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1、ZF WG200变速箱及 ZF AP400系列驱动桥,结构原理及性能介绍,第一部分 ZF WG200变速箱,一、 变速箱特点与功能概述 ZF(采埃孚)WG200型动力换档变速箱由液力变矩器和定轴式带有多片摩擦离合器的变速箱组成。它有3、4、5或6个前进档和3个倒退档供选。特别适用于轮式装载机、推土机、平地机、翻斗车、铲运机、汽车起重机、叉车等。 ZF WG系列动力换档变速箱提供当今所有可能的技术，使人们能经济、有效、安全地操纵使用，根据装载机使用情况，通常选择4个前进档和3个后退档。对于可逆向行驶和30%的 工作时间需后退行驶的装载机，前进和后退档的档位细分对其经济性和发动机的寿命特别重要。我
2、们采用的4WG200档位为个前4后3退，允许发动机功率为200kW，发动机最高转速2800r/min，适合我国5吨、6吨级装载机配套使用。其外形见图1、图2所示：,图1 WG200外观及内部结构示意,图2 4WG200变速箱侧视图 1=透气塞 2=滤油器 3=第一取力口 4=第二取力口 6=涡轮转速传感器 8=可选用应急泵接口 11=前输出法兰（配手制动器） 14=输出转速传感器 从电液操纵阀到离合器的管路 5=KV 7=K1 9=K3 10=K4,图3 4WG200变速箱侧视图,4WG200变速箱可提供半自动或全自动换档控制系统，使司机从手动操作中解放出来，尤其是在逆向工作时，自动换档提高了
3、变速箱的工作效率和服务寿命。其具有空挡保护与油压切断功能（即动力切断功能）可将发动机所有的动力传送至工作液压系统及KD档强制降档功能，以提高工作性能，尤其适用于轮式装载机的铲掘作业。同时具有空挡保护功能提高车辆的使用安全性。 我厂现配套的4WG200变速箱均选用的均是半自动换档控制系统。,全自动换档控制系统，其2档是基本档位，若变速手柄置于3档或4档，其控制系统可根据车辆外负荷的大小车速将自动在2、3档之间或2、3、4档之间自动变化，以适应外负荷的要求，该功能主要适应于行驶工况，对装载机的铲装作业不实用。因此，国内装载机厂家均选用半自动换档控制系统的4WG200 全自动换档控制变速箱与电控发动
4、机，具有发动机转速自动控制和负载反馈变速功能，通过计算机管理可实现半自动和全自动作业模式的转换，根据装载机作业工况与负荷情况，自动调节发动机转速和车速，以适应作业工况与负荷要求。,ZF档位手柄控制方向。通过向前或向后推操纵杆可得到“前进空档倒档”的位置；转动手柄可设定不同的档位。另外在档位手柄内部还有一空档锁止机构 档位选择器外型及操作方法见图4，型号有DW-2与DW-3，二者外型结构相似，差异是KD档的按钮形式不同，控制原理相同，我们现采用档位选择器DW-3。 ZF档位手柄上的强制换低档（KD档）按钮（仅在1，2档起作用），使装载机驾驭员在作业过程中操纵更为简易舒适。 装载机如何实用KD档功
5、能的工作循环见图5所示，主要步骤如下： 1）装载机以2档起步行驶，然后挂3档前进，接近沙、石料堆时，挂2档。,图4 档位选择器,图5 KD档功能的工作循环图,2）铲掘物料，按KD键（并不用转动换手柄），车辆速度会自动从前进一档。 3）满斗后，向后拨换档手柄至倒档退档，车辆可以自动地从前进I档转换为倒退2档（KD功能在拔动换档手柄后，会被解除，ZF变速箱允许车辆换档从前进I档直接到倒退I档，前进2档直接到倒退2档，换档时不需停车）。 4）向前推换档手柄前进档，按以下过程变速： 2R2F3F2F，卸料给翻斗车后，按以下过程变速2F2R3R2R。装载机回到起点 因此，铲掘物料作业时，装载机根本没必要
