多功能变速器附离合器便携式托架研究

【摘要】针对车辆在复杂路面行驶的艰难路况及易发故障，提出电动式变速器附离合器多功能便携式托架，以车载电源作为动力支持，小型液压单元为动力源，工作单元设计成剪式伸缩型千斤顶，自重小，载重大，最高载重可达5T，1人用时30min，即可快速、安全的将变速器附离合器取出。本文首先分析了此类托架研究现状，然后基于军地环境下车辆使用易发故障提出设计需求，探讨了总体设计和分体详细设计的方法，并在模拟和现实背景下测试托架参数，基本达到技术指标。

【关键词】液压;变速器;离合器;托架

引言

部队车辆深入高山地形及复杂路面执行任务，各种道路情况多，档位变化幅度大，换档次数增多，并且行驶路程和时间较长，负载较重，各零部件会产生疲劳积累，容易导致变速器及离合器发生故障[1][2]，造成车辆不能正常行驶，再加上当前部队执行紧急任务区域的地方车辆维修人员和设备也相对比较匮乏，不能够提供相应的技术和设备保障，延误了部队开进，甚至无法按时完成上级赋予的任务。为解决这一难题，设计基于车载电源的电动式变速器附离合器多功能便携式托架，不仅能够使托架满足承载、保护要求，又能降低托架的生产成本，随车使用，方便快捷。

1.技术研究现状

关于汽车维修用千斤顶（托架）的研究已有报道，托架类型大致有2类，一类是机械式，它的主要缺点是所施加的作用力太小，远不能满足多种大作用力作业的要求;另一类是液压式，其主要形式多为平面安放式，即作业时要有地面作支撑，所以体积、重量均较大。祝仙玉发明了电动千斤顶，采用遥控升降且有卡锁装置[3];上海宝钢设备检修有限公司研究了一种重型车辆离合器拆装装置，一名检修人员可以轻松完成离合器片、压板的拆卸[4]。

经分析比较，底部采用平板支座设计的变速箱/离合器拆装用便携式托架，采用了红外线遥控器控制，在上述所检变速箱/离合器托架中未见述及。

2.项目设计

项目设计的主要任务是在项目分析的基础上，科学合理地进行力学分析、机械设计、电路图及油路图绘制，解决托架的制作问题。

2.1 总体设计

考虑各种复杂环境下车辆维修保障需求，笔者对托架功能和可能面临的各种复杂维修情况进行通盘考虑和设计，充分考虑到部队处突、维稳、反恐任务的多样性和突发性，突出托架的实用性，通过遥控开关控制，实现了车辆维修作业单兵化与电控自动化。而且，充分考虑托架的多功能性，整套托架不仅可以用于变速箱及离合器的拆卸与维修，还能满足常见底盘维修作业项目的需要。

1）整体结构

托架由电控液压单元、工作单元、附件三个部分组成。当托架作用时，最大载荷5T，托顶变速箱时最高可达50cm，最低为20cm，收拢后尺寸长55cm，宽33cm，高15cm。托架示意图如图1所示。

托架采用托盘式平台支撑设计，用多点平台支撑代替传统举升装置的单点或双点支撑，受力均匀，承重更加平稳、可靠，对车辆变速器的适应性好，能够有效避免变速器的损伤;托架底部及电控液压动力单元上设计有限压阀、节流阀等安全保护装置。具有良好的保护与自我保护功能，能够保证作业人员安全，托架自身也不会因为误操作而损坏;剪式托架结构设计能够满足高负荷压力需要，结构紧凑、便于携带，利于部队机动作业。

2）关键技术

此托架研究的关键技术是：红外线遥控器控制[5]、剪式托架、平台式支撑、多处安全装置设计等。托架的研究路线如图2所示。

图1 托架示意图

图2 托架研究路线图

2.2 详细设计

根据多功能托架总体设计需求，对托架的各分体进行详细设计。

（1）电控液压动力单元

液压动力单元是变速器附离合器多功能便携式托架上的压力控制装置，其外形结构如图3所示。

图3 电控液压动力单元外形结构图

1）电控液压动力单元组成及功能

电控液压动力单元主要由：24V直流电机、继电器、红外控制装置、遥控器、联轴器、安全阀、回油电磁阀、单向阀、集成块、齿轮泵、油箱、进油管、滤清器、快换接头、电源连接夹等部分组成。其中继电器用来控制直流电机电流的导通与截断;安全阀主要用于防止液压油路的压力过高，限制最高油压;回油阀电磁阀用于托架下降时，将回油油路打开，使液压油流回油箱;集成块用来联接电机轴与齿轮泵轴，将电机输送出的扭矩传递给齿轮泵。

