩器相组合的方式。ZL50、TL180采用的动力换挡变速器属于选择式的半自动变速器。

（3）全自动变速器

这种变速器是指机械车辆在行驶或作业中离合器的操作和换挡操作均实现了自动化的变速器。自动变速器按起步离合器分真空式、机械式、液力式；按控制方式分机械式、液力式、电控式、真空式，比较实用的自动变速器有机械式、电磁式、液力式等。但目前汽车和工程机械上所采用的都是液力式全自动变速器，而机械式则大部分用在摩托车上。随着微电脑在机械车辆上的广泛采用，全电脑控制自动变速器将会日趋完善和普及。

3.按照变速器组成轮系的空间运动形式不同，可分定轴轮系和周转轮系变速器

（1）定轴轮系变速器

此类变速器的显著特点是所有组成齿轮都有自身固定不动的回转轴线。这种变速器又称为定轴式变速器，其特点结构简单、工作可靠、制造加工容易、维护方便，可用人力换挡，也可用动力换挡。

（2）周转轮系变速器

此类变速器中有些齿轮在空间有两个运动：一是围绕自身轴线的自传，另一个是围绕公共轴线的公转。它们的运动就像太阳系中围绕太阳运动的行星，因此这样的齿轮叫行星齿轮，这样的变速器叫行星齿轮变速器。行星齿轮变速器结构紧凑，但与定轴式变速器相比，结构比较复杂，且只能通过动力换挡这一种操纵方式进行操纵。定轴式变速器和行星齿轮变速器各有千秋，在工程机械上都得到了广泛运用。

（三）变速器的基本组成与原理

1.定轴式变速器的基本原理

（1）定轴式变速器

这种变速器主要由传动机构和操纵机构组成。传动机构通过若干付大小不同的齿轮的啮合，把主动轴输入的动力经从动轴输出。操纵机构操纵不同齿轮副的啮合和分离，使机械获得不同的速度、转矩和行驶方向。

（2）定轴变速器

这种变速器传动机构的基本原理如下。

1）速度及转矩变换原理。尽管工程机械或汽车变速器结构较复杂，且形式不一，但其齿轮传动原理基本相同。定轴传动机构一般采用外啮合齿轮传动，主动齿轮的各个轮齿依次地拨动从动齿轮各对应齿。如果一对“以小带大”的单级齿轮实现的降速增扭程度不够，那么可以通过多级“以小带大”齿轮组合来实现。多级齿轮组成的传动轮系，传动比是指该轮系中第一级传动的主动齿轮的转速与最末一级传动的从动齿轮的转速之比，称为该轮系的总传动比。总传动比等于组成该轮系的各对啮合齿轮之传动比的连乘积，其大小又等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。

图2-152 齿轮变速及换向原理

2）前进或倒退的方向变换原理。外齿啮合的齿轮传动，两轮的旋转方向相反（图2-152a）。若前进挡为两齿轮啮合，倒退挡则应增加中间传动齿轮（图2-152b），使从动轴转动方向与前进挡时相反。如图2-152c所示的内啮合齿轮传动两轮的转动方向相同。内啮合齿轮传动，既可用于定轴式齿轮传动，也可用于行星齿轮传动，但在定轴轮系变速器中应用很少，一般都用于行星齿轮传动。作为定轴轮系中的减速增扭的装置，内啮合齿轮在液压挖掘机等回转机构中广泛应用。关于内啮合齿轮传动在变速器上的应用将着重在后面的行星齿轮变速器中讨论。

（3）定轴变速器操纵机构基本原理

变速操纵机构通常由换挡机构和锁定机构两大部分所组成。其功用是保证操纵者根据需要随时挂入某一挡位，并自动地稳定在该挡位，或随时退出某一挡位而自动稳定在空挡。

1）换挡机构的结构原理。工程机械用多挡变速器比较复杂，但其换挡操纵原理基本相同。用一根变速杆控制三根拨叉轴以实现3组共6个挡位的原理如图2-153所示。

图2-153 换挡机构的结构原理

1挡、倒挡的实现：将变速杆向右扳至其下端球头进入左边的拨叉缺口里后，再前后推拉变速杆，可实现另外2个挡位（设为1挡、倒挡）。

2挡、3挡的实现：变速杆在正中位置时，其下端球头卡在中间拨叉轴（设为2、3挡）的拨叉缺口里，变速杆向前推，可实现一个挡位（2挡）；向后拉，可实现另1挡位（3挡）；变速杆回到2、3挡正中间，则为空挡。

4挡、5挡的实现：将变速杆先向左扳至其下端球头进入右边的拨叉缺口里后，再前后推拉变速杆，又可实现2个挡位（设为4、5挡）。换挡机构有单杆操纵与两杆操纵两种类型。前者主要用在两轴式和平面三轴式变速器中，后者主要用在空间三轴式与组合式变速器中。采用两杆操纵结构时，其中一根杆操纵进退挡或高低挡，另一根杆操纵换挡滑动齿轮。变速杆多采用球支座结构，也有采用十字铰销结构的。

图2-154 钢球式自锁机构

2）锁止机构的结构原理。对变速器操纵机构的要求基本上都由锁止装置来实现。锁止装置包括自锁机构、互锁机构、联锁机构。有些变速器操纵机构还装有防止误换到最高挡或倒挡的保险装置。

自锁机构用来保证变速器内各齿轮处于正确的工作位置，使工作齿轮以全部齿长啮合且不会自动脱挡，如图2-154所示。

互锁机构用来防止同时拨动两根滑杆，从而避免同时换上两个挡位。常用的有弹簧锁销锁球式、框板式和摆架式或摆动锁块式，另外还有转动钳口式等。如图2-155所示为弹簧锁销式自锁互锁机构，在BJ2020等汽车上采用。弹簧锁销锁球式自锁互锁机构基本结构型式如图2-156所示。框板式自锁互锁机构（图2-157）中有块“王”字形导槽的铁板，每条导槽对准着一根滑杆，由于变速杆下端只能在导槽中移动，保证了不会同时拨动两根滑杆，从而避免同时换上两个挡。

图2-155 弹簧锁销式自锁互锁机构

图2-156 弹簧锁销锁球式自锁互锁机构

为了防止误挂倒挡，在变速器中设有倒挡锁，以对挂入倒挡进行警示。常见有弹簧锁销式倒挡锁、锁片式倒挡锁、扭簧式倒挡锁等几种形式。弹簧锁销式倒挡锁的基本结构型式如图2-158所示，图2-159所示为东风EQ1090E型汽车变速器弹簧锁销式倒挡锁。有的变速器上采用了倒挡警报的装置（如解放系列载重汽车）。

图2-157 框板式互锁机构

图2-158 弹簧锁销式倒挡锁

2.行星齿轮变速器的基本原理

（1）基本组成

行星齿轮变速器也是由变速传动机构和操纵机构两大部分组成。操纵机构主要通过控制液压系统进行动力换挡，其传动杆件及锁止原理与上述变速器有许多相同之处。

（2）变速传动机构的原理

行星齿轮式变速器虽然复杂，但都可以分解为多个单排行星齿轮机构，即再复杂的行星齿轮式变速器，都是由若干单排行星齿轮机构所构成。

1）单排行星齿轮机构的组成单行星排由太阳轮、齿圈、行星架和行星齿轮组成，如图2-160所示。

图2-159 EQ1090E型汽车变速器弹簧锁销式倒挡锁

2）单排行星齿轮机构的6种传动方案。图2-161所示为单排行星齿轮机构的结构简图。行星齿轮机构传动比的计算，可根据相对运动原理把属于周转轮系的行星齿轮机构转化为定轴轮系来进行计算。行星齿轮机构3个基本构件，均可根据传动要求，将其中任意一个构件固定，使另外两个构件分别与传动系中的主动部件或从动部件连接；根据不同的选择可得到6个不同传动比的传动方案（图2-162）。若传动比为i，则可推出6种方案下的i值。

①齿圈固定：太阳轮为主动件，行星架为从动件。两者旋转方向一致，如图2-162a所示。此时因齿圈固定，所以n₂=0，传动比i=1+K（K为齿圈齿数与太阳轮齿数的比值）。

