BS-1200（高原型）邊坡清篩機電氣應(yīng)急控制原理設(shè)計

王 維

（太原中車時代軌道工程機械有限公司北京分公司，北京100055）

0 引言

BS-1200（高原型）邊坡清篩機是一種適用于高海拔（海拔高度≤5 100m）的大型軌道線路養(yǎng)護設(shè)備，用于軌道道床邊坡道碴的清篩。BS-1200（高原型）邊坡清篩機由裝載車和篩分車組成。通過挖掘斗輪、松碴裝置、左側(cè)橫向帶、右側(cè)橫向帶、1#輸送帶、2#輸送帶、振動篩、回填裝置、整形裝置、枕端犁、清掃裝置、污土帶、轉(zhuǎn)運帶、回轉(zhuǎn)帶等作業(yè)裝置，完成整車作業(yè)。即將篩分后的干凈道碴回填到邊坡上，并將污土拋到道外或是物料車上。

由于作業(yè)時間有嚴格的限制，在作業(yè)過程中，若車輛發(fā)生故障，務(wù)必做到及時收車。為此，本車設(shè)計了電氣應(yīng)急控制電路——低壓控制應(yīng)急電路及應(yīng)急換擋電路。

1 低壓控制應(yīng)急電路設(shè)計

1.1 蓄電池供電

裝載車和篩分車分別有一組DC24V蓄電池。其中裝載車蓄電池即1#蓄電池，為1#發(fā)動機起動、整車內(nèi)部通話裝置、司機室煙霧報警器、行車安全設(shè)備、DC24V插座、制動燈、緊急停機、機器鎖定及控權(quán)控制電路供電。篩分車蓄電池即2#蓄電池，為2#發(fā)動機起動、控制及預(yù)熱裝置供電。

1.2 交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊供電

本車安裝有一臺交流發(fā)電機組，輸出電壓為AC380V。為整車交流用電設(shè)備及通過不同的交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊為其它直流用電設(shè)備進行供電。裝載車包括 3個 AC220V-DC24V、2個 AC220VDC12V、1個 AC220V-DC10V、1個 AC220V-DC±5V交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊；篩分車包括1個AC220VDC24V、2個 AC220V-DC12V、1個 AC220V-DC10V、1個AC220V-DC±5V交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊。

其中，裝載車的2個AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊并聯(lián)使用，同時為走行先導(dǎo)閥、作業(yè)先導(dǎo)閥、旁通閥、PLC控制系統(tǒng)、走行馬達閥驅(qū)動控制器、1#冷卻風(fēng)扇閥驅(qū)動控制器、報警控制、橫向帶電磁閥、振動篩電磁閥、標(biāo)志燈、換擋電磁閥、模式轉(zhuǎn)換、方向控制電路及裝載車喇叭、傳感器、照明控制、風(fēng)扇、雨刷、噴淋、電熱玻璃控制等進行供電；1個AC220VDC12V電源轉(zhuǎn)換模塊為控制挖掘斗輪及松碴器伸出、收回、上升、下降動作的閥驅(qū)動控制器供電；另1個AC220V-DC12V電源轉(zhuǎn)換模塊為挖掘斗輪懸掛側(cè)翼控制電磁閥供電；AC220V-DC10V電源轉(zhuǎn)換模塊為走行速度、作業(yè)速度、1#輸送帶、2#輸送帶、挖掘斗輪轉(zhuǎn)動速度控制進行供電；AC220V-DC±5V電源轉(zhuǎn)換模塊為振動篩傾斜及挖掘斗輪和松碴器動作控制手柄供電。

篩分車AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊為水泵控制、回轉(zhuǎn)帶控制、標(biāo)志燈、速度表、輔助避障裝置、走行模式、方向控制、2#冷卻風(fēng)扇閥驅(qū)動控制器、2#液壓油預(yù)熱控制以及篩分車喇叭、傳感器、電熱玻璃控制、雨刷、噴淋、風(fēng)扇、照明控制、增壓器控制等進行供電；1個AC220V-DC12V電源轉(zhuǎn)換模塊為控制整形裝置伸出、收回、上升、下降，回轉(zhuǎn)帶折疊、轉(zhuǎn)動及振動篩傾斜動作的閥驅(qū)動控制器供電；另1個AC220V-DC12V電源轉(zhuǎn)換模塊為回填口攝像機、監(jiān)視器及枕端犁、清掃裝置、回填口門、整形裝置前后翼板動作控制電磁閥供電；AC220V-DC10V電源轉(zhuǎn)換模塊為走行速度、污土帶、轉(zhuǎn)運帶和回轉(zhuǎn)帶轉(zhuǎn)動速度控制進行供電；AC220V-DC±5V電源轉(zhuǎn)換模塊為控制回轉(zhuǎn)帶伸展、折疊、左右旋轉(zhuǎn)及整形裝置伸縮、升降的電磁閥控制手柄供電。

