淺談有軌車輛液壓低恒速走行控制系統(tǒng)

高穎

摘要：有軌車輛發(fā)展的方向是采用電控液壓走行，是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的重要標(biāo)志之一。在操縱性能、反饋控制、整體布局都是一個巨大的成就。本文分別對有軌車輛液壓行走系統(tǒng)操作的具體理念、自動化程度、控制系統(tǒng)等方面進行簡要分析。

關(guān)鍵詞：有軌車輛；液壓低恒速；控制系統(tǒng)

1引言

有軌車輛低恒速控制系統(tǒng)是一門新生的綜合性應(yīng)用科學(xué)，它是在機車對速度要求精度敏感的前提下，利用了液壓系統(tǒng)的抗沖擊性好、無級變速可調(diào)、控制精度高、安全、高效等優(yōu)勢，避免在下坡道行車時發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高有軌車輛的安全性、速度控制性。

有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)采用反饋閉式回路方式，液壓泵控制方式選擇的是“模擬輸入信號—模擬輸出—反饋控制一速度”式控制方式。再根據(jù)實際工況中所得到的試驗數(shù)據(jù)，計算出液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量以及系統(tǒng)的功率。根據(jù)液壓系統(tǒng)中控制的常規(guī)要求，對電氣控制元件進行選型計算。有軌車輛走行液壓系統(tǒng)的控制重點在于走行恒速控制和走行協(xié)調(diào)性控制。

2有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)的介紹

2.1有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)簡述

有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)主要由輸入控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、輸出控制、人機交互系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)組成。輸入系統(tǒng)給PLC一個模擬電壓輸入，使PLC有一個變量參數(shù)變化，通過PLC按照預(yù)寫的公式進行計算并輸出模擬電流、電壓控制信號。對這一部分的要求是HMI人機交互顯示屏上滿足走行條件，并且無報警。輸入信號為可持續(xù)電壓變化量，并且要用傳輸線纜及PLC外殼有良好的屏蔽接地以免受外界影響，不會因外界電磁、白熾熱噪聲的不穩(wěn)定，影響控制電壓輸入的穩(wěn)定行，有利于PLC的識別與快速響應(yīng)，避免因干擾產(chǎn)生的擾動信號造成誤動作。另外，很重要的一點是：在信號輸出端和傳感器反饋輸入端也應(yīng)盡量避免雜散點磁場、白熾熱噪聲的影響，盡量讓傳感器反饋的是有效的液壓壓力及走行系統(tǒng)壓力的分量，使其不受或少受電磁場和電信號白熾熱的影響。

手柄信號輸入主要作用是給PLC一個原始信號。PLC將輸入信號通過計算將模擬電壓信號處理轉(zhuǎn)化并輸出模擬信號，以便于符合泵馬達(dá)的控制信號要求，傳感器將采集的信號送入計算機后再由計算機與實際手柄輸入信號做對比，進一步通過壓力差得知運行路段是處于上坡還是下坡。然后由計算機進行處理，對信號進行PID調(diào)節(jié)，來控制在油門手柄輸入不變時調(diào)節(jié)泵或者馬達(dá)的輸出控制信號，泵和馬達(dá)在通過輸入信號的改變做進一步的微調(diào)。

人機交互系統(tǒng)就是運行參數(shù)監(jiān)控和報警的通知、人工干預(yù)方式、速度參數(shù)的設(shè)定壓力的設(shè)定等操作。人機交互系統(tǒng)顯示機車運行的速度、工作的壓力、溫度等其他參數(shù)。同時提供人機交互的界面，以便于對數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)控、泵馬達(dá)泄漏的參數(shù)進行設(shè)置。

輔助系統(tǒng)包括制動系統(tǒng)等其他動力系統(tǒng)。制動要穩(wěn)定，避免因制動波動影響壓力傳感器信號的采集和誤判，在液壓主回路安裝液力制動，并安裝溢流閥等，下坡道時會造成的壓力堵塞瞬間升高。采取溢流、泄壓，避免因速度變化造成傳感器反饋過于頻繁，造成車速調(diào)整也過于頻繁。