图2-160 单排行星齿轮机构的组成

图2-161 单排行星齿轮机构的组成简图

②齿圈固定：行星架为主动件，太阳轮为从动件。两者旋转方向一致，如图2-162d所示。此时齿圈固定，所以n₂=0，i=1/（1+K）。

③太阳轮固定：齿圈为主动件，行星架为从动件，两者旋转方向一致，如图2-162c所示。此时因太阳轮固定，故n₁=0，i=（1+K）/K。

④太阳轮固定：行星架为主动件，齿圈为从动件。两者旋转方向一致，如图2-168f所示。此时太阳轮固定，故n₁=0，i=K/（1+K）。

⑤行星架固定：太阳轮为主动件，齿圈为从动件。两者旋转方向相反，如图2-168b所示。此时因行星架固定，故n₃=0，i=-K。

⑥行星架固定：齿圈为主动件，大阳轮为从动件；两者旋转方向相反，如图2-168e所示。此时因行星架固定，故n₃=0，i=-1/K。

图2-162 单排行星齿轮机构的传动方案

在行星齿轮机构中，若任何两个构件连成一体转动，则第三个构件转速必然与前两个构件转速相等，即行星齿轮机构中所有构件之间都没有相对运动，从而形成直接挡传动。即i=1。如果所有构件都自由转动，则行星齿轮机构完全失去传动的作用。工程机械所用行星齿转变速器一般都是由两个以上单排行星齿轮机构组成的，其传动比可根据单排行星齿轮机构传动比的计算方法推导出来。

（四）滑动齿轮人力换挡变速器

1.滑动齿轮变速器的主要特征

1）挡位变换是通过齿轮轴上的齿轮沿轴线滑动到不同的特定位置来实现的。

2）齿轮的滑动是驾驶人施加在变速杆上的外力直接拨动的，故称人力换挡。

3）滑动齿轮变速器适合低速行驶和停车换挡的机械，因而在中小型履带推土机上得到了广泛采用，其典型结构为空间三轴式，即其输入轴、中间轴和输出轴在空间呈三角形布置。在输入轴与输出轴之间装有换向惰轮，从而可获得多个倒退挡。

4）在老式汽车上曾得到广泛应用，但其特点是行进换挡时必须采用“两脚离合器”，这使得操纵麻烦费力且需熟练技巧，故在现代汽车上已被操纵性能优越的其他类型变速器（如同步器式）所取代。

2.TY120A型推土机滑动齿轮变速器 该变速器是滑动齿轮机械换挡式变速器，主要由传动机构和操纵机构组成，共设5个前进挡、4个倒退挡。

（1）传动机构

图2-163 TY120A型推土机滑动齿轮人力换挡变速器

1—轴承壳 2、16、23—滚珠轴承 3—前进主动齿轮 4—倒退主动齿轮 5—油尺 6—五挡主动齿轮 7—油泵齿轮 8—油泵驱动齿轮 9、20—滚柱轴承 10—从动轴 11—一挡齿轮 12—二挡齿轮 13—放油塞 14—壳体 15—换向齿轮 17—中间轴 18—惰轮 19—惰轮轴 21—主动轴 22—调整垫 24—四挡从动齿轮 25—三挡从动齿轮 26—二挡从动齿轮 27—五挡从动齿轮 28—一挡从动齿轮 29—三挡主动齿轮 30—四挡主动齿轮

传动机构主要包括主动轴21、从动轴10、中间轴17、齿轮和轴承等（图2-163）。变速器的润滑是依靠齿轮工作时将润滑油飞溅到各处，无需另加装置。传动装置各齿轮副的啮合由变速杆和进退杆控制。倒退时没有五速，因五挡主动齿轮不受进退齿轮的控制。但在使用五速时，进退齿轮必须与传动齿轮啮合，使中间轴旋转，把润滑油激溅到变速器上部，供齿轮和轴承润滑。各挡传动路线如图2-164所示。挂前进挡时，进退杆置于前进挡位置，变速杆挂上一挡时，进退齿轮与惰性齿轮啮合，中间轴上一挡主动齿轮与从动轴上一挡从动齿轮啮合。动力则通过主动轴→前进主动齿轮→惰性齿轮→换向齿轮→中间轴→一挡主动齿轮→一挡从动齿轮→从动轴→主传动装置。选择不同的挡位主动齿轮与从动齿轮啮合，可分别获得前进二、三、四挡。前进五挡的传动路线较为特殊，直接拨动主动轴上的五挡主动齿轮，使其与从动轴上的与五挡从动齿轮啮合，动力由主动轴→五挡主动齿轮→五挡从动齿轮→从动轴→主传动装置。挂倒退挡时，进退杆置于倒退挡位置，变速杆挂上一挡时，进退齿轮与换向齿轮啮合，中间轴上一挡主动齿轮与从动轴上一挡从动齿轮啮合。动力则通过主动轴→前进主动齿轮→换向齿轮→中间轴→一挡主动齿轮→一挡从动齿轮→从动轴→主传动装置。选择不同的挡位主动齿轮与从动齿轮啮合，可分别获得倒退二、三、四挡。

图2-164 TY120A型推土机变速器各挡的齿轮位置及传动情况

图2-165 操纵机构的构造

（2）操纵机构

操纵机构装在变速器的右侧，主要用来拨动变速器内滑动齿轮，使之与其相应的齿轮啮合或分离，从而使推土机获得不同的速度、牵引力和行驶方向。操纵机构主要由换挡装置、互锁装置和五挡限制销等组成，如图2-165所示。

1）换挡装置包括变速杆、进退杆、拨叉和拨叉轴等。变速杆以球形部支承在壳体上部的球形座上。球形座上有一凹槽，球形部上的横轴销置于槽中，使变速杆不得转动。球形座下面的弹簧座孔中装有弹簧，正常情况下，弹簧有一定的预紧力，以保持变速杆处于中立位置。三-四挡和进-退挡的拨叉轴上各制有3个V形槽，用以将三-四挡拨叉轴分别定位于三挡、四挡和空挡中的任一位置及将进-退挡拨叉轴分别定位于前进、倒退或空挡的任一位置上。五挡拨叉轴上制有两个V形槽，用以将五挡拨叉轴定位于五挡或空挡两者之中的任一位置上。通过V槽来限制拨叉位置的措施是：不同的V槽对应着不同的挡位，挡位对好后，由锁销弹簧自动将锁销（头部为锥形）推入V槽，由锁销控制拨叉的位置。4个拨叉按对应拨叉轴由上而下分别是：五挡拨叉、三-四挡拨叉、一-二挡拨叉和进-退挡拨叉。五挡拨叉有两个位置。三-四挡、一-二挡和进-退挡拨叉有3个位置。五挡拨叉、三-四挡拨叉及一-二挡拨叉的拨叉臂的缺口在一个平面上，由变速杆拨动。进-退挡拨叉由进-退杆通过内杠杆拨动。

2）导板的作用是引导变速杆移动的方向。导板由两块中部带切口的长方形钢板组成，并用螺栓固定在壳体上。螺栓上套有套管，使两块钢板保持一定的距离，间隔地处于3个拨叉臂之间。当上面3个拨叉处于空挡位置时，3个拨叉臂上的缺口与导板中部的切口对齐，这时变速杆下端头便可横向移动。

3）限制器为摆架式互锁机构，它是一个可以摆动的铁架，用轴销悬架在操纵机构壳体内。其作用是保证操纵机构一次只能挂上一个挡，而防止了乱挡。该限制器是一个带吊耳的矩形框架，通过轴悬架在壳体上。限制器框架中部两侧制有卡铁平时处于导板切口和两侧两个叉臂的缺口中（图2-166）。变速杆下端穿过限制器框架，置于摆架中间，可以作纵向移动。当变速杆下端左右摆动时，限制器也跟着左右摆动。变速杆下端摆架两侧有卡铁A和B，当变速杆下端在摆架中间移动而拨动某一根滑杆时，卡铁A和B则卡在相邻滑杆的拨槽中，因而防止了相邻滑杆也被同时拨动而换上两个挡。

图2-166 摆架式互锁机构

4）带弹簧的五挡限制销装在操纵机构壳体的左侧，与限制器下部矩形框架同一高度。在变换三、四挡时，限制器顶在五挡限制销上，这样就不易挂到五挡位置上。而变换五挡时，须将变速杆稍用力向右推，压缩限制销弹簧方能挂入五挡。

5）闭锁机构装在壳体的右侧，受主离合器操纵杆控制。其作用是防止在推土机主离合器未分离的情况下换挡，同时防止推土机行驶中齿轮自由移动而引起跳挡，另外还保证齿轮能正确地啮合。

（五）啮合套式人力换挡变速器

1.啮合套式变速器概述

（1）啮合套式变速器的主要特点

1）通常采取空间二轴或三轴式结构，如TY180推土机采用空间三轴式结构可获得5个前进挡、4个倒退挡。当需获取的挡位少时，可采用空间二轴式结构，如BT370载重汽车。

2）齿轮轴上的所有齿轮均轴向定位而不能作轴向移动，相啮合的每对斜齿轮均处于常啮合状态，所有挡位的变换均是通过啮合套的左右移动来实现，而不是齿轮的移动来实现；这一点是啮合套变速器与滑动齿轮换挡变速器最根本的区别。

3）轴上所有齿轮和轴的装配关系为两种：一是通过花键和轴直接联动传递动力；二是齿轮通过衬套滑套在轴上；齿轮转、轴不转，或轴转，齿轮不能；只有当啮合套将齿轮和轴啮合到一起后，两者才一起联动。