6、转动手柄来选择速度档，而是按以下操作： 2F按KD键盘1F向后拨至倒退档2R向前拨至前进档2F,二、变速箱结构与原理 ZF公司的4-WG200变速箱，其由一个变矩器和一个动力换档定轴式变速箱及组成，内部结构示意见图1左示图，其左半部分为变矩器，右半部分动力换档变速箱。其采用电液控制、四轮驱动。图1左示图所示变速箱为分体安装结构，通过主传动轴同发动机连接；我厂ZL50G、ZL60G现采用的4WG200变速箱是同发动机直接连接，主视图、侧视图见图2、3所示。 1、变矩器 变矩器是一种液力传动装置，液力传动是以液体为工作介质，通过液体的动量矩的变化来传递力矩的传动装置，能满足装载机牵引特性的要求。该
7、变矩器由三个工作轮泵轮（B）、涡轮（T）和导轮（D）组成，为三元件向心涡轮结构形式，结构见图2左半部分。ZF WG200变速箱采用的变矩器芯为整体是结构，泵轮与罩轮焊接在一起无法拆卸，如损坏只能更换变矩器芯总成 。,图六 内部循环液流示意,由这三个工作轮组成一个循环圆系统，液体按上述顺序通过循环圆流动，如图6所示。变速箱的供油泵不断地向变矩器供油，这样才能使变矩器工作，发辉作用，即增加发动机的输出扭矩。同时经过由变矩器排出的油带走变矩器产生的热量。 其工作过程：当发动机带动泵轮B高速旋转时，泵轮流道中的工作液体在叶片的作用下，以一定的速度从叶片出口离开泵轮，由于工作液体流入和流出的叶片的绝对速
8、度大小和方向发生变化，使液流的动量矩变化，液流动量矩变化是由于发动机传给泵轮的转矩MB通过叶片对液流作用的结果。这时，机械能就转换成工作液体的动能和压能；从泵轮流出高速液流进入涡轮T叶片间的流道，推动涡轮旋转。由于液流与叶片的相互作用，液流动量矩同样发生变化，一部分液能转变为涡轮的机械能。,流入和流出涡轮叶片的液流速度变化，引起液流动量矩的变化。由于涡轮叶片改变了液流的动量矩，使涡轮获得来自液流作用转矩MT。由涡轮流出的液流进入导轮D，导轮固定不动，液流在导轮内没有液能和机械能的转换。但由于导轮叶片的限制，流入和流出其叶片的液流的速度不同，液流的动量矩发生变化。动量矩发生变化使液流对导轮产生一
9、个作用转矩MD。液流从导轮流出后，再流入泵轮从而构成液力变矩器内的封闭循环，不断实现能量的转换和传递。根据动量矩守恒定律，可得三工作轮转矩MD+MT+MB=0。 涡轮及输出轴所得到的转矩大小，取决于负载。导轮的作用是将从涡轮流出的油经其油道必变方向后再流入泵轮，因此导轮受一反作用转矩。将涡轮转矩与泵轮转矩之比称作变矩比，通常变矩比随涡轮与泵轮之间的转速成降低而增大。,因此。最大的变矩比在涡轮不转（停止）时产生，随着输出转速的提高，变矩比会降低。通过变矩器，输出转速可无级变化，驱动扭矩能自动适应所需要的负载扭矩的变化。当涡轮转速达到泵轮转速的80%时，变矩比接近1，涡轮扭矩等于泵轮扭矩，此时变矩
10、器相当于一个偶合器。 根据液力传动的工作原理，在变矩器的内部，工作油液是传递能量的介质。为防止油的气蚀现象，变矩器腔内必须时刻充满着油液。这个状态是由变矩器压力控制阀（开启压力为5bar）来保证的，这个阀装在变矩器的出油路上，以防止变矩器内部压力过低，产生气蚀而导致元件的损坏。而在变矩器的入口处配一个安全阀（开启压力为8.510bar），以防止变矩器内部压力过高而损坏元件。详见图七变速箱液压原理图。 从变矩器溢出的油直接进入油冷器。油冷器装在发动机右侧。从油冷器出来的油直接进入润滑油路，为各润滑点提供充足的冷却润滑油量。,2、动力换档变速箱 1）变速箱结构 ZF WG200变速箱采用多档动力换
11、档变速箱，为平行轴（定轴式）传动结构，其传动原理如图7。变速箱内有六个多片湿式摩擦离合器，能在带负荷状态（不切断动力）下接合与脱开。换档时相应的离合器摩擦片结合是由受轴向油压作用的活塞压紧。离合器摩擦片的松开是靠离合器包内螺旋弹簧的作用力将活塞推回。所有传动齿轮均由滚动轴承支承，齿轮与齿轮之间为常啮合传动。各齿轮、轴承及离合器均由经冷却后的变速箱油进行润滑。 六个多片湿式摩擦离合器分布于三根平行轴上，其离合器分别为：前进档KV、后退档KR、档K1、档K2、档K3、档K4。其中KV与K1位于同一轴上，KR与K2位于同一轴上，K3与K4位于同一轴上。各档位离合器的结合情况及各档速比见图七中表格,图
