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[摘 要]变速操纵阀作为控制变速箱的核心组件，其性能的好坏对整机性能的提升有着极大的关系，因此，理解了变速操纵阀的结构原理和油路走向，对变速操纵阀进行改进，能够显著改善变速箱的换挡品质，提高整机的性能。
[关键词]变速阀 原理 结构
中图分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0390-03
某公司新开发的动力换挡定轴式变速箱是应用在三吨装载机上的新型变速箱，该箱的开发对于公司加快技术改造升级和三吨装载机的市场竞争力的提升有着重要的意义。
该变速箱有手动和电控两种操纵方式，手动操纵控制适用于三吨级装载机的中低配置，电液控制主要应用在中高配置及出口上，有前三后三共六个挡位，两种变速操纵阀与箱体接口相同，具有较好的互换性。下面分别介绍两种操纵阀的原理和结构。
1、手动变速操纵阀
1.1 原理
从液压泵输出的油经滤油器进入溢流调压阀，当油压达到一定值（1.5～1.6MPa）时，调压阀打开，油经阀体内部油道进入下阀体的溢流阀，溢流阀调节进入变矩器的压力至一定值（0.5～0.6MPa）以补偿变矩器内泄露的油液，油压经调节后进入变矩器，供变矩器循环使用，流出变矩器的油经出口压力阀调节至0.18～0.2Mpa，经冷却器流至变速箱中需要润滑的地方。出口压力阀主要保持变矩器内有一定的压力，以防止变矩器内产生汽蚀现象。手动变速操纵阀原理如图（1）所示。
1.2 结构
该变速阀共有上下两个阀体，调压阀、方向选择阀和速度选择阀布置在上阀体上，溢流阀、气动切断阀布置在下阀体上，两个阀体中间有密封纸垫，阀面上的油道将上下阀体上的各个阀连通。其外形图如图（2）所示。
调压阀的作用是限制最高操纵油压，并使油压平稳上升，减少换挡冲击。调压阀由调压阀芯1、内弹簧2、中间弹簧3、外弹簧4和储能器活塞5组成，结构如图（3）所示。
从液压泵输出的油从进油口进入阀体，经阀芯左侧长孔进入阀芯左侧端部空腔。当压力达到一定值时，调压阀芯1克服内弹簧2和中间弹簧3右移，打开进入变矩器的油道，同时进入下阀体的溢流阀，溢流阀起背压作用，调节进入变矩器的压力至0.5～0.6Mpa，多余的油经回油口回到变速箱箱体内。
注意到控制油压的弹簧不是支撑在固定的阀体上面，而是支撑在右端可移动活塞上，当活塞移动时，随着弹簧的不断被压缩，与之相平衡的油压也不断升高，从而改变控制油的压力值。储能器活塞背面的油腔，通过单向节流阀和操纵件油道连通，油流入该腔时经节流孔，流出时，经单向阀而不经过节流孔。从气动切断阀进来的油填充油道进入离合器包，推动活塞移动消除摩擦片之间的间隙，完成快速充油过程，此时储能器活塞处于右端极限位置。随后油压开始上升，压力油经节流孔进入储能器右侧油腔，克服外弹簧推力，推动活塞左移，使小弹簧和中间弹簧不断压缩，油压也不断上升，最后活塞移到左端如图极限位置，油压达到规定的1.5～1.6Mpa，离合器彻底接合。
离合器油压上升的快慢取决于内弹簧和中间弹簧压缩量增加的快慢，也就是活塞左移的快慢，由于进入储能器的油要经过节流孔，流量很小，活塞移动缓慢，从而保证了操纵油压平缓上升。当离合器卸压时，储能器油腔中的油经单向阀而非节流孔迅速排出，保证下次挂挡时正常工作。
单向节流阀结构如图（4）所示，锥形弹簧大端面坐在下阀面的油槽内，小端面接单向节流阀下端面，单向节流阀的上端口顶在储能器油腔内。由于弹簧力和油压的作用，进入储能器的压力油只能经过节流孔进入储能器腔内，排油时，由于锥形弹簧刚度极小，储能器油腔内的油液直接顶开单向节流阀头，经过下阀体油道而非节流孔回油箱。
