液壓系統(tǒng)越權(quán)控制的應(yīng)用與分析

白軍強(qiáng)　李勝男　余新坤　劉宇

摘? 要：通過對某鋼軌打磨車液壓走行系統(tǒng)的原理及一次故障處理過程的介紹，詳細(xì)分析了一種液壓系統(tǒng)越權(quán)控制方式的應(yīng)用原理及控制過程。

關(guān)鍵詞：鋼軌打磨車;液壓系統(tǒng);越權(quán)控制

中圖分類號：TH137? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0166-03

Abstract： Through the introduction of the principle and a fault treatment process of the hydraulic running system of a rail grinding vehicle， the application principle and control process of an overridecontrol mode of the hydraulic system are analyzed in detail.

Keywords： rail grinder; hydraulic system; overridecontrol

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的種類和數(shù)量也在不斷的增加，越來越多的出現(xiàn)在鐵路上。這些大型養(yǎng)路機(jī)械在鐵路上運(yùn)行，多數(shù)都采用了液壓驅(qū)動(dòng)。

液壓走行系統(tǒng)通常是采用變量泵驅(qū)動(dòng)變量馬達(dá)的方式來實(shí)現(xiàn)。常用的控制方式為：微機(jī)通過電液比例閥控制泵排量來實(shí)現(xiàn)車輛的起停與速度調(diào)節(jié)。在這種液壓走行系統(tǒng)中存在一個(gè)較大的問題：當(dāng)馬達(dá)超速時(shí)沒有得到有效的保護(hù)。例如，當(dāng)車輛從行駛到停車的過程中，液壓泵失電排量即刻歸零，從此不再有流量輸出，而由于車輛的慣性作用，液壓馬達(dá)仍在被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)原低壓側(cè)產(chǎn)生高壓，而原高壓側(cè)會(huì)因?yàn)楣┯筒蛔銓?dǎo)致馬達(dá)吸空，進(jìn)而對液壓馬達(dá)造成損害。

在現(xiàn)代液壓走行系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，已有多種方式實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的超速保護(hù)，越權(quán)控制是其中較為簡單實(shí)用的一種。其原理為：通過一套包含電磁換向閥、順序閥、溢流閥等組成的控制閥組將液壓系統(tǒng)低壓側(cè)的油路連通至液壓泵的控制油口，當(dāng)系統(tǒng)低壓側(cè)產(chǎn)生高壓時(shí)，順序閥打開，壓力油直接控制液壓泵的排量向增大的方向動(dòng)作，阻止液壓泵的排量減小或歸零，從而實(shí)現(xiàn)長大下坡或制動(dòng)等馬達(dá)超速時(shí)的安全保護(hù)。在大型養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品中，某鋼軌打磨列車在液壓走行系統(tǒng)中應(yīng)用了此種越權(quán)控制原理，見圖1。

圖1中，右上方部分是兩個(gè)液壓泵，下方部分是4個(gè)液壓馬達(dá)，而左上方部分則是越權(quán)控制閥組，詳見圖2。

其越權(quán)控制過程如下：

列車向B1方向前進(jìn)時(shí)，泵上b電磁鐵得電，X4口壓力油進(jìn)入，推動(dòng)斜盤油缸動(dòng)作，A口為高壓側(cè)，B口為低壓側(cè)。如表1所示。

這時(shí)控制器輸出的1V、3V失電，2V、4V得電，對應(yīng)的1V電磁閥、3V電磁閥失電，2V電磁閥、4V電磁閥得電，如表2所示。

當(dāng)1V電磁閥失電時(shí)，P、A關(guān)閉，2V電磁閥得電時(shí)P、A關(guān)閉，3V電磁閥失電時(shí)P、A連通，4V電磁閥得電時(shí)P、A關(guān)閉，如表3所示：

所以當(dāng)列車正常行駛時(shí)，閥組的1V和2V電磁閥已經(jīng)關(guān)閉，壓力油不會(huì)通過閥組對泵組產(chǎn)生影響，只有當(dāng)列車實(shí)施制動(dòng)時(shí)，控制器輸出1V電壓給到1V的電磁閥上，1V電磁閥得電P、A連通，這時(shí)低壓側(cè)B口的壓力超高，壓力油會(huì)通過1V電磁閥——順序閥——3V電磁閥——泵上X4口的斜盤控制油缸，從而推動(dòng)斜盤動(dòng)作，對斜盤產(chǎn)生正面影響，減緩斜盤回零，使泵能夠維持一定的流量輸出，防止馬達(dá)吸空，保護(hù)整個(gè)液壓系統(tǒng)。如圖3所示。