整車PLC控制車輛的走行及部分作業(yè)裝置的動作，若PLC失電，則整車不可走行，且其所控制的作業(yè)裝置不能通過電氣控制而實現(xiàn)動作。

閥驅(qū)動控制器在接入電源的情況下，將PLC或控制手柄輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，以控制電磁閥，從而使相應(yīng)的設(shè)備進行動作。

1.3 低壓控制應(yīng)急電源的接入

由于這些交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊的用電設(shè)備均涉及到走行系統(tǒng)或作業(yè)裝置，為了在發(fā)電機組及任一電源轉(zhuǎn)換模塊發(fā)生故障時，可以及時收車，并能夠直觀的按原操作方法進行本車走行及作業(yè)裝置收回的操作，故從電氣方面采取應(yīng)急措施，即將兩組蓄電池在實現(xiàn)其應(yīng)有功能的同時，分別作為兩車低壓電路的應(yīng)急備用電源，緊急情況時，可直接輸出DC24V電源，替代AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊的供電，并在裝載車和篩分車作業(yè)控制臺，分別安裝一個直流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊，可同時將蓄電池供給的DC24V電源轉(zhuǎn)換成DC12V、DC10V、DC±5V，且輸出功率滿足應(yīng)急情況的工作要求。

1#蓄電池正極接入裝載車2個并聯(lián)AC220VDC24V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端；裝載車直流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊DC24V輸入端接入1#蓄電池正極，其輸出端，按照對應(yīng)的電壓值，分別與AC220V-DC12V、AC220V-DC10V、AC220V-DC±5V 電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端相連接，示意圖如圖1所示。

圖1 裝載車應(yīng)急供電示意圖

2#蓄電池正極接入篩分車AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端；篩分車直流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊DC24V輸入端接入2#蓄電池正極，其輸出端，按照對應(yīng)的電壓值，分別與AC220V-DC12V、AC220VDC10V、AC220V-DC±5V電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端相連接，示意圖如圖2所示。

圖2 篩分車應(yīng)急供電示意圖

所有應(yīng)急備用線路，均經(jīng)過本線路斷路器連接到交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端斷路器的出線端，以達到電路保護功能。使用應(yīng)急電源時，在1#或2#蓄電池供電狀態(tài)下，需先斷開交流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊輸出端斷路器，再閉合應(yīng)急電源輸出端斷路器。此外，在需要使用直流－直流電源轉(zhuǎn)換模塊時，需閉合此電源轉(zhuǎn)換模塊的供電斷路器，并打開電源開關(guān)，即可實現(xiàn)應(yīng)急供電。使用低壓控制應(yīng)急電路時，需關(guān)閉非必須使用的用電設(shè)備，降低耗電量。

使用完畢后，需將所有應(yīng)急電源輸出端斷路器、直流-直流電源轉(zhuǎn)換模塊電源開關(guān)及供電斷路器斷開。

2 應(yīng)急換擋電路設(shè)計

BS-1200（高原型）邊坡清篩機裝載車為動力車，前后兩個轉(zhuǎn)向架均為動力轉(zhuǎn)向架，共4根車軸，分別裝有1個車齒箱。車齒箱可掛接高、低兩個擋位，空擋時為中立位。為保證車齒箱在中立位，需在空擋時插入中位銷進行鎖定。中位銷的插入通常需要在高、低擋不斷切換的過程中進行。

2.1 P L C控制換擋電路原理

擋位轉(zhuǎn)換在PLC觸摸顯示屏上進行操作。觸摸屏將操作信號傳遞給PLC控制器，繼而PLC數(shù)字量輸出模塊輸出DC24V電壓信號，以控制不同的繼電器，使對應(yīng)的電磁閥線圈得電，從而氣缸相應(yīng)的風(fēng)管失風(fēng)，方可進行換擋。共3個繼電器控制6個電磁閥，繼電器代號分別為 K248、K248.1、K249；電磁閥代 號 分 別 為 Y361.1、Y362、Y362.2、Y363、Y363.2、Y364.1。電氣原理圖如圖3、圖4所示。圖中LCAR意為裝載車，F(xiàn)AXL為前轉(zhuǎn)向架，RAXL為后轉(zhuǎn)向架，虛線框表示設(shè)備的安裝位置。

圖4 繼電器控制換擋電磁閥

繼電器K248控制電磁閥Y361.1、Y362，K248.1控制 Y362.2、Y363，K249 控制 Y363.2、Y364.1。其中電磁閥 Y361.1、Y362.2、Y363.2安裝在前轉(zhuǎn)向架，Y362、Y363、Y364.1安裝在后轉(zhuǎn)向架，每個繼電器控制的兩個電磁閥線圈并聯(lián)，即同步控制。高擋時，繼電器K248、K248.1得電，繼而電磁閥Y361.1、Y362、Y362.2、Y363得電；低擋時，繼電器K249得電，則電磁閥Y363.2、Y364.1得電；空擋時，繼電器K248得電，電磁閥Y361.1、Y362得電。