气动切断阀由活塞杆1、切断阀芯2、弹簧3、柱塞4组成，结构如图（5）所示。不制动时，切断阀芯在弹簧力的作用下，保持在左端极限位置，从调压阀进来的压力油与进入离合器的油道相通。制动时，压缩空气进入气缸，推动活塞杆右移，从而推动切断阀芯克服弹簧力右移，直至阀芯右端顶住柱塞左端。此时，从调压阀进离合器的油道被阻断，压力油通过布置在阀体上的油道回油箱。接合的离合器在弹簧力的作用下分离，油经油道回油箱，从而使变速箱处于空挡状态。
挡位选择阀分为方向选择阀和速度选择阀，方向选择阀为三位四通滑阀，速度选择阀为三位六通滑阀，均是由钢球定位。如图（6）。首先，从切断阀进来的主压力油进入方向选择阀，通过布置在阀面上的油道进入下面的速度选择阀，然后，压力油经速度选择阀杆中心油道孔进入阀杆右侧，通过阀面上的油道进入箱体离合器油缸。方向选择阀中间位置为空挡，方向选择阀前拉，使主压力油与进入前进离合器包的油道相通，实现前进挡。速度选择阀中间位置为二挡，换挡时，将速度选择阀前拉，使压力油与进入三挡离合器包的油道相通，实现由二挡到三挡的转换，换到一挡时原理与此相同。
由于方向阀置于中间时，为空挡位置，进入操纵阀的压力油，不能进入前进和后退離合器包，而由发动机经变矩器传递过来的动力首先要经过前进或后退离合器的压合才能输出，所以此时操纵速度选择阀，虽然挡位离合器压合，仍不能传递动力。
2、电液变速操纵阀
2.1 原理
从液压泵输出的油经滤油器进入调压阀，当油压达到一定值（1.5～1.6MPa）时，调压阀打开，油经阀体内部油道进入下阀体的溢流阀，溢流阀调节进入变矩器的压力至一定值（0.5～0.7MPa）供变矩器循环使用，流出变矩器的油经出口压力阀调节至 0.18～0.2Mpa，经冷却器冷却后进入变速箱润滑。经过主调压阀调压后的压力油一路经节流阀、缓冲阀进入箱体离合器包，另一路经控制油调压阀调节压力至0.95～1.05Mpa后，通过电磁阀的开闭，控制挡位滑阀，分别开通和关闭相应的主压力油道口，起先导控制作用。电液变速操纵阀原理如图（7）所示。 2.2 结构
该变速阀共有上下两个阀体，调压阀和缓冲阀布置在上阀体上，溢流阀、控制油调压阀和两个挡位控制滑阀布置在下阀体上，两个阀体中间有密封纸垫，阀面上的油道将上下阀体上的各个阀连通。阀体左侧外罩内有四个电磁阀安装在上阀体上，电磁阀接线通过阀体下方接口引出，与控制盒接口相连。其外形结构如图（8）所示。
调压阀由调压阀芯1、内弹簧2和中间弹簧3组成，结构如图（9）所示。
从液压泵经滤清器输出的油从进油口进入阀体，当压力达到一定值时，克服内弹簧2和外弹簧3右移，打开进入变矩器的油道，同时进入下阀体的溢流阀，溢流阀起背压作用，调节进入变矩器的压力至0.5～0.6Mpa，多余的油经回油口回油箱。同时，一路压力油去主油路，一路压力油去控制油调压阀。
控制油調压阀主要作用是将主油路过来的压力油（1.5～1.6MPa）调节至0.95～1.05Mpa，然后去作为先导油去控制挡位滑阀的位置，从而改变主油路的走向，实现不同的挡位要求。控制油调压阀有阀芯1和弹簧2组成。如图（10）。
首先，当阀芯处于图示位置时，压力油进入上方空腔内，沿左侧开口通过阀芯内部中心油孔进入阀芯下部，从而推动阀芯克服弹簧力向上移动，随着弹簧力的增加，从腔
左侧开口去控制油路的压力也不断升高，在压力油的作用下，阀芯不断上移，慢慢堵塞从阀上腔内进入下腔的压力油，当左侧开口全部关闭时，弹簧力正好使控制油的油压达到0.95～1.05Mpa。
为了获得良好的换挡品质，减少换挡冲击，该阀设置了缓冲结构，以期能使挡位离合器平稳结合。一般来说，理想的离合器的接合过程油分为三个阶段，快速充油、缓冲升压和阶跃升压阶段。快速充油阶段从离合器液压缸充液克服弹簧的预压力开始，直到完全消除摩擦片之间的间隙为止。缓冲升压阶段是从主被动摩擦片开始传递摩擦转矩开始，并达到转速同步为止。阶跃升压阶段是自缓冲升压结束后，油液急剧升高至一定压力，保证离合器具有足够的力矩储备。
