易師武 上?？瓦\(yùn)專線基礎(chǔ)設(shè)施維修基地

08-32 型搗固車目前使用的是風(fēng)控油門，其控制采用風(fēng)源手動(dòng)控制油門拉桿，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但有幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)在機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間未發(fā)動(dòng)，系統(tǒng)無(wú)風(fēng)壓的情況下，油門不受控制；(2)風(fēng)控油門是用節(jié)流型手柄閥控制，操作起來(lái)比較費(fèi)力，控制轉(zhuǎn)速不靈敏；(3)完成多個(gè)轉(zhuǎn)速控制不方便，使機(jī)器作業(yè)速度不方便控制。

1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用一塊線路板，配套外圍控制開關(guān)和伺服電機(jī)機(jī)構(gòu)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門拉桿連接的軟軸，并通過(guò)一定的反饋裝置，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到比較穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。并考慮到08-32 型搗固車掛檔降功及制動(dòng)油門控制、新增前后司機(jī)室油門切換控制、新增作業(yè)怠速及作業(yè)轉(zhuǎn)速控制等相應(yīng)的連鎖，速度鎖定，故實(shí)際電氣系統(tǒng)較復(fù)雜。電氣系統(tǒng)分為信號(hào)輸入、控制電路板、信號(hào)輸出三部分，根據(jù)電氣系統(tǒng)劃分，設(shè)計(jì)思路如下：

1.1 輸入信號(hào)

（1）前后司機(jī)室各有一個(gè)手柄電位器，控制油門轉(zhuǎn)速，其基準(zhǔn)電壓為0 V、+12 V（來(lái)自線路板電源）；

（2）油門拉桿位置反饋信號(hào)（油門伺服電機(jī)輸出）。

1.2 輸出信號(hào)

（1）油門電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓值信號(hào)；

（2）油門工況指示信號(hào)（前室或后室控制、作業(yè)怠速、作業(yè)轉(zhuǎn)速）。

1.3 控制電路板（代號(hào)EL-T5311）

（1）+24 V 外接電源轉(zhuǎn)換+12 V、+5 V 電源信號(hào)；

（2）各輸入信號(hào)調(diào)整、運(yùn)放處理；

（3）繼電器、觸發(fā)器控制油門各工況轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)；

（4）油門驅(qū)動(dòng)功率輸出電路（PA25 功率管配套電路設(shè)計(jì)）。

2 原理闡述

油門控制改造圖如圖1 所示，方框內(nèi)為設(shè)計(jì)的油門驅(qū)動(dòng)板（EL-T5311），框外左下2 個(gè)電位器分別為前、后司機(jī)室電控油門手柄，分別通過(guò)運(yùn)放OP3A、OP3B 進(jìn)入OP3D、OP3C，提供油門給定信號(hào)。框外左下前2 個(gè)按鈕開關(guān)及配套指示燈為前、后油門選擇控制；框外左下第3 個(gè)按鈕及燈為作業(yè)轉(zhuǎn)速選定開關(guān)，開關(guān)信號(hào)輸入到VS5-24 V 觸發(fā)器內(nèi)；第4 個(gè)燈（方向從左至右）為作業(yè)怠速指示燈。

油門板17、18、19 腳外接制動(dòng)怠速、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源等信號(hào)，用于控制啟動(dòng)怠速、制動(dòng)怠速等。

框外右側(cè)28、29 腳連接一油門電機(jī)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門開啟大小。

圖1 油門控制改造電氣圖

框外右下電位器為油門電極內(nèi)的反饋信號(hào)，其值通過(guò)OP2B 和OP2A 運(yùn)算后經(jīng)R15 輸入到OP2D；油門給定信號(hào)經(jīng)過(guò)R22 也輸入到OP2D。兩值疊加經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器OP2D 運(yùn)算經(jīng)R34 輸出到OP1，當(dāng)OP2D 輸出為（0～5）V 時(shí)OP1 輸出29 腳為+24 V，28 腳為0 V，油門下降；當(dāng)OP2D 輸出為（5～8.5）V 時(shí)OP1 輸出29 腳為+24 V，28 腳為+24 V，油門不動(dòng)；當(dāng)OP2D 輸出為（8.5～12）V 時(shí)OP1 輸出29 腳為0 V，28 腳為+24 V，油門上升。電路板具體控制原理闡述如下：

2.1 電壓變換電路

因油門控制系統(tǒng)中要用到+12 V 及+5 V 電壓，而08-32搗固車能提供的為兩組+12 V 電瓶串連得到的+24 V 直流電壓，故電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電壓變換電路。

