防爆柴油机车具有牵引力大、过载能力强、工作效率高、机动灵活等特点,广泛使用于煤矿井下的轨道运输。防爆柴油机车的换挡操作复杂,驾驶员操作难度大,另外,井下的工作环境恶劣,长时间紧张的工作容易使驾驶员出现驾驶疲劳,从而导致误操作,甚至发生事故。为了使防爆柴油机车的换挡操作更加简便,降低驾驶员的工作强度,使用手动循环换挡机构代替当前的换挡机构。手动循环换挡机构由普通手动换挡机构改进而来,只设置升档和降档两个档位,简化了换挡操作,降低了驾驶人员的操作强度,对防爆柴油机车的推广具有积极作用。本文借助于虚拟样机技术对手动循环换挡机构的换挡性能进行了研究,对手动循环换挡机构的设计及在防爆柴油机车上的应用具有参考价值。首先,介绍手动循环换挡机构的结构组成及工作原理,分析同步器的同步过程,以普通汽车为例探讨换挡性能的评价方法。其次,对手动循环换挡机构的换挡过程和同步器同步理论模型进行分析,得出影响换档过程的关键参数,研究各个参数的计算方法,为建立手动循环换挡机构虚拟样机提供理论依据。然后,以CCG8型防爆柴油机车为例,使用三维建模软件CATIA、接口软件Sim Designer和多体动力学仿真软件ADAMS建立手动循环换挡机构的虚拟样机模型。结合实际工况,对手动循环换挡机构的升档和降档过程、不同换挡速度及变速鼓凸轮槽升角对换挡力的影响进行动力学仿真分析,通过仿真得出的换挡力曲线分析其换挡性能。得出以下结论:(1)一档升二档及二档降一档过程的二次冲击力与最大换挡力的比值稍大,其他换挡过程的最大换挡力和二次冲击力均在合理的范围内,驾驶员换挡操作轻便舒适,手动循环换挡机构具有较好的换挡性能;(2)驾驶员的换挡速度越快,换挡过程中的最大换挡力和二次冲击力越大,车速下降幅度越小;(3)变速鼓凸轮槽升角越大,换挡过程中的最大换挡力和二次冲击力越大,设计凸轮槽升角时,需要综合考虑换挡性能及变速鼓直径两方面因素。最后,对全文进行总结,并对后续相关研究进行展望。