第一作者简介：李若国（1983-），男，山东济宁人，工程师，硕士，现从事工程机械传动系统研究，工作于山推工程机械股份有限公司。
基金项目：山东省技术创新项目（20920108011），2014年山东省享受财政专项资金扶持新产品，鲁经信技鉴字[2013]第658号。
摘 要：分析推耙机变速液压系统的结构组成和工作原理，指出了系统存在的不足和问题点。详细介绍了缓冲阀的结构组成和工作原理，在小型推耙机的动力换挡变速箱上安装缓冲阀的必要性和重要意义。缓冲阀存在开启、半开启及闭合三种不同的工作状态，能有效地控制方向离合器的结合、分离及半联动状态，使推耙机更好的适应不同的工况以满足需求。
关键词：推耙机；缓冲阀；工作原理；离合器；半联动状态
0 引言
推耙机与推土机相比，除了具有短距离铲运、填充、平整等功能外，还具有利用其工作装置向后耙运货物的作用，尤其是在清理船舱散货、电厂清理整修等场合优势更加明显，因此广泛应用于大中型货运码头[1]。
推耙机的工况比较恶劣，具有作业空间狭小、换挡频繁、负载大、冲击强等特点，特别是在船舱内清理矿石、化肥、水泥、粮食等散装物品时空间狭小，需要的车速比较缓慢。如果使用传统的推土机动力换挡变速箱的变速阀，缓冲性差，冲击力大，不仅会造成发动机经常熄火，影响作业效率，同时影响传动部件的使用寿命。
为解决这一问题，对传统的变速阀的结构进行优化设计，在变速阀和换向阀之间，增加起缓冲作用的控制阀。该阀通过连杆机构与缓冲脚踏板相连，便于驾驶员操作。在缓冲阀的控制作用下，推耙机能实现在特殊工况下缓慢移动，减少振动和冲击。
1 问题描述
1.1变速箱换挡形式
工程机械变速箱按照换挡方式分为机械换挡、动力换挡、电控换挡、复合式换挡等四种形式[2]。机械换挡变速箱优点是传动效率高、生产成本低，缺点是操作劳动强度大，冲击性大，驾驶员容易疲劳；电控换挡变速箱的优点是操作简便，自动化程度高，缺点是稳定性和可靠性相对较差，维修和维护专业性强。动力换挡变速箱兼具两者的优点，因此在工程机械传动系统中应用广泛[3]。
1.2主要问题点
动力换挡变速箱在实际使用中并不是适应所有的场合，其使用场合具有一定的局限性。大马力工程机械传动系统中主要包括发动机、变矩器、变速箱、中央传动、终传动等部分，变矩器主要起到缓冲的作用，减少换挡时的冲击，避免传动部件内部零件的损伤。
小马力工程机械的传动系统主要包括发动机、减震器、变速箱、中央传动、终传动等部分，减震器主要起到减缓发动机振动的作用，与变矩器相比较，与发动机的匹配性、适应性差。特别是在空间狭小、路面起伏大等条件下，容易造成发动机熄火，换挡冲击大，在一定程度上影响传动部件的使用寿命。
2 推耙机传动系统
2.1传动系统方案
小马力推耙机的传动系统如图1所示，主要包括发动机1、减震器2、万向节3、变速箱4、中央传动5、转向制动部分6、终传动7、行走装置8等部分组成。动力换挡变速箱的输入端与万向节相连，输出端通过锥盆齿与终传动相连，主要作用是变速、换向作用。
1-发动机2-减震器3-万向节4-变速箱
5-中央传动6-转向制动部分
7-终传动8-行走装置
图1小马力推耙机的传动系统图
2.2缓冲阀的作用
缓冲阀为三位三通液压阀，安装在换挡阀和换向阀油路之间，实现对进入换向阀油路的压力控制。
（1）当缓冲阀完全开启时，液压油不能流入换向阀，液压油进入变速箱方向离合器油路切断，方向离合器排分离，变速箱输入与输出端动力传递被切断，机器停止行驶；