12、7 WG200变速箱传动原理图,2）变速控制油路系统 WG200变速箱采用电液先导控制，其液压控制原理见图7所示。油路系统主要由吸油滤清器、变速泵、管路压力油滤清器及变速操纵阀等组成。变矩器和变速箱用油由变速泵提供，变速泵为齿轮泵，装于变速箱内部，经取力轴由发动机直接驱动，其流量为Q=35升/1000转/分钟。变速泵从变速箱油底壳经吸油滤吸油，将压力油直接泵入箱体顶部的管路压力滤清器（滤油精度为0.025mm，过滤面积为500cm2），滤清器配有一个压力旁通阀（起安全保护作用）。油液经管路滤清器出来进入变速操纵阀，由变速操纵阀主调压阀限制其工作压力（1618bar）后分二路，一路经减压阀（10
13、bar）进入电磁阀作为先导油控制换档阀；另一路通过压力控制阀进入档位阀。,图8 变速箱液压控制原理图,变速操纵阀外观示意见图9，结构示意见图10、11。其由电磁阀、压力控制阀、换档阀等组成。变速操纵阀固定在箱体上（位置见图2、图3）。变速阀中压力控制阀的作用是在换档瞬间调节离合器油缸的升压特性，即换档时油压会瞬时降低，换档结束后（离合器接合完毕）油压再恢复到1618bar（控制压力阀限制的压力）。这样能降低换档冲击，提高换档的平稳性能。经档位阀的压力油直接进入档位离合器。 控制压力阀在限制最高工作油压的同时，将溢出的油送入变矩器循环油路。为防止变矩器损坏，在其进、出口处配有安全阀，进口安全阀开
14、启压力8.5bar，出口安全阀开启压力5bar。从变矩器出来的油液经冷却器冷却后进入变速箱润滑油路，最终回到变速箱油底壳，进入下一次再循环。,为线路接通的信号，空白为线路断开即无信号输出,图9 变速操纵阀外观及各测压点图表,53=KV压力检测点 55=KR压力检测点 56=K1压力检测点 57=K2压力检测点 58=K3压力检测点 60=K4压力检测点 65=变速控制主油 路压力检测点 各测压点连接尺寸：M10X1,图10 变速操纵阀内部结构示意,图11 变速操纵阀盖与油封,1. O型圈未 放正，侧盖处易漏油 2. 电磁阀电阻为 9010,3）变速控制电路系统 控制电路系统由电脑控制器、换档手
15、柄、电控操纵阀及连接电缆等组成。电脑控制器是变速箱实现全自动或半自动控制的中枢，我们ZL50G、ZL60G装载机配ZF变速箱时，选用的是半自动控制器（EST-17）外形见图12，控制器安装于驾驶室内右侧控制箱内。换档手柄型号为DWG-3，固定在转向柱上（外形见图4）。电磁阀位于变速操纵阀内，同固定于箱体上。 控制电路系统原理见图13，控制接线示意见图14。 当车辆出现问题需要进行电焊维修时，必须将EST-17电脑控制器上的电览插头拔掉（切断通向电脑控制器的电路），否则可能会因电焊的冲击电流将电脑控制器烧毁 。,图12 EST-17控制器,注意： 主机电焊维修时，拔开电控盒插头。,图13 电气控
16、制原理图,A1：EST-17控制器； A2：DW-3换档手柄；A3：变速操纵阀 K1：起动保护继电器；K2：倒车继电器；S2：动力切断开关；S4：KD档开关（可选）,图14 电气控制接线示意图,三、操作及维护 、重要说明 检查变速箱油位时，发动机应怠速运转（约1000/min），油温应在正常工作温度。 当油温为40时，油位应在油标尺中间刻度线和下刻度线之间。 当油温为80时，油位应在油标尺中间刻度线和上刻度线之间。 注意：发动机停止转动时，变速箱油位基本都会上升，升高多少与变速箱的安装条件有关！ 严格参照维护要求，定时更换变速箱油，定时更换过滤器。 启动发动机之前，确保控制手柄在空档位置。, 每次行车前，松开停车制动器（解除刹车）。 发动机与变速箱合套或分离，需要起吊变速箱时，避免变矩器脱落。 停车时，要求换档手柄在空档位置。