本缓冲阀结构和油路走向比较复杂，如图（11）。它主要由图片上方的缓冲阀和下方的释控阀组成。
首先，压力油经主调压阀调压后分别经过两个节流孔O1和O2进入阀V1和V2。第一阶段的充油特性控制由节流孔O1完成，控制该阶段的结束则由V3阀来完成。快速充油阶段终点压力的大小由V3阀弹簧的刚度确定。
在缓冲升压阶段，P1通过布置在阀面上的油道与缓冲阀左端相通，当压力达到能够克服缓冲阀弹簧力的时候，缓冲阀芯V1右移，堵住经节流孔O1进入V3阀左侧的油路，同时经O2进入V3右腔的油路也被堵塞，油液经油道回油箱。在P2的作用下， 调压阀芯V2开始向左移，此时P1的大小由缓冲弹簧力来决定，随着调压阀不断左移，缓冲弹簧不断被压缩，与弹簧力相平衡的油压P2也就不断升高。当V1阀芯右端面S1接触到V2阀芯左端面S2时，完成缓冲升压阶段。此时，调压阀芯V2和缓冲阀芯V1一起左移，使压力P1急剧升高到系统压力，完成换档离合器接合的充油过程。
通过对缓冲阀的原理分析可知，通过改变缓冲阀的局部结构参数如节流口大小以及对弹簧刚度进行调整，能够有效地对缓冲时间的长短、缓冲终点压力的大小进行调节，以满足不同变速箱对换档品质控制的需要。
挡位控制滑阀是由三个两位四通和一个两位六通滑阀组成，如图（12）。经主调压过来的压力油进入阀体油道，作为压合离合器的主油路。控制油则进入各个滑阀边侧空腔内，通过不同电磁阀组合的开闭来打开或关闭相应的控制油油路，从而控制滑阀的移动，主压力油便通过滑阀的导向由布置在阀面上的油道进入相应的离合器包，实现挡位切换功能。
3、结论
本文详细分析了应用在三吨装载机的定轴式动力换挡变速箱上的两种不同配置的变速操纵阀的结构、原理和油路走向；在此基础上，可以对变速操纵阀进行改进，从而提升变速箱性能，改善变速箱的换挡品质，实现更平顺可靠的换挡操作，提高整机的可靠性、耐久性和乘坐舒适性。
[关键词]变速阀 原理 结构
中图分类号：TM714.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0390-03
某公司新开发的动力换挡定轴式变速箱是应用在三吨装载机上的新型变速箱，该箱的开发对于公司加快技术改造升级和三吨装载机的市场竞争力的提升有着重要的意义。
该变速箱有手动和电控两种操纵方式，手动操纵控制适用于三吨级装载机的中低配置，电液控制主要应用在中高配置及出口上，有前三后三共六个挡位，两种变速操纵阀与箱体接口相同，具有较好的互换性。下面分别介绍两种操纵阀的原理和结构。
1、手动变速操纵阀
1.1 原理
从液压泵输出的油经滤油器进入溢流调压阀，当油压达到一定值（1.5～1.6MPa）时，调压阀打开，油经阀体内部油道进入下阀体的溢流阀，溢流阀调节进入变矩器的压力至一定值（0.5～0.6MPa）以补偿变矩器内泄露的油液，油压经调节后进入变矩器，供变矩器循环使用，流出变矩器的油经出口压力阀调节至0.18～0.2Mpa，经冷却器流至变速箱中需要润滑的地方。出口压力阀主要保持变矩器内有一定的压力，以防止变矩器内产生汽蚀现象。手动变速操纵阀原理如图（1）所示。
1.2 结构
该变速阀共有上下两个阀体，调压阀、方向选择阀和速度选择阀布置在上阀体上，溢流阀、气动切断阀布置在下阀体上，两个阀体中间有密封纸垫，阀面上的油道将上下阀体上的各个阀连通。其外形图如图（2）所示。
调压阀的作用是限制最高操纵油压，并使油压平稳上升，减少换挡冲击。调压阀由调压阀芯1、内弹簧2、中间弹簧3、外弹簧4和储能器活塞5组成，结构如图（3）所示。