列車向B2方向前進(jìn)時(shí)，道理同上。

此鋼軌打磨列車曾出現(xiàn)停車過程中“竄車”的現(xiàn)象，即在降低走行手柄準(zhǔn)備減速停車的過程中，車輛反而突然向前加速然后再減速，并不斷反復(fù)直至停車。這種故障現(xiàn)象正是由于液壓系統(tǒng)的越權(quán)控制不正常工作造成的。

我們在現(xiàn)場排查故障的時(shí)候首先檢查的就是此套閥組的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)閥組的工作狀態(tài)并不正常，1V電磁閥和2V電磁閥線圈的發(fā)熱狀態(tài)一致，說明這兩個(gè)線圈得失電的時(shí)間基本相同，與1V電磁閥常失電的狀態(tài)不符。而3V電磁閥的線圈基本沒有發(fā)熱，表示處于常失電狀態(tài)，4V電磁閥發(fā)熱嚴(yán)重，表明處于常得電狀態(tài)，這與我們往復(fù)試車后兩個(gè)電磁閥的得電時(shí)間基本相同的狀態(tài)也不吻合。于是對電氣的線路連接進(jìn)行了詳細(xì)排查。

之后現(xiàn)場查線得出的結(jié)果為：實(shí)際的接線狀態(tài)是控制器輸出的1V電壓給到了3V電磁閥上，2V電壓給到了4V電磁閥上，3V電壓給到了2V電磁閥上，4V電壓給到了1V電磁閥上。

按照這種接線方式得出實(shí)際的控制狀態(tài)如下：

向B1方向前進(jìn)時(shí)，泵上b電磁鐵得電，X4口壓力油進(jìn)入，推動(dòng)斜盤油缸動(dòng)作，A口為高壓側(cè)，B口為低壓側(cè)。與圖1所示相同。

但這時(shí)控制器輸出的1V、3V失電，2V、4V得電，由于上述這種錯(cuò)誤的接線方式，到達(dá)電磁閥上的得失電狀態(tài)就會(huì)變成如表4所示。

對照表3所示連接狀態(tài)表，可知對應(yīng)的1V電磁閥得電P、A連通，2V電磁閥失電P、A連通，3V電磁閥失電P、A連通，4V電磁閥得電P、A關(guān)閉。

這樣一來，不管是A口壓力升高還是反向制動(dòng)的B口壓力升高，都會(huì)有壓力通過3V電磁閥反饋到X4中對斜盤的油缸進(jìn)行正面的影響，增大泵的排量，造成竄車。如圖4所示。

而實(shí)施制動(dòng)時(shí)，3V電磁閥和4V電磁閥同時(shí)得電反而會(huì)同時(shí)關(guān)閉，不會(huì)起到制動(dòng)保護(hù)的作用。

現(xiàn)場試車時(shí)，不管是加速過程中還是減速過程，當(dāng)壓力升高到200bar以上時(shí)，基本都會(huì)出現(xiàn)一次竄車現(xiàn)象，可以證明這種判斷。

向B2方向前進(jìn)時(shí)，B口為高壓側(cè)，A口為低壓側(cè)，泵上a電磁鐵得電，X3口壓力油進(jìn)入推動(dòng)斜盤油缸動(dòng)作。

這時(shí)控制器輸出的1V、4V失電，2V、3V得電，那么對應(yīng)的1V電磁閥失電p、a斷開，2V電磁閥得電p、a斷開，3V電磁閥失電p、a連通，4V電磁閥得電p、a斷開。由于1V和2V全部關(guān)閉狀態(tài)，壓力無法反饋到泵組，故此越權(quán)保護(hù)作用消失，制動(dòng)或減速時(shí)應(yīng)該會(huì)比較直接和迅速，將對馬達(dá)造成損害。

通過分析可以看出，越權(quán)控制是液壓系統(tǒng)中較為簡單和實(shí)用的控制方式，可以有效保護(hù)馬達(dá)及整個(gè)系統(tǒng)的安全，尤其適用于大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的液壓走行系統(tǒng)。如今，隨著技術(shù)的發(fā)展，各知名品牌的液壓泵也已成功將此套系統(tǒng)集成到泵體上，在我們后續(xù)設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)時(shí)可直接選用，簡化了設(shè)計(jì)、制造及使用維護(hù)的難度。

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