1.变速器机械传动系统

变速器有两种形式，一种是以克拉克为代表的定轴式，另一种是以卡特彼勒为代表的行星式。行星式变速器和定轴式变速器在重型运输设备上都广泛采用，但各有优缺点。行星式变速器的优点是结构紧凑，尺寸小，可采用小模数齿轮和较小尺寸的轴和轴承，结构刚度大，工作寿命长，且便于实施系列化、通用化。其缺点是结构复杂、零部件多、制造成本高。定轴式变速器具有结构简单、加工及装配容易、造价低、离合器易于实现模块化设计，在同一系列中可以通过增减离合器和改变离合器的布置，很方便地改变变速器的挡位和输出方式，但尺寸较大，同时与之相配的变矩器采用单级、单涡轮结构，结构简单，成本低。

从结构出发，行星式优于定轴式，但定轴式变速器因在成本上的优势（同一技术水平的定轴式变速器成本仅为行星式变速器的65%），所以以采埃孚为首，包括卡特彼勒、小松皆由行星式转而采用定轴式（尤其在中小机型上），定轴式成为国际技术的发展方向。SPC90抱罐车采用DANA公司的定轴式变速器，其定轴式动力换挡变速器传动如图8-56所示。

图8-56 变速器传动简图

此类变速器的特点是：除输入和输出轴外，其他中间轴都是固定不转的；换挡控制采取电子—液压动力换挡，只需1根电子换挡手柄就能实现换向和换挡操作；变速操纵阀设有平稳结合阀，使变速器的变速过程平稳、冲击小。如果换挡离合器接合，则齿轮与轴一起旋转；如果换挡离合器分离，则齿轮在轴上空转。表8-9为各挡位的动力传递路线。

表8-9 各挡位的动力传递路线

2.变速器液压控制系统

变速变矩器是由三部分组成：液力变矩器、变速器、动力换挡控制系统。动力换挡系统是变速器的重要部分，由机械传动部分、液压换挡操纵部分、电操纵和变速器附属部分四部分组成。动力换挡操纵系统是液力机械变速器的重要组成部分，液力机械变速器的换挡操纵分为手动操纵和自动操纵两大类，自动操纵有液压和电子液压两种。手动操纵是一种较为简单的操纵方式，每次换挡均要手动操纵一次手柄或按钮，但换挡时仍要分散驾驶员的精力，动作幅度亦较大。

SPC90抱罐车采用电液自动操纵方式，是将车速、节气门开度等因素转换成油压信号，由控制器进行自动换挡，采用电液操纵代替液压操纵，司机操纵电开关来控制电磁换挡阀，自动换挡即按照已定的特性进行自动变换挡位。用电磁换向阀代替工程机械常规使用的液压换挡阀，可以降低司机操作强度，提高生产率和行车的安全系数。

图8-57 动力换挡液压系统原理图

变速器的液压控制系统由变矩器、冷却器、控制阀组、滤油器和液压泵等组成，其系统原理如图8-57所示。液压泵安装在变矩器壳体上，当发动机运转时，液压油从变速器油池吸入，然后流经机油滤清器后分为两路：一路为高压油，压力稳定在1.69～1.96MPa，进入变速器的方向控制阀和挡位选择阀，根据阀芯的不同位置，确定高压油进入相应的离合器，从而得到不同的挡位和方向；另一路油为低压油，经压力调节阀油压降为0.5MPa，调压阀为变速器控制阀提供所需压力，以使离合器接合。调压阀阀芯被弹簧顶着，使阀处于关闭位置，当达到一定压力时，阀芯克服弹簧压力，油液进入变矩器壳体后，流过导轮座与变矩器叶片之间的缝隙，然后流至位于涡轮轴与变矩器座之间的回路。油液流出变矩器后流向油冷却器，再流至变速器，最后靠自身重力落到变速器机油盘中。

发动机动力从飞轮输出，经过泵轮盖传至泵轮。变矩器涡轮与泵轮相对安装，它与变矩器的输出轴相连，作用是收集其外圆处的油液，然后从中央排出。泵轮油液流到涡轮叶片和导轮中，使液力变矩器的输出转矩倍增。变矩器的导轮位于泵轮与涡轮之间，它的功能是收集从涡轮内部排出的油液，并使进入泵轮中，完成完整的流动循环。抱罐车传动控制阀安装在变速器壳体上，由方向选择阀和挡位选择阀组成，其结构图如图8-58所示。