同時，對應(yīng)每個車齒箱的每個擋位都有一個傳感器，將掛擋信號傳輸給PLC進行控制，并在觸摸顯示屏上顯示。電氣原理圖如圖5所示。

圖5 擋位信號反饋電氣原理圖

2.2 應(yīng)急換擋電路原理設(shè)計

由以上可見，換擋只能在PLC觸摸顯示屏上操作，當(dāng)PLC不能正常工作時，換擋功能將無法實現(xiàn)。為了解決這個問題，增強邊坡清篩機的應(yīng)急處置能力，設(shè)計應(yīng)急換擋電路，緊急狀態(tài)下實現(xiàn)車齒箱中立轉(zhuǎn)移，即實現(xiàn)空擋狀態(tài)，以能夠迅速撤離現(xiàn)場。因只有在空擋時，才允許被其他車輛聯(lián)掛拖拽。

為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定且便于操作，考慮到這些電磁閥動作所需為DC24V電壓信號，故應(yīng)急換擋電路不再使用正常操作時AC220V-DC24V電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出電源，直接采用1#蓄電池供電，越過PLC輸出控制的繼電器，使用應(yīng)急換擋開關(guān)直接控制電磁閥線圈。

在裝載車司機室電氣柜內(nèi)，安裝2個開關(guān)：PLC與應(yīng)急回路控制互鎖開關(guān)S362，應(yīng)急換擋開關(guān)S364；1個斷路器：蓄電池應(yīng)急換擋供電斷路器Q364。當(dāng)Q364閉合，S362在“緊急”位時，接通蓄電池電源，為S364供電，同時切斷PLC所控制的繼電器觸點與其對應(yīng)的電磁閥線圈之間的電路，使得換擋電磁閥只能通過S364控制，無法由PLC控制。S362在“正常”位時，接通PLC所控制的繼電器觸點與其對應(yīng)的電磁閥線圈之間的電路，并斷開蓄電池供電，換擋電磁閥只能通過PLC信號輸出繼電器控制，S364則不能控制。實現(xiàn)PLC與應(yīng)急回路控制的互鎖功能，可避免PLC與S364同時作用造成的混亂和隱患。在不使用應(yīng)急換擋功能的情況下，需將Q364斷開，并使S362處在“正?！蔽?。

應(yīng)急換擋開關(guān)S364為3位自復(fù)位開關(guān)，左旋為高擋位，右旋為低擋位，中間初始位為中立位，經(jīng)過S362及斷路器Q364接入到蓄電池供電電路中。S364三位常開觸點分別對應(yīng)接到控制高、低擋和空擋的電磁閥上，即S364的高擋位觸點，連接電磁閥Y361.1、Y362、Y362.2、Y363 正極接線端；中立位觸點，連接電磁閥Y361.1、Y362正極接線端；低擋位觸點，連接電磁閥Y363.2、Y364.1正極接線端。其中，高擋位與中立位觸點均連接Y361.1、Y362，而高擋位觸點同時連接 Y362.2、Y363，即 Y361.1、Y362、Y362.2、Y363正極處于聯(lián)通狀態(tài)，若S364在中立位，則Y362.2、Y363線圈依然會得電，故在 S364與Y362.2、Y363之間的電路中，接入S364另一常開觸點，此觸點動作與高擋位同步，即只有S364在高擋位時，此觸點閉合，Y362.2、Y363才會得電，S364在中立位時，此觸點不閉合，故Y362.2、Y363線圈不得電，只有電磁閥Y361.1、Y362線圈得電。電氣原理圖如圖6所示。

圖6 換擋電磁閥控制電氣原理圖

綜上所述，可采用應(yīng)急換擋電路控制實現(xiàn)換擋功能。從而在高、低擋切換過程中，手動插入中位銷進行空擋鎖定，最終確定4個車齒箱均在中立位。

低壓控制應(yīng)急電路與應(yīng)急換擋電路，已隨車生產(chǎn)制造，并完成試驗，性能穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

所設(shè)計的BS-1200（高原型）邊坡清篩機電氣低壓控制應(yīng)急電路，可以在發(fā)電機組或交流-直流電源模塊發(fā)生故障時，進行及時收車；而應(yīng)急換擋電路可以在PLC故障的情況下，實現(xiàn)車齒箱中立轉(zhuǎn)移，空擋鎖定，從而進行聯(lián)掛運行，進一步保證了車輛的安全使用。

Design of Electrical Emergency Control Principle for BS-1200（Plateau Type）Track Shoulder Ballast Cleaning Machine

WANGWei
（Taiyuan CRRC Times Rail Engineering Machinery Co.，Ltd.，Beijing 100055，China）

Abstract：The working principle of electrical emergency control of BS-1200（plateau type）track shoulder ballast cleaningmachine is introduced，including the design of low voltage control emergency circuit and emergency shift circuit.In some emergencies，electrical emergency control can be used to retrieve the operation device and control the running state of the vehicle to avoid potential safety hazards.

Keywords：electrical；meet an emergency；power supply changeover；shift gears；neutral gear