从液压泵输出的油从进油口进入阀体，经阀芯左侧长孔进入阀芯左侧端部空腔。当压力达到一定值时，调压阀芯1克服内弹簧2和中间弹簧3右移，打开进入变矩器的油道，同时进入下阀体的溢流阀，溢流阀起背压作用，调节进入变矩器的压力至0.5～0.6Mpa，多余的油经回油口回到变速箱箱体内。
注意到控制油压的弹簧不是支撑在固定的阀体上面，而是支撑在右端可移动活塞上，当活塞移动时，随着弹簧的不断被压缩，与之相平衡的油压也不断升高，从而改变控制油的压力值。储能器活塞背面的油腔，通过单向节流阀和操纵件油道连通，油流入该腔时经节流孔，流出时，经单向阀而不经过节流孔。从气动切断阀进来的油填充油道进入离合器包，推动活塞移动消除摩擦片之间的间隙，完成快速充油过程，此时储能器活塞处于右端极限位置。随后油压开始上升，压力油经节流孔进入储能器右侧油腔，克服外弹簧推力，推动活塞左移，使小弹簧和中间弹簧不断压缩，油压也不断上升，最后活塞移到左端如图极限位置，油压达到规定的1.5～1.6Mpa，离合器彻底接合。
离合器油压上升的快慢取决于内弹簧和中间弹簧压缩量增加的快慢，也就是活塞左移的快慢，由于进入储能器的油要经过节流孔，流量很小，活塞移动缓慢，从而保证了操纵油压平缓上升。当离合器卸压时，储能器油腔中的油经单向阀而非节流孔迅速排出，保证下次挂挡时正常工作。
单向节流阀结构如图（4）所示，锥形弹簧大端面坐在下阀面的油槽内，小端面接单向节流阀下端面，单向节流阀的上端口顶在储能器油腔内。由于弹簧力和油压的作用，进入储能器的压力油只能经过节流孔进入储能器腔内，排油时，由于锥形弹簧刚度极小，储能器油腔内的油液直接顶开单向节流阀头，经过下阀体油道而非节流孔回油箱。
气动切断阀由活塞杆1、切断阀芯2、弹簧3、柱塞4组成，结构如图（5）所示。不制动时，切断阀芯在弹簧力的作用下，保持在左端极限位置，从调压阀进来的压力油与进入离合器的油道相通。制动时，压缩空气进入气缸，推动活塞杆右移，从而推动切断阀芯克服弹簧力右移，直至阀芯右端顶住柱塞左端。此时，从调压阀进离合器的油道被阻断，压力油通过布置在阀体上的油道回油箱。接合的离合器在弹簧力的作用下分离，油经油道回油箱，从而使变速箱处于空挡状态。
挡位选择阀分为方向选择阀和速度选择阀，方向选择阀为三位四通滑阀，速度选择阀为三位六通滑阀，均是由钢球定位。如图（6）。首先，从切断阀进来的主压力油进入方向选择阀，通过布置在阀面上的油道进入下面的速度选择阀，然后，压力油经速度选择阀杆中心油道孔进入阀杆右侧，通过阀面上的油道进入箱体离合器油缸。方向选择阀中间位置为空挡，方向选择阀前拉，使主压力油与进入前进离合器包的油道相通，实现前进挡。速度选择阀中间位置为二挡，换挡时，将速度选择阀前拉，使压力油与进入三挡离合器包的油道相通，实现由二挡到三挡的转换，换到一挡时原理与此相同。
由于方向阀置于中间时，为空挡位置，进入操纵阀的压力油，不能进入前进和后退離合器包，而由发动机经变矩器传递过来的动力首先要经过前进或后退离合器的压合才能输出，所以此时操纵速度选择阀，虽然挡位离合器压合，仍不能传递动力。
2、电液变速操纵阀
2.1 原理
从液压泵输出的油经滤油器进入调压阀，当油压达到一定值（1.5～1.6MPa）时，调压阀打开，油经阀体内部油道进入下阀体的溢流阀，溢流阀调节进入变矩器的压力至一定值（0.5～0.7MPa）供变矩器循环使用，流出变矩器的油经出口压力阀调节至 0.18～0.2Mpa，经冷却器冷却后进入变速箱润滑。经过主调压阀调压后的压力油一路经节流阀、缓冲阀进入箱体离合器包，另一路经控制油调压阀调节压力至0.95～1.05Mpa后，通过电磁阀的开闭，控制挡位滑阀，分别开通和关闭相应的主压力油道口，起先导控制作用。电液变速操纵阀原理如图（7）所示。 2.2 结构