（2）当缓冲阀半开位置时，液压油间断流入换向阀内，使方向离合器处于半结合状态，机器可缓慢移动；
（3）当缓冲阀闭合时，进入方向阀的压力为正常工作时的系统压力，方向离合器排处于结合状态。机器正常行驶。
3 方案实施与应用
3.1安装位置
缓冲阀1安装在变速阀3和换向阀2之间，共同组成组合阀，如图2所示。缓冲阀阀杆与变速、换向的阀杆方向正好相反，它通过连杆机构与驾驶室内的缓进踏板相连接，便于驾驶员操纵。
1-缓冲阀2-换向阀3-变速阀
图2组合阀的结构组成
3.2液压原理图
缓冲阀与变速阀、换挡阀共同组成组合阀，通过螺栓安装在动力换挡变速箱的箱体上。组合阀的液压原理图如图3所示。
图3组合阀液压原理图
来自变速泵的液压油经粗滤器、精滤器后，进入调节阀调定压力至1.9～2.1MPa范围内，然后通过组合阀分两支路，一路进入变速阀，变速阀为三位六通阀，控制不同档位离合器的结合与分离。另一路液压油进入缓冲阀，缓冲阀为三位三通阀，经缓冲阀的进入换向阀。在不同的工况下，驾驶员通过踩缓进踏板，控制缓冲阀的阀杆伸出长度。当缓冲阀完全开启时，液压油不能进入换向阀，换向离合器中没有压力油，摩擦片和垫板处于分离状态，变速箱的输出端无动力输出；当缓冲阀处于中间位置时，液压油间歇性的流入换向阀内，进入换向离合器的压力油低于正常的压力，此时方向离合器处于半结合联动状态，推土机可低速缓慢的移动。
3.3结构组成
缓冲阀的结构组成如图4所示，主要包括图中件1～13部分组成。来自变速阀的液压油经进油口A进入缓冲阀，油道孔B为缓冲阀的出油口，液压油经缓冲阀调节作用后进入换向阀。油道孔C和油道孔D为泄油孔，与变速箱箱体相通，主要起到泄油的作用。
1-阀杆2-油封3-阀套4-阀体5-弹簧座
6-弹簧7-定位杆8-弹簧9-阀芯10-小阀芯
11-小弹簧12-阀芯13-调整螺塞
图4缓冲阀的结构组成
由图4可知，阀芯9在阀杆1的操纵作用下，在阀体4的安装孔中处于不同的位置，从而控制油道孔A、B的通断及油道孔C、D的泄油。阀杆1为操纵杆，与缓进踏板的连杆机构相连接，用以操纵缓冲阀。阀套3安装在阀体4的内孔中，其外径与内孔之间安装O形圈密封，内孔与阀杆之间安装骨架油封2，阀套3的右端内孔中安装弹簧座5。弹簧定位杆7的左端安装弹簧6，右端安装弹簧8。弹簧6安装在弹簧座5的内孔中，弹簧8安装在阀芯9的内孔中。小阀芯10和小阀芯12由小弹簧11连接，安装在阀芯9右端的内孔中，小阀芯12的右端与13调整螺塞连接，螺塞13起到密封作用和微调弹簧压力的作用。
3.4工作原理
以“前进一档”为例，说明缓冲阀的工作过程：
1）闭合状态，前进离合器完全接合
阀杆1初始位置为伸出最短时，进油口A和出油口B之间的油路打开。液压油有经调节阀调定压力后进入换挡阀和缓冲阀的进油口A，此时缓冲阀处于闭合状态，液压油由进油口A流入，从出油口B流出进入换向阀，泄油口C和D在阀芯9的作用下，处于闭合状态。液压油经换向阀前进档工作位进入前进离合器排。在这种状态下，液压有的压力为系统压力1.9～2.1MPa[5]，前进排离合器处于结合状态，推耙机前进一档正常工作状态。
2）节流状态，前进离合器半结合
当向外拉缓冲阀的阀杆1时，阀套5和阀芯9的间距变大，弹簧6和弹簧8的压缩量变小，所受的压力相应的变小，阀芯9受到的向右的弹力变小。阀芯9受到的压力失去平衡，在弹簧11和油口B通过节流口小阀芯10产生的压力的作用下，阀芯9向左边移动。当阀芯9移动一定行程后，从油口A到油口B的油路关闭，压力下降，缓冲阀芯9在左侧弹簧的作用下向右移动，油口A和油口B的油路打开，重新进油，这个过程反复进行，直到阀芯受到的压力平衡，压力稳定。此时，前进离合器处于半结合状态。阀杆1继续向外伸出时，压力值继续降低，阀芯9在弹簧及节流口进入的压力作用下，对应位置有一个平衡点，前进离合器处于半结合状态。
