陳勁松

摘 要：對(duì) CAT發(fā)動(dòng)機(jī)C7司機(jī)控器工作原理進(jìn)行分析，并提出維護(hù)建議，避免在運(yùn)行途中發(fā)生故障對(duì)列車運(yùn)行造成影響，以維護(hù)正常的運(yùn)輸秩序。

關(guān)鍵詞：司機(jī)控制器 電壓 故障

CAT發(fā)動(dòng)機(jī)C7型司機(jī)控制器，作為機(jī)車換向、調(diào)速的主令電器是司機(jī)用來(lái)操縱機(jī)車的一種手動(dòng)電器，進(jìn)而控制機(jī)車的運(yùn)行方向及速度。它有著很好的技術(shù)指標(biāo)，操縱扭矩約20N，預(yù)期回轉(zhuǎn)使用壽命500000次，五個(gè)接線口分別是DC24V電源，GND接電源地，CANH接口通訊，CANL接口通訊，GND接地線。

1 工作原理

CAT發(fā)動(dòng)機(jī)C7司機(jī)控器采用CAN、雙模電壓、單模電壓或者PWM控制轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速以及采用符合SAE J-1939協(xié)議的電控變速箱換擋控制，該司機(jī)控制器也可用于控制采用電磁閥換擋的變速箱。發(fā)動(dòng)機(jī)上的油門控制器接收司控器信號(hào)以及輸入的開(kāi)關(guān)使能信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為符合發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱控制器要求的控制信號(hào)。

2 控制方式

CAT C7發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式、變速箱的換擋方式、自動(dòng)換擋參數(shù)以及司機(jī)控器的連接方式及參數(shù)都可以通過(guò)軟件設(shè)定。通過(guò)控制器面板上的指示燈或者查閱說(shuō)明代碼，可以快速確定司機(jī)控制器的工作狀態(tài)，為故障診斷提供了便利。另外通過(guò)軟件檢測(cè)也可以更加詳細(xì)的了解司機(jī)控制器的各種狀態(tài)。

3 電壓信號(hào)

CAT發(fā)動(dòng)機(jī)C7司機(jī)控器開(kāi)關(guān)量輸入高電平（24V）有效，繼電器輸出為常開(kāi)輸出型，正常工作時(shí)會(huì)跟隨油門變化指示會(huì)進(jìn)行由暗變亮或由亮變暗，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速而言，兩路電壓或者一路PWM信號(hào)，其中兩路電壓信號(hào)成2：1的關(guān)系（V0=2*V1），為此可提供雙模式或者單模式電壓控制信號(hào)。而對(duì)于變速箱的換擋控制而言，本司機(jī)控制器同樣提供兩種控制方式：CAN通信方式或者電磁閥方式，其中電磁閥方式可設(shè)定為兩檔模式（前進(jìn)檔、后退檔及空檔），另外為了降低連接硬線數(shù)量，本司機(jī)控制器采用了通信的數(shù)字司機(jī)控制器，通過(guò) J1939能夠檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制電壓，如電壓異常，ECU會(huì)報(bào)告故障。

4 變速箱接線

4.1兩檔電磁閥控制接線方式

變速箱電磁閥的公共端和控制器21號(hào)端子上的信號(hào)可交換，也就是電磁閥公共端接地，而司機(jī)控制器21號(hào)端子接24V電源。Y0和Y2輸出用于控制變扭器前進(jìn)檔和后退檔繼電器，Y1輸出制動(dòng)卸荷控制信號(hào)，Y3輸出散熱卸荷控制信號(hào)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，Y1輸出無(wú)效，Y3輸出有效，通過(guò)拉手柄進(jìn)行液力控制時(shí)，Y1輸出有效，Y3輸出無(wú)效。Y1信號(hào)可等效于反向保護(hù)輸出。Y1和Y3可按實(shí)際需要接線，兩檔電磁閥掛擋除受手動(dòng)使能及變扭器使能信號(hào)的控制外還受小運(yùn)轉(zhuǎn)模式使能輸入及調(diào)車使能輸入的控制。