4）与滑动齿轮相比，而且滑动啮合套更为容易，啮合套的啮合与分离也更容易实现。此外，与滑动齿轮相比，啮合套可以做得小很多，而直径较小的啮合套，其圆周线速度可以大为降低，啮合套中需要相啮合的两部分啮合齿，很易实现圆周线速度的同步或者接近，因而采用啮合套换挡，换挡较省力，且不易打齿。

5）啮合套变速器换挡时不需拨动齿轮轴向移动，因而所有齿轮均可采用斜齿轮传动，这样有利于提高传动平稳性及齿轮寿命，而且可有效降低传动噪声。

另外，结构较简单，制造加工较容易。

（2）啮合套式变速器的主要应用

无论是过去还是现在，啮合套机械换挡变速器在重型工程机械及部分载重汽车上都得到了较多应用。如早期定型生产的TY120、TY160、TY180等推土机和P160平路机、BT370载重汽车等均采用这种形式的变速器。推土机上采用的啮合套机械换挡变速器，大多来源于早起引进的D80-12系列推土机的变速器技术。现在，虽然技术进步日新月异，新型推土机也不断涌现，但国产推土机啮合套换挡变速器的核心技术和结构模式并无太大变化。如近期山推股份推出的SD16TL湿地推土机所采用的啮合套式换挡变速器，与早期的国产TY160、TY180系列等推土机啮合套式换挡变速器，在结构和原理上就十分相近。采用这种变速器的工程机械有很多，在此着重以较早的TY180推土机啮合套式换挡变速器及山推股份新近推出的SD16TL湿地推土机啮合套式换挡变速器为例进行分析，以便大家通过比较，融会贯通。

2.TY180推土机啮合套式人力换挡变速器

随着国民经济发展的需要，我国相继引进了一批国外先进的推土机生产技术。对于功率大于120kW的履带式推土机，绝大多数来源于引进日本小松制作所的D155型、D85型、D65型三种基本型推土机制造技术。这类推土机采用液力机械传动，国产化后，定型为TY320型、TY220型、TY160型这三大基本型推土机。另外，过去还有许多厂家竞相生产的TY180，则是源于引进日本小松制作所的D80型推土机，型号中的“Y”就是代表该类机型采用液力机械传动。为了赶上世界技术潮流，国内各大生产厂家如山推都在引进小松技术生产这四种基本型的推土机，小松技术可谓“一女多嫁”。其中TY220型、TY160型采用小松啮合套式人力换挡变速器；TY320型、TY220型则采用小松行星齿轮动力换挡变速器。

（1）变速传动机构

变速传动机构主要包括变速器壳体、主动轴、中间轴、从动轴、齿轮、啮合套及轴承等（图2-167）。

变速器内的8个齿轮副，构成了5个前进挡和4个倒退挡。一至四挡齿轮副为前进和倒退挡的公用齿轮副。用变速杆控制变速，受进退杆控制换向，可根据需要选择相应的挡位。若选择一挡前进时，将进退杆置于前进挡位置，拨叉即拨动中间轴上的啮合套，使其与前进齿轮右端的短外齿啮合。然后把变速杆扳到一速位置，使相应的啮合套与一挡主动齿轮左端的短外齿相啮合。因齿轮副是常啮合的，动力即通过传动齿轮→复式传动齿轮→前进齿轮→中间轴→一挡主动齿轮→一挡从动齿轮→从动轴，经中央传动装置将动力传出，使机械以一挡前进。

图2-167 TY180推土机变速器结构剖视图

（2）变速操纵机构

变速操纵机构通过其壳体装在变速器上面（图2-168）。变速杆分上、下两段，通过半月键和螺钉固定在一起，下段穿入限制器内，中间用一轴销与限制器铰接。限制器为一方形框架，上部以两个轴销悬架在变速机械壳体内，平时被安装在壳体两侧的限制销控制处于中间位置，即限制器底部的两个卡铁处于一二挡拨杆臂和五挡拨叉臂的缺口内。由于变速机械安装在变速器上方，所以它的4根带V形槽的拨叉轴，平列在变速机构壳体的前后拨叉轴座上，锁销轴横向平置，锁销则竖直排列。此外，为了使啮合套与其相啮合斜齿轮的短外齿啮合可靠，不致使机械在行进中自行脱开，齿套的齿制成三段，中间齿要比两端的齿薄一些（图2-169）。工作中啮合套一端的齿与短外齿啮合，另一端的齿则与内外齿套的中间齿相啮合，利用旋转中啮合套与内外齿套的主、从动关系，发生扭转错位，以便使啮合套因齿套外端齿较厚的作用，不易向外移动，以增加啮合套与短外齿啮合的可靠性。

进退挡、三四挡和一二挡的3个拨叉通过衬套滑装在同一根长拨叉轴上（图2-170）。每个拨叉臂上面都制有圆孔，3根拨杆的下端被置于相应的圆孔内。通过变速杆或进退杆，以拨动拨叉移动，实现换挡。

3.山推SD16TL/山推TY160B型推土机啮合套式人力换挡变速器

图2-171所示山推公司根据沼泽湿地工况施工作业的需要，在引进、消化国外先进技术的基础上研制开发的产品，整机重18t推土机。该机选配先进的WD615T-3A发动机，额定转速为1850r/min；额定功率为160HP（120kW）。山推SD16TL与山推SD16（山推TY160B）的主要区别是，前者采用技术成熟的机械传动系，啮合套人力换挡变速器，后者采用的是液力机械传动系，行星齿轮动力换挡变速器。

（1）变速传动机构

变速传动机构采用手动操纵啮合套换挡，变速传动机构为斜齿轮常啮合式、强制润滑，共实现5前进挡和4个后退挡。其啮合套式人力换挡变速器外观左侧视图如图2-172所示，沿A-A剖面的旋转展开剖视图如图2-173所示，而图2-173中的Z向、Y向视图如图2-172所示。

图2-168 变速操纵机构

1）基本组成。主要包括变速器壳体、动力输入轴（主动轴）、第一中间轴（从动轴）、第一中间轴（P.T.O.轴）、输出轴及一～五挡主从动齿轮、前进-后退挡啮合套、一二挡啮合套、三四挡啮合套、五挡啮合套及轴承等。概括地讲包括1壳体、4根轴（3长1短、4个啮合套）以及16个齿轮，其中动力输入轴上的2个齿轮是连体齿轮，与动力输入轴制成一体。

2）结构装配关系及原理。动力输入轴（主动轴）、第一中间轴（从动轴）、第二中间轴（P.T.O.轴）、输出轴的前后两端分别用滚柱轴承支撑在变速器壳体上。

动力输入轴的左端部以花键与万向节（连接盘）连接并以夹板和螺栓紧固，动力由此输入。轴的中部花健部位安装有齿轮A，右端部与齿轮B制成一体。齿轮A的左侧和右侧设置两列轴承安装于壳体上，对动力输入轴形成可靠支撑。同时，动力输入轴的右端中心孔中装有轴承，轴承通过卡簧限位。动力输入轴与动力输出轴的左端构成同轴线套装关系。动力输出轴的右端锥齿轮伸入后桥箱内，可用以输出动力。第一中间轴的左右两端分别通过轴承支撑在变速器壳体上，从左至右分别安装有齿轮H（前进挡常啮合齿轮），进-退挡啮合套，后退挡常啮合齿轮I，后退四挡齿轮J，后退三挡齿轮K，后退二挡齿轮L，后退一挡齿轮M。第一中间轴上的I和J齿轮之间及K和L齿轮之间还装着限制齿轮轴向移动的短隔套，两隔套外端面分别低在前后齿轮轴承的内圈上，各齿轮的轴承内圈与啮合套齿座及两个短隔套之间相互抵紧，使齿轮不能作轴向移动。例如：操纵进退挡啮合套进入啮合，前进挡常啮合齿轮H便与轴连成一体旋转，这时动

图2-169 变速器啮合齿套结构

图2-170 各挡拨叉轴

图2-171 山推SD16TL超湿地推土机（机械传动系）

力经输入轴→前进挡主动齿轮A→前进挡常啮合齿轮H→进退挡啮合套→第一中间轴，第一中间轴旋转，这时如若变速杆再有进一步的动作，操纵一二挡啮合套或三四挡啮合套左移或右移，就选择一个相应的前进挡位，并由输出轴输出动力。概括起来讲，第一中间轴上共安装了3个啮合套，分别是最左边的进退挡啮合套，最右边的一二挡啮合套，中间部位的三四挡啮合套。另外安装有6个齿轮，所有齿轮与轴都是相对滑转关系，而且所有齿轮在轴上都轴向定位，不能轴向移动，只能相对轴转动，当相应啮合套啮合后，则与轴一起转动传递动力。这就是啮合套变速器的主要特征。

