D09-32油门电气控制系统分析.doc

D09-32油门电气控制系统分析 捣固系列大型养路机械是自带动力的铁路工程机械，所用的发动机都是德国道依茨生产的12缸V型发动机。发动机作为机械的动力源，对发动机的控制主要是转速控制，除D08-32捣固车使用的是风控油门外，其它几种车型使用得比较普遍的是电控油门系统。基本原理是升降油门拉把，使油门电机获得相应的控制电流，拉动与发动机油门拉杆连接的软轴，并通过一定的反馈装置，使发动机得到比较稳定的转速。从原理上看确实不是很复杂，但实际设计上除完成控制转速外，还有相应的连锁，速度锁定，故实际电气系统还是比较复杂的。特别D09-32型捣固车的油门控制，比较具有代表性，也是比较先进，功能比较多的一套油门控制系统，本文将对其原理进行详细介绍。 与电控油门系统比起来，风控油门系统实现起来要简单一些，但是有几个缺点：其一，就是在机器长时间未发动，系统无风压的情况下，油门是不受控制的；其二，风控油门是用节流型手柄阀控制，操作起来比较费力，控制转速不灵敏；其三，完成多个转速控制比较困难，使机器作业速度不方便控制。D09-32采用一块电路板和外围控制开关，拉把控制油门的状态。目前国内引进的几种大型养路机械中，D09-32的油门控制功能比较全面、控制过程也比较先进，本文将对该系统进行详细分析，以提高对大型养路机械整机控制的深入了解。一、电压变换电路因油门控制系统中要用到+12V及+5V电压，而D09-32捣固车能提供的为两组+12V电瓶串连得到的+24V直流电压，故电路系统设计了电压变换电路，如下图1-1及1-2所示 。 图1-1 图1-1是24V到12V转换电路，为提高它的电压的稳定性，采用了三端稳压器7812和稳压管来稳定电压。78表示正压输出，7812表示+12V的电压输出，主要用来把+24V电压转换为稳定的+12V电压。稳压管及与其并联的二个电容用来保证输入电压稳定在+24V左右不大的范围内，并过滤脉冲信号。图1-2是12V转换5V的运放电路，主要由LM124运算放大器图1-2 中的一级放大器及其外围电阻组成。其电路模型可以近似由理论公式计算得出。设电位器电阻为P7,在(01K )内变化,其它:R24=6.49k ,R23=10K。根据运放计算理论，可得出： u-u+ = 5V =把已知的值代入上式，可得： P7=0.65K 从上面的计算可知，通过调整P7电位器，在P7=0.65K 时，可在放大器输出端得到+5V电压。P7=0.65K 在电位器阻值范围内，能满足实际要求。二、双稳态触发器及磁保持继电器控制为满足发动机作业转速控制（本文所述的作业转速与作业怠速是指为方便操作，在作业一号位设置的一开关，开关可转到作业怠速或作业转速位，分别对应发动机转速为1100r/m、2150r/m，整个油门电路系统中引入了比较特殊的触发器与磁保持继电器控制电路，这种电路主要是满足瞬时得电保持一状态；再瞬时得电又转到另外一种状态。这种电路在捣固车的交替拨道控制电路板中也曾经用到。电路模型如图1-3所示。 图1-3图1-3中的VS5-24就是双稳态触发器的框图，当它的3脚得电时，内部触发器脉冲使与它的1或4相串连的三级管导通，故1或4脚中的一路必然接地，1和4分别与磁保持继电器的L1、L2相连接，L1、L2 将有一个线圈动作。该磁保持继电器具有两个绕组，用脉冲激励就能使其翻转，同一时刻只能有一个绕组被激励，不能L1、L2同时激励。对于油门控制电路，L1线圈得电，RE3的10、11连通，即RE3的各触点保持图1-3的状态；L2线圈得电，RE3的各触点保持与图1-3的状态相反，即RE3的2、3触点闭合。与2触点相连的是作业转速设定电位器电路，调节P4就可以设定作业转速电压，这个电压通过闭合的2、3接入后级的油门电机回路，完成作业转速控制。即D0932捣固车作业时, 通过三个作业转速开关控制RE6瞬时得电，RE3就动作，完成作业速度控制；再按一次，作业指示灯灭，RE3再次动作，回到作业怠速状态。实际调试是这样进行的，校正完转速显示表后，将作业电源打开，机器正常发动中，将转换开关转到作业怠速位置，调整P3使表显示到1100r/m,即完成作业怠速控制。调定作业转速时，使开关在作业速度位置，这时图1-3的RE3动作，2、3脚闭合，调P4使表显示2150r/m,就可完成作业转速调定。三、 常规油门控制 除作业转速控制比较常用外，正常升降油门的情况也是比较常见的，即油门拉把的不同位置，对应发动机的转速在最高和最低范围内变化。假设油门拉把输入的电压为Vi，P6处电压为Vi1；P6、P11对应电阻为P6（022 K ）、P11（05 K ）；R11=24.3K、R10=18K、R9=10K、R6=R7=7K、V0为运放OP3D输出电压。调试规定：油门最小：Vi=1.6VV0=8.5V 油门最大：V0=9V V0=1.8V。可得出如下的计算程式： 把上面的值代入上式，可得 故 P6=1K P11=4.3K Vi1=11.4V可知P6及P11都在电位器的给定阻值范围内，故在调试过程中，能调出相应参数。实际调试油门时，一般先通过调整P6、P11,使在最大和最小油门位置时，保证V0分别为1.8V和8.5V。用转速表校正完转速后，调整拉把到最大油门，调P9使发动机转速到2300r/m（看转速表显示），直到多次油门最大，都保证在2300r/m；同理，把拉把放到最小，调整P8电位器，使表显示在900r/m.这样就实际完成了常规最大及最小油门电气限定。四、油门电机反馈控制 在控制油门转速时，原理上就是给油门电机提供正反电压，使油门电机伸出或缩回，以达到拉放油门拉杆，使发动机转速升降。到发动机转速达到规定值时，如果不把这个信号反馈回控制电路，转速将继续变化。油门电路的反馈是通过电机本身来完成的，电机伸出或缩回，将有一个反向电位（负反馈）到油门电机输入电路。当达到规定转速时，输入控制电压与反馈电压相平衡，电机将保持这个位置，即保持这个控制转速不变。这里电气图是一般的运放电路，不再计算分析。