2）液压动力单元工作原理

图4 电控液压动力单元原理图

①举升――当按下遥控器向上按钮时，遥控器向外发出信号，红外控制装置接收到指令，将电机电路导通，电机开始工作，通过联轴器带动齿轮泵对液压油加压，当高压油的油压超过单向阀的预紧压力时将单向阀顶开，通过连接油管向托架上的工作油缸提供高压油，在高压油的作用下托架会缓缓升起。

②降下――当按下遥控器向下按钮时，遥控器发出降下指令，红外控制装置接收到指令，将回油电磁阀打开，旁通油道导通，在油路内的高压油从集成块内的旁通油道流回油箱内，油道内油压随着液压油的减少迅速降低，托架缓缓降下。液压动力单元工作原理如图4所示。

3）液压动力单元主要技术指标

表1 电控液压动力单元主要技术指标

名称 技术指标

直流电机额定功率 24V

直流电机输出功率 0.95KW

继电器额定电压 24V

继电器工作电流 50A

继电器吸合电压 9-17V

继电器释放电压 1-8V

液压油型号 46#

液压油容量 1.3L

遥控器工作频率 315MHz

遥控器发射功率 >30mW

遥控器频率偏差 ±0.2MHz

遥控器编码芯片 PT2262

遥控器工作温度 -20℃―+70℃

（2）工作单元

工作单元是变速器附离合器多功能便携式托架上的承载、举升装置，工作单元如图5所示。

图5 工作单元图

1）工作单元组成及功能

工作单元主要包括：剪式托架、工作油缸（如图6所示）、节流阀、回位弹簧。其中剪式托架用于维修作业时的承载和举升。

工作油缸主要在高压油的作用下，将托架顶起。节流阀主要是通过限制进入和流出工作油缸液压油的流量，使托架的举升和降下动作平缓，避免过猛造成零部件损坏。

图6 工作油缸剖面图

2）工作单元技术指标

表2 工作单元主要技术指标

名称 技术指标

总重 20±0.4kg

最小外形尺寸 55cm×33cm×15cm

最大举升高度 52cm

最低举升高度 20cm

最大载荷 300kg

材质 Q235#钢、45#钢

（3）附件

附件是变速器附离合器多功能便携式托架的扩展装置，能够作为更换轮胎，检查维修底盘其它部件的支撑。附件包括可与液压动力单元连接使用的千斤顶[6]，最大载重量为5T，以及连接油管。千斤顶剖面图如图7所示，附件的主要技术指标如表3所示。

图7 千斤顶剖面图

表3 附件的主要技术指标

名称 技术指标

最大载荷 5T

油管承受最高压力值 20MPa

连接油管直径 6mm

3.项目测试

为检测设备各项指标工作的正常性，避免今后实际工作中产生不必要的麻烦，笔者从室内模拟环境和室外复杂环境两种情况下测试此托架的各项技术指标。

3.1 在维修车间内的测试

1）测试目的

检测托架各组成部分的功能和托架使用的稳定性、操作的简便性、对部分车辆的适应性，通过测试验证《变速器附离合器多功能便携式托架》是否达到预期的设计目标。

2）测试环境

测试车辆：EQ1118G运输车一台

测试环境：武警杭州士官学校车船实训中心

测试工具：常用维修工具箱一套

3）测试方法

首先检测托架的举升高度是否合适，即操作的适用性;然后测试托架整体的稳定性，升降时的安全性;最后测试托架的承载重量。着重对托架将变速箱降下和升起的过程进行测试，监测整个维修过程中托架的作用是否明显，找出存在的问题和需要改进的地方。