图2-172 SD16TL推土机啮合套式人力换挡变速器侧视图

第二中间轴（P.T.O.轴）左端通过轴承座、夹板和螺栓安装在变速器的箱体上，它在推土机挂倒退挡时发挥“过桥”作用。只有当轴上的进退挡啮合套向右移动进入啮合后，在齿轮I的旋转动力才传递给第一中间轴，并带动第一中间轴旋转。这时，如若变速杆再有进一步的动作，如操纵一二挡啮合套或三四挡啮合套左移或右移进入啮合，那么，就选择了一个相应的倒退挡位，并由输出轴输出动力。第二中间轴上在左中右3个部位分别安装了3个隔套，与轴上各齿轮及啮合套一起相互抵紧，使齿轮不能作轴向移动。

输出轴（也叫从动轴）是外花键轴，轴上所有齿轮与轴都是花键配合，而且全都轴向定位，一同旋转传力。轴的后端制有中央传动装置的主动锥形齿轮，轴上C、D、E、F、G这5个从动齿轮中的任何一个获得了驱动力，都会直接通过花键带动输出轴转动并向驱动桥输出动力。输出轴上从左至右分别装有C、D、E、F、G共5个齿轮，分别是四挡从动齿轮、五挡从动齿轮、三挡从动齿轮、二挡从动齿轮、一挡从动齿轮。

变速器壳体和4根轴芯部均制有油道，从转向离合器操纵阀来的润滑油，通过固定系统背压阀，进入变速器内各油道，去润滑轴承、齿轮和衬套。

总而言之，变速器内的8个齿轮副，构成了5个前进挡和4个倒退挡。一至四挡齿轮副为前进和倒退挡的公用齿轮副。用变速杆控制变速，受进退杆控制换向，可根据需要选择相应的挡位。若选择一挡前进时，将进退杆置于前进挡位置，拨叉即拨动中间轴上的啮合套，使其与前进齿轮右端的短外齿啮合。然后把变速杆扳到一速位置，使相应的啮合套与一挡主动齿轮左端的短外齿相啮合。因A-H齿轮副是常啮合的，动力即通过主动齿轮A→过桥齿轮H→进退挡啮合套→第一中间轴→一挡啮合套→一挡主动齿轮→一挡从动齿轮→输出轴及其右端锥齿轮→后桥中央传动装置→两边转向离合器→最终传动装置→驱动链轮→履带，使机械以一挡前进。

图2-173 SD16TL型推土机啮合套式人力换挡变速器主剖视图（A-A剖面旋转展开）

（2）变速器操纵机构

变速器操纵机构用来拨动变速器内各挡啮合套的左右移动，使之与其相应的齿轮上的短外齿相啮合或者分离，从而使推土机获得不同的速度、牵引力和行驶方向。同时，操纵机构还要确保每次换挡的唯一性和挡位的稳定性和准确性。变速器操纵机构主要由换挡装置和联锁机构等组成，如图2-174所示。其集中安装在换挡箱内，并布置于变速器壳体的上方（图2-174中Z向视图），拨叉轴轴线与推土机前进方向（车身纵轴线垂直）。

1）换挡装置。主要由换挡箱体、变速操纵杆、适配器、进退挡拨叉轴、一二挡拨叉轴、三四挡拨叉轴和五挡拨叉及联锁轴、挡销等联锁机构的相关组件等组成。为了更详细展示其结构，图2-174中沿A-A旋转剖面，给出了如图2-175所示的A-A剖面图，从图中可以看出变速操纵杆和前进后退操纵杆的结构和相对位置、拨叉轴（第五挡）、联锁轴（第五挡）和联锁柱塞（又称联锁销）的结构和相对位置及前进后退挡控制拨叉、第一二挡拨叉、第三四挡拨叉、第五挡拨叉的结构和相对位置。

图2-174 SD16TL超湿地推土机变速器操纵机构

2）自锁和联锁机构。a.自锁是指变速器挂入预定挡位后，会稳定准确地保持在该挡位，而不会自行松脱。变速器操纵机的自锁措施也是在每根拨叉轴上设置自锁定位V形凹槽，如图2-175中五挡拨叉轴上设置了空挡和五挡两个自锁定位V形凹槽。b.联锁机构实际上包括闭锁和互锁两种结构与功能。因此，联锁机构主要由自锁和互锁装置构成。为了说明联锁机构的结构原理，在图2-175展示换挡装置的基础上，给出了B-B和C-C剖面图。其中，B-B剖面图展示了前进后退挡控制拨叉轴（又称移动叉轴，以下同）、第一二挡拨叉轴、第三四挡拨叉轴、第五拨叉轴与联锁柱塞以及联锁轴的结构关系。C-C剖面图展示了前进后退挡操纵杆在其摆动支撑轴上的安装位置和结构。图2-176展示了联锁轴与各操纵杆件之间的连接关系。闭锁机构的作用是为防止变速器在工作过程中由于种种原因（例如角度和机器载荷的改变以及齿轮不均匀磨损等）导致其啮合套从所在啮合挡位上而自行滑脱。闭锁的工作情形如图2-178所示。即当要换挡时，拨叉轴被移动，其上面的凹槽斜面对柱塞产生一个向上的垂直分力，当分力大于柱塞弹簧的弹力时，柱塞向上升起卡在联锁轴的“L”形切槽内，从而限制了联锁轴的顺时针转动，也即锁住了离合器操纵杆，使之不能上推，即不能往结合的位置操纵（图2-177）。当变速杆处在“空挡”→“第1挡”的过渡区，主离合器必然处于“分离”。这在其他拨叉轴控制的排挡上也是一样道理。互锁是用来保证操纵变速杆到时一次只能

图2-175 变速器操纵机构（A-A剖面、B-B剖面、C-C剖面）

挂上一个挡位，避免两副啮合套同时出现啮合动作。有时又称啮合套双啮合预防装置。SD16TL变速器互锁装置主要由摆架限制器，五挡-倒挡互锁联动杆、4个啮合套移动拨叉和连锁柱塞等组成（图2-179）。

3）各挡动力传递路线。具体如下所述。

①前进挡。

前进第一挡：A→H→M→G；前进第二挡：A→H→L→F；前进第三挡：A→H→K→E；前进第四挡：A→H→J→C；前进第五挡：B→N→P→D。

图2-176 SD16TL联锁机构联锁轴及各杆件

图2-177 联锁轴L形槽与联锁柱塞上端的不同相对状态

a）柱塞卡入空挡定位凹槽 b）柱塞处于空挡和1挡过渡区 c）柱塞落入1挡定位凹槽

如前进第一挡（A→H→M→G）：前进第一挡的操作是进退杆挂F（前进），变速杆处于“1”挡，如图2-180挡位图中的阴影圈所示。那么第一中间轴上的啮合套被换挡拨叉向左移动（前进位置），使前进挡常啮合齿轮（H）的外部齿轮同啮合套的内齿相啮合。由于装在输入轴花键上的前进挡主动齿轮（A）同前进挡常啮合齿轮（H）处于常啮合。当来自发动机的动力经主离合器到万向节，带动输入轴旋转时，输入轴上前进挡主动齿轮（A）转动，带动前进挡常啮合齿轮（H）转动，齿轮（H）安装在第一中间轴花键上，输入轴的旋转运动便被输送到第一中间轴。另一方面，第一中间轴上的一-二挡啮合套被一-二挡位换挡叉往右移动（第1位置），而啮合套的内齿，同第一挡主动齿轮（M）外部齿轮相啮合。第一挡齿轮（M）稳固地连接啮合套，因而中间轴旋转动力便输送到输出轴上的第一挡从动齿轮（G）。当发动机带动输入轴转动时，第一中间轴及其上面的齿轮（M）等，则以相反的方向转动，但随后传递到输出上的第一挡从动齿轮（G）时，齿轮（G）及其所带动的输出轴，则又以与输入轴相同的方向转动，并输送动力到输出轴最右端的锥齿轮（Q）。锥齿轮（Q）作为驱动桥中央传动装置的主动齿轮，通过驱动桥使机械以1挡前进。

图2-178 SD16TL变速器闭锁原理

a）主离合器结合，联锁轴L槽错开柱塞上端，柱塞无上升空间，拨叉轴无法移位换挡

b）主离合器分离、拨叉轴处于移位换挡中，柱塞上端卡入联锁轴L槽，联锁轴无法转动

前进5挡（B→N→P→D）：操作驾驶人座位旁的变速手柄到“第五”挡，滑动啮合套（4）到左使之与中间轴上的前进第5齿轮（P）啮合。中间轴前进第5齿轮（P）与主轴前进第5齿轮（D）常啮合。当输入轴由发动机动力转动时，中间轴以相反方向旋转。齿轮（P）以与输入轴同样方向转动主轴第5齿轮（D），并把动力传送动小锥齿轮（Q）。

