八位换挡气缸、换挡阀工作原理与维护技术研究编写 雷永明摘要：本文以 8 POS CYL/P55557-3 型八位换挡气缸和 8P-IS/P555556-3 型八位换挡阀为例， 分析其结构和工作原理，以及换挡系统的工作的原理，提出维护和故障排除的方法主题词：八位换挡汽缸 八位换挡阀 结构 工作原理 故障 排除 维护前言：八位换挡气缸（以下简称换挡气缸）是大型修井机或其他重型装备作业与行走的主要换挡 驱动部件,通过气缸套上不同的进气孔向气缸内输入压缩空气，控制气缸内一组止动环和活塞的 逻辑组合运动,实现活塞推杆的逐级外伸和回缩，带动液力变速箱的阶梯阀阀芯逐级动作，进而 控制液力变速箱各个档位液压离合器的进油和排油，控制各档位离合器的离合状态，最终实现 液力变速箱的换挡换挡气缸的活塞和各级止动环产生动作的压缩空气来源是通过八位换挡阀（以下简称换挡 阀）的操作来实现的，在气缸和换挡阀组成的气路系统中，换挡阀为控制元件，换挡汽缸为执 行元件，二者的结构和工作原理都比较复杂，属于精密部件，特别是换挡阀的配气原理及换挡 气缸止动环和活塞的逻辑组合动作，更为抽象；同时二者对工作介质（压缩空气）的要求较高。
如果对上述的原理有所了解，就能对换挡系统进行有针对性的维护，降低故障发生率；出现问 题时，也能缩短解决问题的时间本文先从单个元件的结构入手，再对其工作原理进行分析， 进而对整个换挡系统的工作原理进行分析，最后对系统可能出现的故障及产生的原因进行分析， 提出维护和解决方法，力求对操作者有所帮助一、八位换挡气缸结构与工作原理1、换挡气缸结构换挡气缸的结构原理见图 1 所示，气缸内有一只活塞 14，有 6 个止动环 11、12、13、16、 17、18，活塞 14 固定在推杆杆 2 上，11、12、13 三个止动环套在拉杆上，可以在推杆 2 上滑动； 外弹簧 6 和内弹簧 7 压紧弹簧座 8，止动环弹簧 10 以弹簧座 8 为座压紧止动环 11，止动环 11、 12、13 与活塞 14 紧贴在一起没有气压进入换挡气缸内部时，在外弹簧6、内弹簧7 和止动环 弹簧 10 的作用下，止动环11、12、13 和活塞 14 受力平衡，静止在图示的位置上在推杆伸出 缸体的部分，有各个档位的位置刻度，则目前止动环和活塞的位置就是换挡气缸的空单位置止动环 16、17 套在杆 20 上，18 固定在杆 20 上，没有气压进入时，即换挡气缸在空挡时，他们可以在各自的活动范围内的任何位置。
八位换挡气缸有八个进气孔，1A、6A、3A、3、2、5、3、6、1,进气孔的位置、名称和输档位指示c-c向1 拉杆刮垢器（铜套）10 止动环弹簧 11 12压帽 6 外弹簧 7 内弹簧16 17 18 活塞止动环 192 推杆 3 弹簧座 4 固定轴套 5 13 活塞止动环 14 活塞 15 壳体图 1 八位换挡气缸结构原理图入的气压作用的位置如图 1 所示2、换挡气缸工作原理 压缩空气由不同的输气孔输入到换挡气缸后，作用与止动环和活塞上，通过止动环和 活塞的位置组合，形成换挡气缸八个档位的过程，即推杆 2上的档位刻度依次停留在档位指 示的位置，下面我们用图示的方式进行分析1）、倒档位置：R根据前面八位换挡阀的配气原理分析，倒档位置时，输出口 2 输出气压，换挡气缸的 2 气孔进气，如图 2 所示，气压作用于活塞 14 后端面，活塞14 向换挡气缸的前部气缸前部6A 3A2536REl匸I1A档位指示