图8-58 传动控制阀结构图(www.daowen.com)

抱罐车方向选择阀是一个三位五通的滑阀，三个位置分别对应前进挡、倒挡和空挡。当方向选择阀阀芯处于空挡位置时，通往前进挡和倒挡离合器的压力回路被切断，离合器处于分离状态，系统压力油经压力调解阀，最终进入变速器油池。当方向选择阀处于前进挡位置时，通往前进挡离合器的回路被接通。从方向选择阀上流出的压力油通过传动轴上的油道，进入前进挡离合器。压力油推动活塞，克服回位弹簧压力而移动，推动摩擦片组，使内外摩擦片彼此压紧，前进挡离合器结合，此时变速器处于前进挡。当方向选择阀处于倒挡位置时，通往前进挡离合器的压力油被切断，前进挡离合器压力油经快速排油阀排出，内外摩擦片因压力消失而脱开，前进挡离合器分离，此时变速器处于倒挡。挡位选择阀由两个滑阀组成，有5个位置，与方向控制阀配合，组成4个前进挡，4个倒挡。

3.变速器电气控制系统

液力机械传动的操纵与控制装置的主要任务是实现换挡操纵和提高换挡品质，使主机行走速度适应工作要求，减少冲击。液力机械传动的操纵方式有两种：人力操纵和动力操纵。人力操纵是由驾驶员通过手动操纵拨叉拨动滑动齿轮或者啮合套来使齿轮和轴实现分离或接合。动力换挡是通过液压操纵换挡离合器或制动器来使齿轮和轴实现分离或接合，液压操纵的压力源由发动机带动的液压泵提供。综合考虑，液力机械传动的操纵与控制可以分为以下几种不同类型：

（1）人力操纵，手动控制 人力换挡操纵的变速器，结构简单、工作可靠、制造方便、重量轻、传动效率高，但是人力操纵劳动强度大，动力切断时间长，机械的生产率降低。

（2）液压动力换挡，手动控制 采用动力换挡变速器，结合元件（离合器和制动器）的分离或结合采用液压换挡阀控制，而换挡阀是通过用手直接操纵连杆机构或软轴，液压泵压力油通过换挡阀离合器实现挡位变换。这种操纵方式虽比人力操纵前进一大步，但是仍然存在操纵力大、设计和空间布置复杂、制造不易等缺点。

（3）电液操纵动力换挡，手动控制 用电磁阀控制换挡阀来实现挡位变换。电磁阀由电控开关操纵，电控开关可安装在方向盘或方向盘的立柱上，布置方便、操纵轻巧，省去了操纵连杆机构的空间，同时使操纵力和操纵行程降低。

（4）液压操纵动力换挡，全液压自动或半自动控制 通过液压信号检查和控制装置来进行换挡，将油门开度和车速信号通过油压信号检出装置变为液压信号，由油门开度液压信号和车速液压信号作用在液压阀上的平衡关系来确定换挡规律。由于工程机械工况复杂，因此大多数全液压操纵动力换挡系统仍需要司机通过手动换挡阀干预换挡。

（5）电液操纵动力换挡，微机控制的自动或半自动控制 微机通常是采用基于微控制器的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU），通过采集来自操纵部件和传感器的物理参数，根据换挡规律进行逻辑计算和判断，向换挡电磁阀发出电信号，从而改变液压操纵系统回路状态，使结合元件充油或卸油，实现换挡要求。

根据抱罐车的实际工作状况、性价比等的综合，考虑采用第三种类型：电液操纵动力换挡，手动控制，其电液操纵动力换挡原理图如图8-59所示。其控制流程图如图8-60所示。

图8-59 电液操纵动力换挡原理图

图8-60 电液操纵动力换挡流程图

通过功能转换开关把选择的方位信号送给传动控制阀，动力换挡由传动控制阀来实现，其电信号与挡位的对应关系如表8-10所示。

表8-10 电信号与挡位对应关系表