3）缓冲阀完全开启，前进离合器分离
驾驶员继续踩缓冲踏板，阀杆1继续向外伸出，阀芯9继续向左移动，弹簧6和弹簧8压缩量继续减少，收到的压力负荷继续变小，直到与弹簧11平衡。此时阀芯9不再向左移动，油口A和油口B之间的油路关闭。油口B的液压油逐渐由泄油孔排出，前进离合器的作用油压下降为0。当缓冲阀杆1完全拉出后，阀芯9到向左的最大行程，弹簧6和弹簧8没有压缩量，阀芯9不承受向右的弹力，在弹簧11、小阀芯10和阀芯12的作用下阀芯9向左移动直到平衡。此时，油道孔A、油道孔B的液压油经泄油孔C、D排出至变速箱箱体。前进离合器处于完全分离状态
4 离合器结构组成及工作原理
4.1结构组成
动力换挡变速箱的离合器结构组成如图5所示，主要包括油缸体1、活塞3、密封环2、摩擦片4、垫板5等几部分组成。方向离合器为常开式离合器，在复位弹簧的作用下，摩擦片和垫板处于分离状态，不传递转速和动力[4-7]。
1-油缸体2-密封环3-活塞4-摩擦片5-垫板
图5离合器结构局部视图
4.2工作原理
为了适应不同的工况，驾驶员通过脚踩缓进踏板，来控制缓冲阀的阀杆伸出长度，从而控制通过换向阀进入方向离合器排的液压油压力，实现离合器排的分离和结合。
以前进离合器排为例，对应缓冲阀的不同工作状态，前进离合器相应的存在三种不同的工作状态：
1）离合器结合状态
缓冲阀的初始位置即阀杆伸出最短时，缓冲阀处于闭合状态，进入油缸体的液压油压力为系统压力，液压油推动活塞向右移动一定行程，将摩擦片和垫板压紧，在摩擦力的作用下，摩擦片和垫板结合在一块，离合器处于结合状态。
2）离合器半结合状态
当机器需要缓慢行进时，驾驶员轻轻踏下缓进踏板，缓冲阀处于半开启状态，进入前进离合器的液压油压力低于系统压力，在离合器内液压油的压力推动活塞向右运动一定行程[6]。液压油的压力一部分克服活塞复位弹簧的弹力，另一部分将摩擦片和垫板压紧，由于半开启时液压油压力低于系统压力，摩擦片和垫板因承受的轴向压力低，在摩擦系数一定的条件下，摩擦片和垫板承受的摩擦力小而发生相对滑动，此时，离合器处于半结合状态，机器缓慢移动。
3）离合器分离状态
阀杆伸出最长时，缓冲阀处于开启状态，前进离合器内的液压油通过泄油孔泄入变速箱箱体，活塞在复位弹簧的作用下向左运动，摩擦片和垫板因不承受轴向压力而失去摩擦力。此时，前进离合器处于分离状态，变速箱输入和输出动力切断，机器停止移动。
5 结论
缓冲阀应用到动力换挡变速箱上，实现了小马力的推耙机在特殊工况下缓慢行进的需求，满足了客户的不同需求，具有广阔的市场前景，具有十分重要的应用价值和经济意义。动力换挡变速箱安装缓冲阀，主要优点：
（1）缓冲阀的安装使小型推耙机更能适应在船舱、煤场等狭小空间作业，适应有缓进需求的工况；
（2）缓冲阀半开启状态时，方向离合器处于半结合状态，在工作或行走突然受到冲击载荷时，能有效地减少冲击和振动，防止发动机熄火；
（3）缓冲阀的阀杆通过连杆机构与驾驶室内的缓进踏板相连接，便于驾驶员操作；
（4）缓冲阀与变速阀、换挡阀设计在一块，结构合理，加工简单，易于安装，生产成本低。
参考文献
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