止动环11、12、13 在弹簧10 的作用下，压紧在 活塞上，最后活塞和止动环静止在空挡位置上此时我们将活塞 14 的后端面所处的位置设 为R点，那么在R点后应该有7个点，即为其他各档位的活塞位置R点和另外7个点共8 个点之间的距离应该相等，并且间距等于推杆上两个档位刻度之间的距离，我们将这个等间 距设定为d，那么活塞14从倒档至6档所移动的距离应该是7dR点位置如图5-45中所示2气孔输入的气压作用于活塞14后端面的同时，也作用与止动环16的前端面，与止动 环17、18一起整体移至气缸最底部位置我们另外设定止动环16前端面倒档时所处的位置 为 0 点，在换挡过程中我们看 0 点的位置有何变化2）、空挡位置：N空挡位置原理图见图 3换挡气缸在没有气压进入时，就保持在空挡位置换挡阀手柄 置于空挡时，输出口 1、2输出气压，换挡气缸1A、1、2气孔进气1A气孔输入的气压作用 于止动环11的前端面，将止动环11向后推压移动至限位位置，同时止动环12和活塞14前移，活塞后端面从R移到N, R和N距离刚好是推杆2上两个档位刻度之间的距离d推杆从倒档移到空挡，推杆所控制的液力变速箱的换挡阀阀芯将液力变速箱的倒档换到空挡。
气孔 1 输入的气压作用于止动环 18 的后端部，将止动环 18向前推移至限位位置同时 止动环18将止动环16、17整体向前推移，止动环16前端面从0移到01，0到01之间的距 离也刚好等于推杆移动一个档位的距离d36气缸前部dI1Ad1A气孔进气6A 3A 5101气孔进气空挡配气图图 3 八位换挡气空挡位置图气孔2输入的气压作用于活塞14后端面和止动环16前端面，由于活塞后端面面积比止动环 11前端面面积小，压力也小，活塞后移；止动环 16 前端面面积比止动环 18 后3）、1挡位置：F16A气孔进气6气孔进气气缸前部"6A 3A 51A2d2d1A气孔进气 R 1 02 01气孔进气2气孔进气1挡配气图图 4 八位换挡气 1 挡位置图端面面积小，止动环 16 前移图 4为换挡气缸 1档时止动环和活塞位置1 档时换挡阀输出口1、6输出气压，换挡气缸 1A、6A、1、6 四个进气口进气，止动环和活塞位置如图 4 所示，推杆 2 上 1 档刻度对 应档位指示箭头，活塞14后端面位置1点距离R点为2d,止动环16前端面02点距离0点 距离为2d止动环和活塞工作原理同2）6A气孔进气3A气孔进气3气孔进气 6气孔进气3A6A1A气孔进气1气孔进气R 2 03 02挡配气图图 5 八位换挡气 2 挡位置图4） 、2挡位置：F2图5为换挡气缸2 档时止动环和活塞位置。
2 档时换挡阀输出口1、3、6输出气压，换 挡气缸1A、6A、3A、1、3、6六个进气口进气，推杆2上2档刻度对应档位指示箭头，活塞 14后端面位置2点距离R点为3d，止动环16前端面03点距离0点距离为3d止动环和活 塞工作原理同 2）5） 、3挡位置：F3图6为换挡气缸3 档时止动环和活塞位置3 档时换挡阀输出口 1、3、5、6 输出气压， 换挡气缸1A、6A、3A、5、1、3、6八个进气口进气，止动环和活塞位置如图5-49所示，推 杆2上3档刻度对应档位指示箭头，活塞14后端面位置3点距离R点为4d，止动环16前端 面04点距离0点距离仍然为3d，即2档到3档换挡时，止动环16、17、18保持不动，活塞 14的后端面顶在止动环 16的前端面上止动环和活塞工作原理同 2），见图 6档位指示6）、4挡位置：F45气孔进气p O C O O O C do O U O U O CO GJ o c o 01A4d1||3d1A气孔进气 R 3 04 03挡配气图图 6 八位换挡气 3 挡位置图6A气孔进气1气孔进气6气孔进气AI档位指示~~1A5d 瑁匚2d1A气孔进气 R 40 5 01气孔进气5气孔进气4挡配气图图 7 八位换挡气 4 挡位置图图 7 为换挡气缸 4 档时止动环和活塞位置。