為提高它的電壓的穩(wěn)定性，采用了三端穩(wěn)壓器7812 和穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)定電壓。78 表示正壓輸出，7812 表示+12 V 的電壓輸出，主要用來(lái)把+24 V 電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+12 V 電壓。穩(wěn)壓管及與其并聯(lián)的兩個(gè)電容用來(lái)保證輸入電壓穩(wěn)定在+24 V 左右不大的范圍內(nèi)，并過(guò)濾脈沖信號(hào)。+24 V 到+12 V 轉(zhuǎn)換電路如圖2 所示。

圖2 電壓變換電路圖

圖3 電壓轉(zhuǎn)換圖

+12 V 轉(zhuǎn)換+5 V 的運(yùn)放電路如圖3 所示，主要由LM124運(yùn)算放大器中的一級(jí)放大器及其外圍電阻組成。其電路模型可以近似由理論公式計(jì)算得出。設(shè)電位器電阻為P7,在(0～1 kΩ)內(nèi)變化,其它:R24=6.49 kΩ,R23=10 kΩ。根據(jù)運(yùn)算放大器計(jì)算理論，可得出：

把已知的值代入上式，可得：

從上面的計(jì)算可知，通過(guò)調(diào)整P7 電位器，在P7=0.65 kΩ時(shí)，可在放大器輸出端得到+5 V 電壓。P7=0.65 kΩ 在電位器阻值范圍內(nèi)，能滿足實(shí)際要求。

2.2 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及磁保持繼電器控制

為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)轉(zhuǎn)速控制（本文所述的作業(yè)轉(zhuǎn)速與作業(yè)怠速是指為方便操作，在作業(yè)一號(hào)位設(shè)置的開關(guān)，開關(guān)可轉(zhuǎn)到作業(yè)怠速或作業(yè)轉(zhuǎn)速位，分別對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min、2 150 r/min），整個(gè)油門電路系統(tǒng)中引入了比較特殊的觸發(fā)器與磁保持繼電器控制電路，這種電路主要是滿足瞬時(shí)得電保持一狀態(tài)；再瞬時(shí)得電又轉(zhuǎn)到另外一種狀態(tài)。這種電路在08-32 搗固車的交替撥道控制電路板中也曾經(jīng)用到。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及磁保持繼電器控制電路設(shè)計(jì)原理圖如圖4。

圖中的VS5-24 就是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的框圖，當(dāng)它的3 腳得電時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)器脈沖使與它的1 或4 相串連的三級(jí)管導(dǎo)通，故1 或4 腳中的一路必然接地，1 和4 分別與磁保持繼電器的L1、L2 相連接，L1、L2 將有一個(gè)線圈動(dòng)作。該磁保持繼電器具有兩個(gè)繞組，用脈沖激勵(lì)就能使其翻轉(zhuǎn)，同一時(shí)刻只能有一個(gè)繞組被激勵(lì)，不能L1、L2 同時(shí)激勵(lì)。對(duì)于油門控制電路，L1 線圈得電，RE3 的 10、11 觸點(diǎn)連通，即 RE3 的各觸點(diǎn)保持圖中的狀態(tài)；L2 線圈得電，RE3 的各觸點(diǎn)保持與圖中的狀態(tài)相反，即RE3 的2、3 觸點(diǎn)閉合。與2 觸點(diǎn)相連的是作業(yè)轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器電路，調(diào)節(jié)電位器P4 就可以設(shè)定作業(yè)轉(zhuǎn)速電壓，這個(gè)電壓通過(guò)閉合的2、3 觸點(diǎn)接入后級(jí)的油門電機(jī)回路，完成作業(yè)轉(zhuǎn)速控制。即08-32 搗固車作業(yè)時(shí), 通過(guò)三個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)速開關(guān)控制RE6 瞬時(shí)得電，RE3 就動(dòng)作，完成作業(yè)速度控制；再按一次，作業(yè)指示燈滅，RE3 再次動(dòng)作，回到作業(yè)怠速狀態(tài)。

圖4 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及磁保持繼電器控制圖

實(shí)際調(diào)試是這樣進(jìn)行的，校正完轉(zhuǎn)速顯示表后，將作業(yè)電源打開，發(fā)動(dòng)機(jī)正常發(fā)動(dòng)中，將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到作業(yè)怠速位置，調(diào)整電位器P3 使表顯示到1 100 r/min,即完成作業(yè)怠速控制。調(diào)定作業(yè)轉(zhuǎn)速時(shí)，使開關(guān)在作業(yè)速度位置，這時(shí)圖中的RE3 動(dòng)作，2、3 腳閉合，調(diào)整電位器P4 使表顯示 2 150 r/min,就可完成作業(yè)轉(zhuǎn)速調(diào)定。