②后退挡。

后退第一挡：A→H→M→G；后退第二挡：B→N→O→I→L→F；后退第三挡：B→N→O→I→K→E；后退第四挡：B→N→O→I→J→C。

如后退第一挡的动力传递路线（A→H→M→G）（图2-181）：同输入轴制成一体的倒退挡主动齿轮（B）与第二中间轴上的倒退挡常啮合从动齿轮（N）常啮合。倒退挡常啮合从动齿轮（N）与轴花键配合，倒退挡常啮合过桥齿轮（O）与轴也是花键配合，故两者和轴一起转动。齿轮（O）又与第一中间轴上的齿轮（I）常啮合，齿轮（I）是前进-倒退挡啮合套所控制的倒退挡齿轮，当前进-倒退挡啮合套在换挡拨叉控制下向右移动啮合时，齿轮（I）便可将动力传到第一中间轴。这时，第一中间轴上J、K、L、M齿轮并不随着一起旋转传递动力，必须等相应的换挡拨叉拨动一～二啮合套（或三～四挡啮合套）后，才挂上相应的倒挡。以倒一挡为例，如图2-178所示，当来自万向节（21）的动力转动输入轴时，齿轮（H）反转，中间轴从动齿轮（N）和中间轴主动齿轮（O）也反向转动。操纵前进-后退挡操纵杆，拨到“后退”挡，并把变速杆处于驾驶人座位旁的“第一”挡位置，中间轴啮合套被齿轮换挡叉往右（后退位置）移动，而倒挡齿轮（I）轴套上的短外齿同啮合套的内齿相啮合。另一方面，第一中间轴上一-二挡啮合套（12）被本啮合套的换挡拨叉向右移动（第一挡位置），而啮合套内齿与第一挡主动齿轮（M）轴套上的短外齿相啮合。第一挡主动齿轮（M）稳固地连接啮合套，从而使第一中间轴的旋转动力输送到输出轴上的第一挡从动齿轮（G）。当输入轴及齿轮（A）随发动机旋转时，第一中间轴及齿轮（M）以同方转动，但使第一挡从动齿轮（G）及输出轴以反向旋转，并传送动力到右端小锥齿轮（Q）。各挡动力传递路线汇总见表2-1。

图2-179 SD16TL超湿地推土机变速器操纵及互锁装置

（六）行星齿轮式动力换挡变速器

行星齿轮式动力换挡变速器结构紧凑、体积小重量轻、工作可靠、操纵方便，在工程机械底盘中获得了广泛应用。国产ZL50基本系列装载机、CL7铲运机、TY320、TY220等基本系列装载机等，都采用这种形式的变速器。功率大于120kW的履带式推(www.daowen.com)

图2-180 SD16TL超湿地推土机变速器及其一挡传递路线图

表2-1 SD16TL超湿地推土机变速器各挡挡位及动力传动路线

土机中，其底盘绝大多数采用液力变矩器与行星齿轮式动力换挡变速器组合的液力机械传动系统。这类推土机来源于引进日本小松制作所的D155型、D85型、D65型三种基本型推土机制造技术。国产化后，定型为TY320型、TY220型、TY160型基本型推土机。此外还引进有D80型、D60型，国产化后定型为TY180型、TY140型等。为了满足用户各种使用工作况的需求，我国推土机生产厂家在引进小松D60、D65、D80、D85、D155并生产系列基本型推土机的基础上，相继拓展出了各自的产品，形成了以TY320、TY220、TY160三大系列为主的推土机，可谓品种繁多。就引进小松D85技术生产的TY220型推土机系列产品来说，包括了TSY220型湿地推土机、TMY220型沙漠推土机、TYG220型高原推土机、TY220F型森林伐木型推土机、TSY220H型环卫推土机和DG45型吊管机等。推土机产品种的开发拓展，既要满足不同工况条件的工作适应性，又必须与基本型保持最大限度的零部件通用性（或称互换性），这就为广大用户使用维修带来极大的方便。为方便用户购买配件，生产厂都保留了日本小松公司的零部件编号，只有改型中自行设计的零部件，才冠以自己厂家的编号。虽然不少厂家出品的推土机命名不

图2-181 SD16TL超湿地推土机变速器及其倒一挡传递路线图 1—啮合套

同，但核心技术同出一源。如山推引进D85技术生产的命名为SD22（功率162kW），天津建筑机械厂引进D85生产的移山推土机命名为TYD200，上海彭浦机械厂引进D85技术生产的则命名为PD220等。与此同时，TY320型和TY160型系列推土机也在拓展类似的系列产品，如TY160系列中还有TSY160L型超湿地推土机和TBY160型推扒机等。需要明白的是像山推SD22及TY220型推土机变速器这样复杂的大型核心部件，与小松原型机D85变速器（图2-182）都是一样的。搞懂上述问题，有利于大家在使用维护过程中，总结发现底盘零部件的共同点和异同点，灵活运用，少走弯路。

图2-182 山推SD22型推土机行星齿轮动力换挡变速器外观图

1.山推SD22/TY220B型、移山TY220/TYD200型及小松D85型行星齿轮式动力换挡变速器

图2-183 移山TY220型推土机

作为中型推土机，在工程建设中应用最广，社会保有量也最大，因此重点对其行星齿轮式动力换挡变速器进行介绍。

（1）山推SD22/TY220B型、移山TY220/TYD200型及小松D85型变速器的共性和渊源

推土机在传动系尤其是变速器上具有很强的共性，如天津移山TY220推土机（图2-183）是借鉴国外推土机先进设计和制造技术，自主开发的大马力推土机，整机结构先进合理，操作轻便、灵活，生产效率高。该机采用康明斯NT855-C280型发动机，搭载小松D85型技术标准生产的液力变矩器和行星齿轮式动力换挡变速器，使推土机输出转矩的大小能自动适应载荷的变化，对发动机进行过载保护，超负荷运行时发动机不熄火。行星式动力换挡变速器有3个前进挡和3个倒挡，可以实现快速换挡和转向。可配装多种推土铲（直倾铲、推煤铲）及其他附件、如松土器、行星绞盘、防翻驾驶室等，广泛满足用户的工作要求。TYD200型静液压动力转向系统模块式推土机（见图2-184），在消化吸收先进技术的基础上有许多自主创新，包括采用闭心式载荷传感系统（CLSS），根据负荷变化自动调整工作装置与行走系统功率分配，达到节能效果；采用静液压动力转向系统（HSS）使左右履带作反向运动，实现以机体为中心的原地转向，适应性更强；采用液压双功流差速转向机构，实现满负荷转向作业；操作系统采用先导控制阀（PPC），实现单手柄集中控制；采用世界上先进的模块化设计方法，结构更科学、更紧凑，便于拆装维修；行走系统支撑与终减速分离，提高了最终减速的可靠性；采用悬挂式减振装置和强制换气的密封驾驶室，可保持室内1.1～1.2个大气压，适于风沙环境及高原作业，使工作环境更加舒适；采用计算机控制的电子监测系统，实现故障自诊断等。尽管改进和创新内容较多，但在底盘核心部件变矩器及变速器上仍为引进技术。其他引进小松技术的生产厂家也有类似的情况，虽然从外观、舒适性、操控性等多方面进行了改进和创新，但是其变速器仍是基于小松D85型技术生产。

图2-184 移山TYD200型推土机

图2-185 柳工B220推土机

柳工B220推土机（图2-185）是在日本小松D85A-18型的基础上，借鉴国外推土机先进设计和制造技术，自主开发的大马力推土机，整机结构先进合理，操作轻便、灵活，生产效率高。该机可配装多种推土铲（直倾铲、推煤铲）及其他附件，如松土器、行星绞盘、防翻驾驶室等，可广泛满足用户的工作要求。具有快速响应性能的康明斯NT855-C280型柴油发动机与液力变矩器和动力换挡变速器相结合。液力变矩器使推土机输出转矩的大小能自动适应载荷的变化，对发动机进行过载保护，超负荷运行时发动机不熄火。仪表组件的设计简洁明了，主要用来监测发动机冷却液温度、机油压力、传动系机油温度和电气仪表。可配备牵引架、推煤铲、松土器和绞盘等多种装置，能适应多种工况的作业。其行星式动力换挡变速器也是基于小松D85型技术生产，即有3个前进挡和3个倒挡，可以实现快速换挡和转向。