2.2有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)的工作原理

首先液壓油箱按照要求加注液壓油。當(dāng)液壓油加注完成后液位傳感器和溫度傳感器工作，并向PLC提供響應(yīng)的參數(shù)，在確認(rèn)這些信息后，PLC會解除對發(fā)動機的啟動信號鎖定。當(dāng)發(fā)動機啟動后，每個液壓油泵的補油壓力也就是吸油壓力傳感器工作，并實時監(jiān)控防止液壓泵吸空瞬間溫度上升造成液壓泵燒毀。

泵排量的電氣控制采用了一個滑變式伺服比例控制閥作為調(diào)節(jié)排量輸出，調(diào)節(jié)伺服比例閥輸出先導(dǎo)壓力，該伺服比例閥將電流輸入信號轉(zhuǎn)換為線圈動作信號，并將該動作信號作為導(dǎo)壓力控制信號，控制泵內(nèi)的三位四通主動作閥芯，從而實現(xiàn)控制油缸雙向伺服無級變量控制。伺服油缸控制斜盤的傾角位置的移動，來完成泵排量從小排量切換到大排量與反向排量控制之間隨意的切換。由于斜盤的控制是通過一個機械式反饋拉桿與斜盤的中心連接，所以泵的排量同時受電氣輸入電流信號控制及斜盤機械位置反饋控制，從而實現(xiàn)了排量的雙向閉環(huán)控制。經(jīng)過雙向伺服油缸的控制，可實現(xiàn)泵排量的無級變速比例控制。

馬達(dá)的工作原理在這里可以看成類似液壓泵的反向工作，液壓是如何將液壓能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動形式的機械運動。軸向柱塞式液壓馬達(dá)的工作原理是斜盤和配油盤夾角的伺服比例變化，柱塞可在配油盤的孔內(nèi)移動，斜盤中心線和配油盤中心線相交一個傾角，此時馬達(dá)內(nèi)部流過的流量為最小，隨著斜盤和配油盤的傾角變化，改變了高壓油經(jīng)配油盤的進油腔進入缸體的柱塞孔時，高壓腔推動柱塞桿做活塞運動并作用在斜盤上。斜盤連接輸出軸并輸出轉(zhuǎn)速。

通過上述分析可以看出馬達(dá)排量的變化與泵的排量控制是相反的。當(dāng)泵的控制達(dá)到最大排量時穩(wěn)定后，才會改變馬達(dá)的排量。從而實現(xiàn)對有軌車輛液壓低恒速系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。考慮到間隙密封、壓力平衡、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及自動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等因素，液壓泵的吸進油腔、排油腔多是對稱的，能雙向變量旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)的進油腔和排油腔雖說是對稱的，但是其斜盤和配油盤是有夾角的。

2.3系統(tǒng)的控制方式和控制要求

本系統(tǒng)采用自動和手動結(jié)合的控制方式。有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)的手動控制功能與自動控制功能完全相同，即不采用自動控制單元時，走行系統(tǒng)能由手動操作運行。

自動反饋控制方式的優(yōu)點可提高車輛的運行可靠性，減少人工成本。采用自動控制方式的同時也需要采用手動控制方式加以輔助，用來對設(shè)備進行配件安裝、局部調(diào)試、故障維修等操作，從而降低設(shè)備運行的故障率，提高列車運行的可靠性。

系統(tǒng)的控制要求：滿足設(shè)備的工藝要求，檢測準(zhǔn)確無誤；由于設(shè)備安裝地點的環(huán)境惡劣，要求控制系統(tǒng)抗干擾能力一定要強；車輛運行可靠；車輛速度除自動控制外，應(yīng)有手動控制；有程序預(yù)選功能，程序選定后，整個列車速度過程自動控制；液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的運行應(yīng)有相應(yīng)的指示；故障報警應(yīng)有相應(yīng)的指示；有必要的電氣、液壓保護措施；有良好的散熱性能。

3結(jié)語

本文主要介紹了有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)相關(guān)理論知識，并較系統(tǒng)的闡述了有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)的基本原理及工作原理；經(jīng)過分析現(xiàn)場控制需求，確立了手動緊急控制和自動控制共存的控制模式，從而確定了系統(tǒng)的控制基本要求。

我國從20世紀(jì)初對有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)技術(shù)進行研究，于2008年、自主研發(fā)有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)列車，技術(shù)水平落后于國外的研究水平。多年來，在國內(nèi)有軌車輛液壓低恒速控制系統(tǒng)研究者的共同努力下，目前已有許多的高校和研究單位在這方面取得了巨大的成果，逐步縮小了與國外水平的差距。