3.2 在行车途中测试

分别在武警江苏总队、181师、2师等单位进行推广试用，在运输保障任务中也对该项目各项技术指标进行了实地检验测试，使该项目进一步的改进和完善。

1）测试目的

测试托架在运输任务途中复杂环境下各组成部分的功能、操作的简便性、使用的安全性、对部队车辆的适应性等，通过测试验证《变速器附离合器多功能便携式托架》是否达到预期的设计目标。

2）测试环境

测试车辆：EQ1118G运输车一台。

测试环境：在181师试用期间，汽车连执行运输任务途中，突发离合器故障。

测试工具：常用随车维修工具箱一套。

3）测试方法

着重测试托架操作的简便性，安全性，适应性，观察能否实现单兵作业，能否提高作业效率，能否适应复杂环境，找出存在问题和需要改进的地方。

3.3 两次测试结果对比

经过测试，各项技术指标都达到或接近设计目标，测试结果对比如表4所示。

表4 测试结果对比

维修车间内测试 行车途中测试

稳定性 举升平稳，工作正常，无停顿、抖动。 简便性 单手即可完成，操作简单。

安全性 反复测试后未发现失效和损坏现象，能够保持正常工作状态。 安全性 作业过程中，托架始终正常工作，电源夹被意外碰掉时，仍能保持举升力，未出现失效及其他异常。

适用性 与变速箱外型配合紧密，支撑稳定。 适用性 支撑点能够与变速箱紧密接触，支撑牢固、可靠，无大幅晃动或悬空。

承重能力 承重EQ1118G运输车变速箱160Kg未出现托架受力变形、举升艰难及无法举升的现象，最大举升重量可达350Kg。 高效性 将车辆变速器附离合器一同拆下，将以往1小时的工作缩减为30min。

举升高度 EQ1118G运输车变速箱的离地高度一般在50cm左右，托架在无重物时最大举升高度达54cm。

需要改进

的地方 托架底座加工尺寸偏小，平稳性降低，需将托架底部尺寸高度为55cm×33cm× 15cm;电控液压动力单元体积较大，需更换为携带方便、体积较小的液压单元。 需改进

的地方 托架底座的滑动滚轮尺寸偏小，在野外应急抢修时活动的灵活性大幅下降，需根据设计目标要求，更换为大尺寸滚动滑轮。

4.结论

本文基于机电融合的设计思想，采用分步设计的方法设计了多功能便携式托架，并在室内模拟和外部环境条件下进行了变速器附离合器多功能便携式托架技术指标功能测试。测试结果表明，系统能满足部队车辆维修需求，主要有以下几项特点：

（1）机电一体化的举升装置，通过遥控器红外线信号控制，能够自动举升，大大节约了人力，方便了操作;

（2）挺举机构采用托盘式平台支撑设计，用多点平台支撑代替传统举升装置的单点或双点支撑。受力均匀，承重更加平稳、可靠，对车辆变速器的适应性好，能够有效避免变速器的损伤;

（3）托架底部及电控液压动力单元上

设计有限压阀、节流阀等安全保护装置，具有良好保护与自我保护功能，能够保证作业人员安全，以及托架自身不会因为操作而损坏;

（4）剪式托架结构设计能够满足高负荷压力的需要，结构紧凑、便于携带。

参考文献

[1]韩宁，韩宇光，蒋晓宁.林业运输机械变速器故障检测诊断与排除.[J]木材加工机械，2010，（1）：48-50.

[2]马海松.机械式多档变速器的常见故障分析与排除[J].汽车实用技术，2012，（4）：87-90.

[3]祝仙玉.电动千斤顶：中国，CN200940082[P]. 2007-08-29.

[4]上海宝钢设备检修有限公司. 重型车辆离合器拆装装置：中国，CN200940082[P].2008-07-30.

[5]钱敏，曹云鹏，李文石.红外遥控发/收数据通信系统的EDA实现.[J]半导体技术，2009，34（4）：393-396.

[6]周福成.新型遥控液压千斤顶的设计.[J]液压与气动，2009， （3）：40-41.

基金项目：武警部队后勤科研立项（项目编号：WJHQ2012-2）;获武警部队科技进步二等奖。

作者简介：

丁明来（1968―），男，山东济宁人，大学本科，讲师，主要研究方向：汽车维修。

通讯作者：贾贤补（1985―），男，山东济宁人，硕士研究生，助教，主要研究方向：军事装备学。