图2-186 山推SD22型推土机

山推SD22推土机（图2-186）性能稳定，质量可靠，同样是在引进、消化、吸收日本小松D85A-18型推土机技术和标准进行生产的。

上述推土机都具有日本小松D85A型的性能，但价格较低。变速器都是一样的，尽管某些变速器局部可能有稍许差异，但结构与原理都是一样的。

（2）SD22/TY220/TYD200型推土机行星齿轮式动力换挡变速器结构与原理

该变速器设有3个前进挡、3个倒退挡，由变速传动机构和液压控制系统两部分组成。

1）变速传动机构（图2-187～图2-190）主要由箱体、行星排和相应的换挡离合器组成。前进挡行星排、三挡行星排和二挡行星排为简单行星排，由太阳轮、行星轮、行星架和齿圈组成（图2-189a、b）；倒退挡行星排采用双行星轮结构（图2-189c），在简单行星排齿圈与行星轮之间再装入另一组行星轮。采用这种结构型式的目的是在传动方案不变的前提下（即输入、输出不变），获得不同旋转方向。前进挡行星排中太阳轮为动力输入，行星架为动力输出，齿圈固定。倒退挡行星排采用双行星轮结构，太阳轮为动力输入，行星架为动力输出，齿圈固定。各挡动力传递途径如下。

前进一挡：如图2-191所示，从右至左，分别是1速（挡）、2速（挡）、3速（挡）、R（倒退）和F（前进）离合器。挂一挡时，前进挡离合器F与一挡离合器结合，前进挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→前进挡太阳轮+前进挡行星轮+前进挡行星架→三挡行星轮→三挡齿圈+二挡行星架→一挡离合器主动部分→一挡离合器从动部分+套管轴→传动齿轮→输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相反。对照图上字母标示，动力传递路线就是：A→B→34→J→O→P→Q。此时，J、N、H、K、L与第五排离合器（即前进挡离合器F）为一体。图中“34”等零件号如图2-193，如“34”为前进挡、倒退挡、三挡行星排行星轮架。

前进二挡：挂二挡时，前进挡离合器F与二挡离合器依次结合，前进挡行星排、二挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→前进挡太阳轮→前进挡行星轮→前进挡行星架→三挡行星轮→三挡齿圈+二挡行星架→二挡行星轮→二挡太阳轮→套管轴→传动齿轮→输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相反。对照图2-192上字母标示，动力传递路线就是：A→B→34→J→30→L→K→O→P→Q。

前进三挡：前进挡离合器F、三挡离合器依次结合，前进挡行星排、三挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→前进挡太阳轮→前进挡行星轮→前进挡行星架+三挡行星架→三挡太阳轮→套管轴→传动齿轮+输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相反。对照图2-193上字母标示，动力传递路线就是：A→B→34→J→I→H→O→P→Q。

倒退一挡：挂倒退挡时，主要是倒退挡离合器R与1、2、3速离合器分别配合而逐一实现的。挂倒退一挡时，倒退挡离合器R、一挡离合器结合，前进挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→倒退挡太阳轮→倒退挡行星轮→倒退挡行星架→三挡行星轮→三挡

图2-187 SD22/TY220等型推土机变速器结构图

1—变速器 2—前进挡离合器液压缸体 3—前进挡离合器活塞 4—主动盘 5—从动盘 6—压盘 7—前进挡、倒退挡、三挡行星排行星轮轴 8—倒退挡离合器活塞 9—倒退挡离合器油缸体 10—三、二挡离合器液压缸体 11—三挡离合器活塞 12—二挡离合器活塞 13—压盘 14—二挡行星排行星轮轴 15—一挡离合器外毂 16—一挡离合器液压缸体 17—单向阀钢球 18—后箱体 19—壳体 20—输出套轴 21—输入轴 22、37、38—轴承座 23—端盖 24—轴承盖 25—轴承挡板 26—一挡离合器活塞 27—一挡离合器外毂 28—二挡行星排弹簧 29—碟形弹簧 30—二挡行星排行星架 31—三挡行星排弹簧 32—倒挡行星排弹簧 33—前进挡行星排弹簧 34—前进挡、倒退挡、三挡行星排行星轮架 35—螺栓 36—倒退挡行星排行星轮轴 39—轴端挡板 40—万向节

齿圈+二挡行星架+一挡离合器主动部分→一挡离合器从动部分+套管轴→传动齿轮→输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相同。

倒退二挡：二挡离合器、倒退挡离合器结合，倒退挡行星排、二挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→倒退挡太阳轮→倒退挡行星轮→倒退挡行星架→三挡行星轮→三挡齿圈+二挡行星架→二挡行星轮+二挡太阳轮→套管轴→传动齿轮→输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相同。

图2-188 TY220型推土机变速器传动机构示意图

F—前进挡离合器 R—倒退挡离合器

1—一挡离合器 2—二挡离合器 3—三挡离合器

图2-189 TY220型推土机变速器行星排示意图

图2-190 TY220型推土机变速器传动机构简图

倒退三挡：三挡离合器、倒退挡离合器结合，倒退挡行星排、三挡行星排齿圈被锁定，动力由输入轴→倒退挡太阳轮→倒退挡行星轮→倒退挡行星架+三挡行星架→三挡太阳轮→套管轴一传动齿轮一输出轴，输入轴和输出轴旋转方向相同。

图2-191 SD22/TY220变速器前进一挡传动路线示意图

注：零件号说明同图2-187。

图2-192 SD22/TY220变速器前进二挡传动路线示意图

注：零件号说明同图2-187。

2）变速器液压操纵系统。一般情况下，变速器的液压操纵油路与变矩器补偿冷却油路、变速器的冷却润滑油路是连在一起的。TY220型推土机变速器液压操纵系统核心控制元件是变速操纵阀组，主要由调压阀、快速返回阀、减压阀、起动安全阀、变速阀及换向阀等组成（图2-194、图2-195）。TY220型推土机变速器液压控制系统可参见变矩器部分图2-136所示辅助系统原理图。其油路途径是：液压油在液压泵的作用下，经过带有安全阀的过滤器，输入动力换挡变速器的操纵阀组，然后分成两路：一路通过阀组中调压阀的溢流口和进口压力阀进入液力变矩器；而另一路则经操纵阀组中所有的控制阀（5、4、3、2、1），通往换挡离合器的操纵液压缸。由变矩器溢出的液压油再经出口压力阀、冷却器后与进口压力阀溢出的油合流，经背压阀后流入变速器冷却与润滑系统。调压阀与快速返回阀的作用是供给和控制换挡离合器（或制动器）液压缸以所需的工作压力（20kgf/cm²），满足离合器可靠传递转矩的要求，保证每次起步或换挡时，离合器（制动器）中的油压平稳上升，以实现平稳起步和换挡。减压阀的作用是控制通往闭锁离合器的油压，使得通往闭锁离合器的操纵油压压力降低（降至12.5kgf/cm²），使其低于其他离合器的工作油压。减压阀结构如图2-194所示，主要有减压阀杆和调压弹簧组成。其工作原理是：通过向阀杆背室C₃引入液压油，对活塞施压，使得阀杆压缩弹簧右移，从而减少了通往C₁腔油口开度，由此产生节流效应，使C₁腔油压低于调压阀的预定油压。变速阀与换向阀又可分别称作速度选择阀和方向操纵阀，其作用是根据需要，分别控制速度制动器（离合器）和方向制动器的分离和结合，以实现变速器的不同工作挡位。变速阀的结构型式为四位多路方向阀（图2-195），主要由阀体和阀杆组成，具有两个进油腔D₃、D₆和6个排油腔（D₁、D₂、D₄、D₅、D₇、D₈），分别与减压阀C₁、调压阀C₄腔和一、二、三挡离合器施压液压缸及起动安全阀油路相通。此外阀体两端及中部D₅腔与油箱连通构成零压回路。起动安全阀又称保险阀，其作用是防止在挂挡状态起动发动机，因这样可能会造成机械突然自行起步，造成意外事故。有此阀后，必须将变速杆放在空挡后，才能起动，避免了此类事故的发生。

图2-193 SD22/TY220变速器前进三挡传动路线示意图

图2-194 TY220型推土机变速器操纵阀组（1）

A₁—滑阀背室 A₂—调压阀背室 A₃—溢流口月 B—节流口 C₁、C₂、C₄—减压阀环形油腔 C₃—减压阀背室

图2-195 TY220型推土机变速器操纵阀组（2）

如上所述，工程机械正常起动时，变速操纵杆应置于空挡，此时，起动安全阀背室右端进入液压油，对活塞施以一次操纵，推动阀杆左移，开启E₃腔左右两侧油孔，并封闭E₃腔左侧油道；继上述动作后，将液压油引入E₂腔，并经节流孔进入起动安全阀阀杆背室E₄腔。对其活塞施以二次操纵油压，推动活塞相对阀杆右移至锁止位置，从而保证通往换向阀的油路开启。反之，若未按以上程序对活塞施加一次操纵油压，起动安全阀始终处于关闭位置，换向离合器不能结合，变速器无法进入工作挡位，因而防止了机械起动时自行起步。TY220型推土机变速器在结构上许多特点，利用这些特点，可使维修更为容易进行。如第1至第4离合器的摩擦片和光盘都是通用的；第2至第4行星排的活塞和密封环相同，行星排离合器导向销相同，光盘分离弹簧相同，离合器活塞分离弹簧相同；第1至第3行星排使用同一个行星架；第4行星排的行星架利用外齿圈插入第3行星排齿圈中，并用弹簧卡圈防止轴向窜动等。