2.3 常規(guī)油門控制

除作業(yè)轉(zhuǎn)速控制比較常用外，正常升降油門的情況也是比較常見的，即油門拉把的不同位置，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在

最高和最低范圍內(nèi)變化。假設(shè)油門拉把輸入的電壓設(shè)為Vi；Vo為運(yùn)放 OP3D 輸出電壓；電位器 P6處電壓為 Vi1；P6、P11對(duì)應(yīng)電阻為P6（0～22 kΩ）、P11（0～5 kΩ）；其中R11=24.3 kΩ、R10=18 kΩ、R9=10 kΩ、R6=R7=7 kΩ。按照調(diào)試規(guī)定：油門最?。篤i=1.6 V、Vo=8.5 V，油門最大：Vi=9 V、Vo=1.8 V。分析圖 1 電路原理圖，可得出如下的計(jì)算公式：

把上面的值代入上式，可得：

可知P6及P11都在電位器的給定阻值范圍內(nèi)，故在調(diào)試過(guò)程中，能調(diào)出相應(yīng)參數(shù)。實(shí)際調(diào)試油門時(shí)，一般先通過(guò)調(diào)整P6、P11,使在最大和最小油門位置時(shí)，保證Vo分別為1.8 V和8.5 V。用轉(zhuǎn)速表校正完轉(zhuǎn)速后，調(diào)整拉把到最大油門，調(diào)P9使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到2 300 r/min（看轉(zhuǎn)速表顯示），直到多次油門最大，都保證在2 300 r/min；同理，把拉把放到最小，調(diào)整P8電位器，使表顯示在900 r/min。這樣就實(shí)際完成了常規(guī)最大及最小油門電氣限定。

2.4 油門電機(jī)反饋控制

在控制油門轉(zhuǎn)速時(shí)，原理上就是給油門電機(jī)提供正反電壓，使油門電機(jī)伸出或縮回，以達(dá)到拉放油門拉桿，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升降。到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)，如果不把這個(gè)信號(hào)反饋回控制電路，轉(zhuǎn)速將繼續(xù)變化。油門電路的反饋是通過(guò)電機(jī)本身來(lái)完成的，電機(jī)伸出或縮回，將有一個(gè)反向電位（負(fù)反饋）到油門電機(jī)輸入電路。當(dāng)達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入控制電壓與反饋電壓相平衡，電機(jī)將保持這個(gè)位置，即保持這個(gè)控制轉(zhuǎn)速不變。這里電氣圖是一般的運(yùn)放電路，不再計(jì)算分析。

3 主要器件選型

本設(shè)計(jì)改造重點(diǎn)部分為油門驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造。根據(jù)原理圖1，在Protel 線路板設(shè)計(jì)軟件環(huán)境下繪制出PCB板圖，校核后便可投產(chǎn)、焊接相關(guān)器件、洗板、測(cè)試、老化后出成品。08-32 型搗固車油門控制改造PCB 圖如圖5 所示。

圖5 08-32 型搗固車油門控制改造電氣圖

本系統(tǒng)相關(guān)主要器件選型名稱及型號(hào)如表1。

表1 主要器件選型表

4 預(yù)期效果

作為普拉塞大型養(yǎng)路機(jī)械初期主打產(chǎn)品08-32 型搗固車，其油門控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)以上改造設(shè)計(jì)后，可解決在機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間未發(fā)動(dòng)，系統(tǒng)無(wú)風(fēng)壓的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)油門精確定位在怠速點(diǎn)；通過(guò)電控油門負(fù)反饋控制，使轉(zhuǎn)速平穩(wěn)升降，靈敏控制，有效的保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)油門切換開關(guān)及指示，可正確完成各項(xiàng)油門控制功能。先進(jìn)、穩(wěn)定的控制方式，方便了操作人員正確的使用機(jī)器。經(jīng)過(guò)對(duì)單位的近30臺(tái)08-32 型搗固車油門控制系統(tǒng)改造后，在油門控制方面的故障明顯減少了90%以上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和ZF 保護(hù)方面起到很好的功效，確保了08-32 型搗固車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能的穩(wěn)定。