该变速阀共有上下两个阀体，调压阀和缓冲阀布置在上阀体上，溢流阀、控制油调压阀和两个挡位控制滑阀布置在下阀体上，两个阀体中间有密封纸垫，阀面上的油道将上下阀体上的各个阀连通。阀体左侧外罩内有四个电磁阀安装在上阀体上，电磁阀接线通过阀体下方接口引出，与控制盒接口相连。其外形结构如图（8）所示。
调压阀由调压阀芯1、内弹簧2和中间弹簧3组成，结构如图（9）所示。
从液压泵经滤清器输出的油从进油口进入阀体，当压力达到一定值时，克服内弹簧2和外弹簧3右移，打开进入变矩器的油道，同时进入下阀体的溢流阀，溢流阀起背压作用，调节进入变矩器的压力至0.5～0.6Mpa，多余的油经回油口回油箱。同时，一路压力油去主油路，一路压力油去控制油调压阀。
控制油調压阀主要作用是将主油路过来的压力油（1.5～1.6MPa）调节至0.95～1.05Mpa，然后去作为先导油去控制挡位滑阀的位置，从而改变主油路的走向，实现不同的挡位要求。控制油调压阀有阀芯1和弹簧2组成。如图（10）。
首先，当阀芯处于图示位置时，压力油进入上方空腔内，沿左侧开口通过阀芯内部中心油孔进入阀芯下部，从而推动阀芯克服弹簧力向上移动，随着弹簧力的增加，从腔
左侧开口去控制油路的压力也不断升高，在压力油的作用下，阀芯不断上移，慢慢堵塞从阀上腔内进入下腔的压力油，当左侧开口全部关闭时，弹簧力正好使控制油的油压达到0.95～1.05Mpa。
为了获得良好的换挡品质，减少换挡冲击，该阀设置了缓冲结构，以期能使挡位离合器平稳结合。一般来说，理想的离合器的接合过程油分为三个阶段，快速充油、缓冲升压和阶跃升压阶段。快速充油阶段从离合器液压缸充液克服弹簧的预压力开始，直到完全消除摩擦片之间的间隙为止。缓冲升压阶段是从主被动摩擦片开始传递摩擦转矩开始，并达到转速同步为止。阶跃升压阶段是自缓冲升压结束后，油液急剧升高至一定压力，保证离合器具有足够的力矩储备。
本缓冲阀结构和油路走向比较复杂，如图（11）。它主要由图片上方的缓冲阀和下方的释控阀组成。
首先，压力油经主调压阀调压后分别经过两个节流孔O1和O2进入阀V1和V2。第一阶段的充油特性控制由节流孔O1完成，控制该阶段的结束则由V3阀来完成。快速充油阶段终点压力的大小由V3阀弹簧的刚度确定。
在缓冲升压阶段，P1通过布置在阀面上的油道与缓冲阀左端相通，当压力达到能够克服缓冲阀弹簧力的时候，缓冲阀芯V1右移，堵住经节流孔O1进入V3阀左侧的油路，同时经O2进入V3右腔的油路也被堵塞，油液经油道回油箱。在P2的作用下， 调压阀芯V2开始向左移，此时P1的大小由缓冲弹簧力来决定，随着调压阀不断左移，缓冲弹簧不断被压缩，与弹簧力相平衡的油压P2也就不断升高。当V1阀芯右端面S1接触到V2阀芯左端面S2时，完成缓冲升压阶段。此时，调压阀芯V2和缓冲阀芯V1一起左移，使压力P1急剧升高到系统压力，完成换档离合器接合的充油过程。
通过对缓冲阀的原理分析可知，通过改变缓冲阀的局部结构参数如节流口大小以及对弹簧刚度进行调整，能够有效地对缓冲时间的长短、缓冲终点压力的大小进行调节，以满足不同变速箱对换档品质控制的需要。
挡位控制滑阀是由三个两位四通和一个两位六通滑阀组成，如图（12）。经主调压过来的压力油进入阀体油道，作为压合离合器的主油路。控制油则进入各个滑阀边侧空腔内，通过不同电磁阀组合的开闭来打开或关闭相应的控制油油路，从而控制滑阀的移动，主压力油便通过滑阀的导向由布置在阀面上的油道进入相应的离合器包，实现挡位切换功能。
3、结论
本文详细分析了应用在三吨装载机的定轴式动力换挡变速箱上的两种不同配置的变速操纵阀的结构、原理和油路走向；在此基础上，可以对变速操纵阀进行改进，从而提升变速箱性能，改善变速箱的换挡品质，实现更平顺可靠的换挡操作，提高整机的可靠性、耐久性和乘坐舒适性。