4.2開(kāi)關(guān)量輸入、傳感器及電源接線

開(kāi)關(guān)量輸入為高電平（24V）有效，接地或者懸空為無(wú)效輸入。例如X1信號(hào)接24V，表示允許控制器制液力變扭器充油掛擋，當(dāng)X1輸入懸空或者接地時(shí)，表示禁止變扭器掛擋。

4.3控制參數(shù)設(shè)置

CAT發(fā)動(dòng)機(jī)C7司機(jī)控制器具備RS-485通訊接口，可以通過(guò)該接口與計(jì)算機(jī)通信，用于油門控制器上的參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)顯示和固件升級(jí)。在“發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)”選項(xiàng)中，控制方式有兩種可選，分別為“電壓”、“PWM”及“J1939”，其中“電壓”方式通過(guò)改變控制器的輸出電壓來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，PWM方式是通過(guò)改變占空比來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而J1939方式是通過(guò)CAN通訊的方式直接設(shè)定轉(zhuǎn)速。

司機(jī)控制器可支持行車模式與吊車模式的動(dòng)態(tài)切換，兩種模式分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)司機(jī)控制器，由于兩種模式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的限制有所不同，因此在“發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)”欄內(nèi)，有兩組控制電壓范圍設(shè)定，其中“最高控制電壓”和“最低控制電壓”對(duì)應(yīng)于行車模式，而上車最高電壓與上車最低電壓應(yīng)于吊車模式，電壓大小的設(shè)定根據(jù)實(shí)際需求而定。

“電壓變化速率”用于設(shè)置輸出電壓的變化快慢程度，設(shè)定值越小，那么輸出電壓變化越慢，反之則越快。注意電壓變化過(guò)快可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)ECU進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，而電壓變化過(guò)慢會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)過(guò)慢。

“換擋參數(shù)”欄內(nèi)的“換擋速度回差”用于防止在理論換檔點(diǎn)附近換檔震蕩。“換檔點(diǎn)轉(zhuǎn)速比”指在理論換檔點(diǎn)處，車速信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的液力變速箱的渦輪轉(zhuǎn)速后與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的比值。

在“司機(jī)控制器參數(shù)”欄中，“中位死區(qū)”是指手柄離開(kāi)中位多大的行程比例后，輸出控制電壓才開(kāi)始增大。“前后極限位死區(qū)”是指手柄離極限位多大行程比例后，輸出控制電壓控制就達(dá)到最大值。死區(qū)的設(shè)定是為了防止達(dá)不到最大轉(zhuǎn)速，或者在最大轉(zhuǎn)速附近震蕩。另外司機(jī)控制器的連接方式有“硬線”方式和“CAN”方式可選，注意上述的死區(qū)設(shè)定僅僅針對(duì)硬線連接方式，而采用“CAN”連接方式的司機(jī)控制器，死區(qū)功能一般由司機(jī)控制器內(nèi)部的處理器處理。由于一臺(tái)車有前端和后端兩個(gè)操作臺(tái)，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)司機(jī)控制器的操作方向正好相反，為了方便系統(tǒng)接線，在控制器內(nèi)部對(duì)采用“CAN”連線方式的司機(jī)控制器做了方向重映射，通過(guò)“交換前進(jìn)后退方向”，可對(duì)實(shí)際司機(jī)控制器的前進(jìn)與后退方向進(jìn)行交換。另外當(dāng)使用“CAN”總線連接方式的司機(jī)控制器時(shí)，此時(shí)司機(jī)控制器無(wú)方向輸出，而車上的電氣設(shè)備有時(shí)需要用到方向信號(hào)，因此當(dāng)選中“方向信號(hào)輸出”選項(xiàng)時(shí)，控制器會(huì)將當(dāng)前司機(jī)控制器的方向輸出。

5 故障維護(hù)