4 档时换挡阀输出口 1、5、6 输出气压，换 挡气缸 1A、6A、、5、1、6 五个进气口进气，推杆2 上4 档刻度对应档位指示箭头，活塞 14 后端面位置4点距离R点为5d止动环16在活塞的推动下向后移动一个d的距离，前端面 05点距离0点距离由3d回退到2d下面分析止动环和活塞的移动过程：设活塞前端面面积 为S14,系统气压压力为P，由图7及换挡气缸进气组合可得出：止动环16前端面受到活塞 的推力为：F14=P*S14,所以，止动环16后退当后退到与止动环17的前端面接触时，受到 止动环17向前的作用力F17, F17=P*S17,结构上S17>S14, 故: F17>F14,止动环16不再后移,1d1气孔进气6A 3A 52 3 66■■■17d1A30000CX$^>□00000^>□0000 QX 銘coco磔6挡配气图R 6060静止在 05的位置活塞被止动环 16 阻挡，停止在 4 档的位置7）、5挡位置：F5图 8 为换挡气缸 5 档时止动环和活塞位置5 档时换挡阀输出口 1、5 输出气压，换挡 气缸1A、5、1三个进气口进气，推杆2上5档刻度对应档位指示箭头，活塞14后端面位置 5点距离R点为6d。
止动环16在活塞的推动下向后移动一个d的距离，前端面06点距离0 点距离由2d回退到1d下面分析止动环和活塞的移动过程：止动环16前端面受到活塞的推 力为：F气孔进气6A 3A 5 2 3 6DOC0OCC：：1300001A6d1A气孔进气5挡配气图图 8 八位换挡气 5 挡位置图5气孔进气F14二P*S14,止动环16带动止动环17后退当后退到止动环17与止动环18的前端面接触时， 受到止动环18阻挡的作用力F18, F18=P*S18，结构上S18>S14，故：F18>F14,止动 环16、17不再后移，静止在06的位置活塞被止动环16阻挡，停止在5档的位置8）、6挡位置：F6图9为换挡气缸6档时止动环和活塞位置6档时换挡阀输出口5输出气压，换挡气缸 只有 5 一个进气口进气，活塞 14 继续向后移动一个 d 的距离，由于 2、3、6 气孔此时接大 气，止动环16、17、18对活塞没有阻挡作用，则活塞直至将止动环16、17、18整体推到气 缸底部，此时活塞14后端面位置6点距离R点为7d,止动环16在活塞的推动下向后移动一 个d的距离，前端面07点与倒档时的0点重合，推杆2上的6档刻度对准档位指示箭头， 换挡气缸完成最后一个档位换挡工作。
2、八位换挡阀八位换挡阀结构示意图见图10顾名思义，八位换挡阀有八个工作位置，倒档R、空挡 N、F1、F2、F3、F4、F5、F6，手柄在倒档和1档之间的圆弧上均匀分配8个位置在空挡 位置时，手柄2下端刚好压下空挡保护开关3的外触点，将保护开关内部的触点接触，接通 启动电机的启动电路，在其他位置时，手柄下端离开保护开关的外触点，发动机启动电路断 开，所以，只有在空挡位置时，发动机才能启动，这就是发动机的空挡保护作用10接启动按钮 接启动电机F6 匚F5F4匚F3F2匚F1 ]N 匚R④⑦①③⑤②⑥1、限位板 2、手柄 3、空挡保护开关 4、手柄轴 5、压盖6、弹簧 7、配气盘（阀芯） 8、导气盘 9、后盖 10、限位档柱八位换挡阀主要由限位板 1、手柄 2、手柄轴 4、压盖 5。