2.PD320Y-1/SD32/TY320B/移山TY320C/D155A行星齿轮变速器结构原理

（1）320级别推土机变速器之间的相同点

1）结构原理相同。第一个方面的相同是指PD320Y-1变速器、山推SD32变速器、山推TY320B变速器、移山TY320C变速器“技出同宗”，它们与小松D155A推土机行星齿轮变速器在结构原理和内部零件通用性完全相同，也许两个不同的厂家基于共同的小松D155A变速器技术所生产出的变速器在外部细节上会有所差异（图2-196和图2-197），但它们在使用维护及修理方面可以说是完全相同的。

图2-196 基于D155A技术的变速器外观之一

图2-197 山推TY320B行星齿轮变速器

2）变速器的挡位及操纵方式相同。上述变速器都是3个前进挡、3个后退挡，而且操纵方式和原理完全相同。

3）输出的各挡速度和转矩相同。PD320Y-1、SD32、TY320B、移山TY320C、中联重科ZD320-3及小松D155A推土机变速器，在各挡输出速度和转矩见表2-2。小松D155A型推土机如图2-198所示。是一款技术成熟的大型推土机，且国内生产企业先后引进后都作了消化吸收和技术改进。但对于变矩器、变速器及驱动桥等核心传动部件都保留小松技术，并严格按照小松技术标准进行生产。如PD320Y-1型（图2-199）、SD32型（图2-200）、移山TY320C型（图2-201）、中联重科ZD320-3型（图2-202）等都是在这样的技术背景下生产的。需要指出的是，中联重科ZD320-3与PD320Y-1、SD32、TY320B、移山TY320C及小松D155A采用了相同的行星齿轮动力换挡变速器，即3个前进挡、3个后退挡，各挡速度见表2-2。在ZD320-3推土机的基础上同时开发出了高原型推土机、湿地型推土机、沙漠型推土机等系列产品，为广大用户提供了更多的选择。此外，还有一些其他厂家的TY320变速器，也与之相同。

表2-2 移山TY320C/山推SD32/TY320B/彭浦PD320Y-1/中联重科ZD320-3推土机各挡速度

（2）320级别推土机与220级别推土机变速器之间的相同和相似

如图2-203所示为TY320/T320变速器，图2-204为其变速传动机构的结构剖视图，可以发现其内部结构及工作原理完全相同。

图2-198 日本小松D155A型推土机

图2-199 上海彭浦PD320Y-1履带式推土机

如图2-205所示为D155A-1A型推土机液压系统（包括变速器液压系统油路）。

3.山推SD16/TY160B、移山TY160及小松D65推土机行星齿轮变速器

山推SD16型采用的是液力机械传动系，这是SD16型与前述SD16TL型的重要不同，SD16型的外形如图2-206所示。山推SD16型行星齿轮动力换挡变速器是基于小松D65型（图2-207）底盘传动技术生产，此外，SD16变矩器为三元件单级单相，与前述TY220型变矩器也具有基本几何相似的结构，只是局部结构有些许变化，它们的故障和维修是基本相同的。山推SD16型推土机传动系简图如图2-208所示，其行星齿轮动力换挡变速器如图2-209所示。此外，山推还在SD16基础上拓展出了一些其他变形产品，如SD16E履带加长型、SD16F森林伐木型、SD16R环卫型、SD16L超湿地型、SD16C电厂型等，都是沿用小松D65底盘技术，它们的传动系及变速器的结构原理相同。又如天津移山工程机械有限公司（原天津建筑机械厂）经消化吸收和再创造，自主研制出“移山”T160（原型机D60A-8）、T180（原型机D60E-8）、TY160（原型机D65A-8）、TY180（原型机D65E-8）、TSC180（原型机D60PL-8）、TS180（原型机D60P-8）6个机型的履带式推土机生产制造技术，其底盘及其变速器也相同。移山TY160型履带式推土机，其变矩器、变速器等传动系主要部件不仅达到了小松的设计水平，而且与小松D65A-8通用。搭载具有快速响应性能的斯泰尔WD615T1-3A柴油机，与液力变矩器和动力换挡变速器相结合，构成了一个功能强大的传动系统，变矩器使推土机输出转矩能自动适应载荷的变化，对发动机进行过载保护。行星式动力换挡变速器有3个前进挡和3个倒挡，可以实现快速换挡和换向。

图2-200 山推SD32型推土机

图2-201 移山TY320C型履带式推土机

图2-202 中联重科的ZD320-3型推土机

图2-203 TY320系列推土机行星齿轮变速器外观

图2-204 TY320系列推土机行星齿轮变速器结构剖视图

图2-205 D155A-1A型推土机液压系统

图2-206 山推SD16型推土机

图2-207 小松D65PX推土机外形图

除了明确山推SD16/TY160B、移山TY160及小松D65推土机变速器通用性外，它们与SD22/TY220变速器也有很强的结构相似性，只不过是离合器的排列方式不同而已。山推SD16/TY160、移山TY160及小松D65第1离合器为前进挡，第2离合器为后退挡，第3旋转闭锁离合器为一挡，第4离合器为三挡，第5离合器为二挡。它们与SD22/TY220变速器具有相同的使用维修特点，大家可参阅前述相关内容，这里不再赘述。

4.ZL50基本系列装载机行星齿轮动力换挡变速器

ZL50基本系列装载机（见图2-210）在国内有许多厂家（如柳州工程机械厂、厦门工程机械厂等）共同生产，构成了一个基本系列，除了少数厂家的个别拓展产品外，其结构原理完全相同或基本相同。

（1）基本组成

ZL50装载机变速器（外观见图2-211、剖视图见图2-212、结构简图见图2-213）与双涡轮液力变矩器装在一起。双涡轮液力变矩器分别用两根互相套装在一起的输出轴将动力通过常啮合齿轮副传动递给变速器。变速器主要由变速传动机构和液压操纵系统组成。

图2-208 SD16/移山TY160型推土机传动系简图

（2）变速传动机构

包括箱体、变速机构、前后桥驱动机构和逆传动机构等。箱体与变矩器壳体连接在一起，固装在车架上。变速机构主要由主动轴、中间轴、从动轴、二挡（直接挡）离合器、倒挡行星排和一挡行星排及其制动器组成。两行星排的太阳轮、行星轮、齿圈的齿数都相等，且两行星排的太阳轮制成一体，通过花键与主动轴和中间轴相连。倒挡行星排齿圈和一挡行星架及承压盘三者用花键和螺钉连成一体。在倒挡行星架和一挡行星排齿圈上分别装有制动器，它有两个前进挡、一个倒挡。前、后桥驱动机构主要由从动齿轮、输出轴、啮合套等组成。逆传动机构（亦称三合一机构）用于在发动机熄火后，能保证液压转向、拖起动发动机和排气制动，逆传动机构主要由啮合套、主动齿轮、从动齿轮、传动轴、单向离合器等组成，逆传动输入轴如图2-214所示。

图2-209 山推SD16行星齿轮动力换挡变速器

图2-210 ZL50装载机示例

图2-211 ZL50装载机变速器外观

各挡动力传递路线如下：

前进一挡：动力由变矩器涡轮轴主动齿轮→从动齿轮→主动轴→太阳轮→一挡行星齿轮（一挡制动器接合，一挡内齿圈被制动）→一挡行星架→连接盘→承压盘→液压缸体→主传动齿轮→从动传动齿轮→前后桥驱动轴。一挡传动比由三部分组成，即二级涡轮齿轮副、行星排和传动齿轮副，故前进一挡的总传动比应为2.68。

前进二挡：动力由变矩器涡轮轴主动齿轮→从动齿轮→主动轴→太阳轮→中间轴（二挡离合器接合）→主传动齿轮→从动传动齿轮→前后桥驱动轴。总传动比应为0.72。

倒挡：动力由变矩器涡轮轴主动齿轮→从动齿轮→主动轴→太阳轮→倒挡行星齿轮（倒挡制动器接合，倒挡行星架制动）→倒挡内齿圈→一挡行星架→连接盘→承压盘→二挡液压缸体→主传动齿轮→从动传动齿轮→前、后桥驱动轴。总传动比应为1.97。