司機(jī)控制器的微小故障都會(huì)給機(jī)車帶來(lái)很大的安全隱患，如“竄車”、電氣設(shè)備接受錯(cuò)誤指令產(chǎn)生誤動(dòng)作等，就會(huì)對(duì)設(shè)備安全及行車帶來(lái)很大的威脅。因此，如何保證司機(jī)控制器的檢修質(zhì)量，提高其動(dòng)作的可靠性就顯得尤為重要，在排除故障之前，首先檢查控制器供電，確保供電電壓處于24V±30%（17-31V）范圍內(nèi)。電量不足，控制器起到欠壓保護(hù)狀態(tài)，檢查線路是否接觸不良，待速度上升電流增大通電有“阻礙”而斷電，這往往就是虛焊，控制器問(wèn)題，控制器內(nèi)部原件虛焊或內(nèi)部原件損壞。

5.1信號(hào)無(wú)效司控器無(wú)法提速

關(guān)閉變扭器使能開(kāi)關(guān)或者排除急降信號(hào)故障，使能“控制器使能”信號(hào)。

5.2控制方式異常司控器無(wú)法提速

斷開(kāi)司機(jī)控制器輸出的電壓接線后，測(cè)量輸出是否正常，斷開(kāi)司機(jī)控制器PWM輸出接線，測(cè)量是否正常，觀察CAN通訊指示燈，確保收發(fā)指示燈均正常閃爍，排除前進(jìn)、后退或者中位開(kāi)關(guān)接線是否異常，司機(jī)控制器檢查開(kāi)關(guān)組合邏輯處于中位狀態(tài)。

5.3發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法達(dá)到最大轉(zhuǎn)速

準(zhǔn)確標(biāo)定司機(jī)控器電壓值，設(shè)置最大輸出占空比，注意行車模式與吊車模式的差別。由于傳統(tǒng)的模擬司機(jī)控制器存在必然的機(jī)械和電氣誤差，為了能夠更加精確的使用司機(jī)控制器的整個(gè)有效行程，“控制器狀態(tài)”選項(xiàng)卡提供了司機(jī)控制器行程設(shè)定功能，首先確定需要校準(zhǔn)的司機(jī)控制器是屬于行車模式還是吊車模式，使控制器處于該工作模式。如果是行車模式，那么先將司機(jī)控制器推至前進(jìn)最大位，然后點(diǎn)擊“手柄行程設(shè)定”按鈕，此時(shí)界面上的“手柄位置”會(huì)顯示100%，類似的，將司機(jī)控制器拉至反向最大位置，然后點(diǎn)擊“手柄行車設(shè)定”可用于設(shè)定反向行程。在吊車模式下首先將“前進(jìn)”開(kāi)關(guān)閉合然后將司機(jī)控制器推至最大油門位置后點(diǎn)擊“手柄行程設(shè)定”即可完成司機(jī)控制器的行程設(shè)定。

5.4無(wú)法掛擋

設(shè)置參數(shù)適當(dāng)降低電壓的變化率，或者放慢推拉司機(jī)控制器的速度。

5.5啟動(dòng)聯(lián)鎖無(wú)效

設(shè)定手柄行程、讀取司機(jī)控制器參數(shù)、下載參數(shù)到控制器、校準(zhǔn)控制器時(shí)間、讀取司機(jī)控制器狀態(tài)的這些操作均需要將PC和司機(jī)控制器通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS-232電纜連接，點(diǎn)擊“通信設(shè)定，”在通信設(shè)定選項(xiàng)卡界面上設(shè)置正確的通信參數(shù)。

5.6司控器位于零位時(shí)轉(zhuǎn)速高于1000rpm

司機(jī)控器中的控制模塊與控制手柄間出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致控制手柄位置與實(shí)際轉(zhuǎn)速不匹配。可采取調(diào)整、墊膠圈、緊固等方法，減小控制手柄與控制模塊的間隙，對(duì)司控器做好機(jī)車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)緩沖保護(hù)，注重死角位置的維護(hù);規(guī)范操作，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)速急劇升降，操作臺(tái)顯示屏上應(yīng)顯示換向的“后”位，和控制的“牽引”區(qū)，控制手柄轉(zhuǎn)至“牽引”區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度逐漸增大時(shí)顯示屏上顯示的牽引級(jí)位應(yīng)逐漸增大，完成牽引功能。

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)司機(jī)控制器的作用原理進(jìn)行分析，結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障的處理，提出了維護(hù)建議，為司機(jī)控制器的維修積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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