（3）液压操纵系统

1）油路途径。液压操纵系统油路途径如图2-215所示。液压泵将油底壳的油压至过滤器、操纵阀组。操纵阀的油一路通至变速操纵阀和弹簧蓄能器；另一路经进口压力阀通变矩器。从变矩器出来的油经冷却器、出口压力阀，通过油道去润滑和冷却各个轴承；齿轮和制动器的摩擦盘，而后流回油底壳。

图2-212 ZL50装载机变速器结构剖视图

2）结构组成。变速操纵阀组主要由压力调节阀、弹簧蓄能器、变速操纵阀和制动脱挡阀组成（图2-216和图2-217）。压力调节阀的作用是保证换挡操纵阀的油压，把压力油一方面通换挡操纵阀，另一方面通变矩器，当油压过高时还可起安全保护作用。变速操纵阀是由3个两位三通阀组成的一个整体阀。用于控制2个制动器和1个离合器的工作。弹簧蓄能器用于保证制动器或离合器迅速平稳地接合，它主要由活塞、弹簧和单向阀组成。制动脱挡阀用于制动时使变速器自动脱挡，它主要由阀杆、弹簧、活塞和气缸体组成。

图2-213 ZL50装载机变速器结构简图

图2-214 ZL50装载机变速器侧视图

图2-215 液压系统油路途径

图2-216 ZL50（ZL40B）变速 操纵阀组外观

（七）直齿轮（或斜齿轮）常啮合动力换挡变速器

直齿轮（或斜齿轮）常啮合动力换挡器，一般与变矩器配合使用，如郑州宇通重工推出的TL210B及TL210H（图2-218和图2-219）新型轮式推土机即采用斜齿轮常啮合动力换挡器变速器。另外，TL180推土机及国内更早期的轮式推土机，部分ZL40装载机一直采用这种形式的变速器。还有部分新型军用高速推土机和高速装载机也采用这种形式的变速器。在此以TL210B型推土机为例介绍其直齿轮（圆柱齿轮）常啮合动力换挡变速器，该变速器主要由变速传动机构、换挡离合器和变速操纵阀组成。

1.变速传动机构

变速传动机构主要包括变速器壳体、轴和齿轮及啮合套等（图2-220）。

图2-217 ZL50（ZL40B）装载机变速操纵阀组结构

图2-218 采用斜齿轮常啮合动力换挡变速器的TL210B型推土机

图2-219 采用斜齿轮常啮合动力换挡变速器的TL210H型推土机

图2-220 直齿轮常啮合动力换挡变速器

1—倒挡齿轮 2—正挡联齿轮 3—正挡离合器 4—一三挡齿轮 5—绞盘输出接盘 6—二四挡联齿轮 7—壳体 8—二四挡离合器 9—低挡主动齿轮 10—高低速啮合套 11—前桥接盘 12—滑动轴承 13—低挡从动齿轮 14—滤网 15—油底壳 16—输出轴 17—后桥接盘 18—高挡从动齿轮 19—转向辅助液压泵 20—二四挡轴 21—高挡主动齿轮 22—一三挡轴 23—一三挡联齿轮 24—一三挡离合器 25—输入法兰 26—输入轴 27—倒挡联齿轮 28—倒挡轴 29—倒挡离合器

（1）壳体

变速器壳体通过钩形板固定在车架上，一侧有透明油面检视镜。变速器壳体的盖上固定着变速操纵阀及其杠杆，其上通气孔和加油孔内装有滤网。壳体的下部为储油室，其内有滤清器，下部装有放油塞。

（2）有关轴、齿轮和啮合套。

输入轴的花键上固装有正挡齿轮和滑装有正挡联齿轮，轴的右端通过接盘和变矩器连接，左端装有正挡离合器。

倒挡轴的花键上固装有倒挡齿轮和滑装有倒挡联齿轮，轴的右端装有倒挡离合器。

一、三挡轴的花键上固装有一、三挡齿轮和滑装有一、三挡联齿轮。轴右端装有一、三挡离合器；左端通过铜套支承着绞盘输出轴，两轴用啮合套使其接合或分离（不带绞盘时不装绞盘轴）。

二、四挡轴的花键上固定有低挡主动齿轮和高挡主动齿轮，通过铜套滑装有二、四挡联齿轮。轴的右端内孔通过单向离合器连接着转向辅助液压泵；左端装有二、四挡离合器。

短轴（图2-221）上固定着短齿轮，受低挡齿轮驱动；在轴的中空位置装有单向离合器以驱动变速辅助液压泵。变速辅助液压泵和转向辅助液压泵仅有当机械前进时才能供油。因此，单向离合器的方向一定要安装正确（图2-222）。油管中心油道与联齿轮径向孔相通，用于变速离合器的散热、润滑和分离。

图2-221 短轴的结构

图2-222 单向离合器的安装方向

输出轴上通过铜套装着低挡从动齿轮和高挡从动齿轮，并和二、四挡齿轮轴上的高低挡主动齿轮啮合。轴的中部花键上装有啮合套，通过操纵杆及拨叉可拨动啮合套与高挡或低挡齿轮毂上的内齿啮合。轴的左端通过花键螺母固定着接盘与前桥传动轴连接；轴的右端装有里程表驱动齿轮。输出轴通过啮合套由操纵杆和拨叉来实现接合或分离。

2.换挡离合器

换挡离合器是多片湿式离合器，依靠液压进行接合。变速器共有4个换挡离合器。其中2个离合器用于变速，2个离合器用于变换进退方向。4个离合器的结构完全相同（图2-223）。

图2-223 TL210B推土机变速器换挡离合器

（1）组成

换挡离合器主要由内、外毂、内、外压盘，内、外摩擦盘，活塞和碟形弹簧等组成。

（2）原理

活塞受高压油和碟形弹簧的控制；不通油时，在碟形弹簧张力的推动下靠于外毂内端面。当变速操纵阀挂上某一挡时，高压油（12～15kgf/cm²）便进入相应换挡离合器的活塞室，活塞在高压油的作用下克服碟形弹簧的张力而向右移动，使内、外摩擦盘紧压在挡圈和内压盘之间，从而把内、外毂（即传动轴和联齿轮）连成一体，离合器接合。将变速操纵阀置于空挡，解除活塞室高压油的压力，活塞在碟形弹簧作用下恢复原位，内外摩擦盘的压力消失，离合器分离。为了使离合器分离迅速，在外鼓上装有快速泄油阀。快速泄油阀由阀座和钢球组成。阀座是锥形的，当压力油进入活塞室时，使钢球紧压在阀座上，关闭泄油孔，使活塞室形成高压腔，如图2-224a所示。当分离离合器时，如图2-224b所示，油压降低，钢球在离心力的作用下离开阀座，打开泄油孔，活塞室内周边的油在离心力的作用下，从泄油孔迅速排出，从而加快离合器的分离。

图2-224 泄油阀的工作原理

3.变速操纵阀

（1）组成

变速操纵阀由进退阀、变速阀和制动脱挡阀等组成（图2-225）。

图2-225 变速操纵阀

（2）工作原理

阀杆有3个位置，分别受进、退杆和变速杆控制。制动脱挡阀杆受制动油液控制，阀杆在中间位置时为空挡，此时，制动脱挡阀杆堵住O孔，变速阀杆堵住通向换挡离合器的油道，此时从P孔进的高压油无路可通，多余的压力油经三联阀进入变矩器；从阀杆和中腔之间渗入环槽H的油可经阀杆径向孔和中心油道、平衡孔排入油底壳。当进退杆放在倒退位置时，则阀杆向上，使孔C₄和油箱相通，孔C₃和进油路相通，从P孔来的压力油经油道进入C₃，再经箱盖油道和油管进入倒挡离合器活塞室。使倒挡离合器接合。当变速杆放在1、3挡位置时，则阀杆向上使孔C₂和油箱相通，孔C₁和进油路相通，从P孔来的压力油经油道进入孔C₁，再经箱盖油道和油管进入1、3挡离合器活塞室，使1、3挡离合器接合。此时推土机将以倒退一速或三速（视高、低挡啮合套位置）行驶。若将上述操纵阀再置于中间位置时，切断供油，两个离合器活塞室内的油分别从孔C₃和孔C₁返回操纵阀，并从阀杆两端排入油底壳。变速器共有四个前进挡和四个倒退挡，每个挡位都是由进、退离合器和一个变速离合器同时工作，并在高低挡啮合套的配合下而得到的，三者缺一不可。

各挡工作时，操纵阀的动作道理是一样的，不再重述。

制动脱挡阀的作用是：当机械制动时，让变速器自动脱挡，使制动迅速。当踏下脚制动踏板时，从气液总泵来的制动油从孔A进入橡胶皮碗的顶部，推动阀杆下行，压缩弹簧，阀杆的凸出部分堵死P孔，切断来油，同时打开O孔，使进入变速离合器的压力油从O孔排入油底壳，离合器分离。变速器及变矩器工作油路如图2-226所示。

图2-226 变速器及变矩器工作油路