搗固車 ZF變矩器電氣控制原理及故障分析

搗固車ZF變矩器電氣控制原理及故障分析王敏（昆明機械廠，云南昆明650215）摘要：在闡述搗固車ZF變矩器電氣控制系統(tǒng)各組成部分的控制原理的基礎(chǔ)上，分析了該系統(tǒng)在實際應用中常見故障產(chǎn)生的原因，并提出了消除故障的措施。關(guān)鍵詞：搗固車；變矩器；電氣控制；原理；故障；分析中圖分類號:U216.61文獻標識碼：B大型養(yǎng)路機械應用于線路的養(yǎng)護維修，具有安全、高效、優(yōu)質(zhì)的施工作業(yè)特點，可以極大地提高線路的維修質(zhì)量，延長線路維修周期，節(jié)約維修費用，對于鐵路的提速起到了非常重要的作用。但是，大型養(yǎng)路機械上一些關(guān)鍵的進口部件，如發(fā)動機、ZF變矩器等，因操作人員對其原理不了解，造成使用中出現(xiàn)故障無法處理，耽擱了工作，影響了正常施工。為此結(jié)合多年的實踐經(jīng)驗，對搗固車變矩器電氣工作原理及使用中出現(xiàn)的故障進行分析，以幫助大型養(yǎng)路機械操作人員消除故障及故障隱患，保證大型養(yǎng)路機械的正常工作。1ZF變矩器電氣控制系統(tǒng)原理1.1電氣控制系統(tǒng)組成ZF變矩器（以下簡稱ZF）電氣控制系統(tǒng)組成如圖1所示。此系統(tǒng)需完成對ZF的換擋控制；實現(xiàn)聯(lián)鎖安全保護控制等，另外在操作運行換擋時，對發(fā)動機實現(xiàn)自動降低轉(zhuǎn)速的控制，以起到保護作用。1.2各組成部分控制分析1.2.1擋位選擇器

用擋位選擇器選擇某擋位時，通過控制電路的聯(lián)鎖控制使相應的電磁閥通電，實現(xiàn)相應的換擋操縱。見圖2。擋--鎖閉Bl土UlTMItll電磁閥SM/RS等組成。當操縱手柄放置在某擋位時，齒輪變位機構(gòu)將對應的微動開關(guān)S1?S7進行相應的組合，并輸出相應的電信號。其中AD1?AD4信號為各擋位控制電磁閥換擋的信號源，AS為空擋聯(lián)鎖信號，僅在空擋時存在。W為變換擋位操作標志位(變換離合信號),AD8為擋位識別信號。ED1為操縱手柄鎖閉電磁閥控制的信號。擋--1.2.2ZF控制繼電器如圖2所示。當ZF鑰匙接通時，5B2或11B2閉合,G2或G9得電，使得28d3或28d4得電動作，其常閉觸點斷開，切斷(1U11,A)或(1U11,B)的控制電源，其中28d3或28d4的作用就是為了避免前、后兩個駕駛室同時操作ZF，同時28U2/E、28U2/D>28d1>28d2動作，其常開觸點閉合，將擋位選擇器內(nèi)輸出的相應的電信號引到M1——M4上，使相應的換擋電磁閥得電動作而實現(xiàn)換擋。2.3渦輪轉(zhuǎn)速傳感器和E模塊渦輪轉(zhuǎn)速傳感器是用來測量變扭器渦輪端的轉(zhuǎn)速，根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速自動控制鎖閉電磁閥(WK)的動作，實現(xiàn)變矩器鎖閉離合器的鎖閉和分離，并根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)速自動地控制擋位選擇器內(nèi)換擋手柄的鎖閉電磁閥動作，實現(xiàn)降速時解鎖而換入低擋位(見圖2)。渦輪轉(zhuǎn)速傳感器為磁電感應式傳感器，其電動勢的變化頻率與渦輪端輸出齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比，該信號由電纜引入E模塊的4腳，經(jīng)E模塊的頻壓轉(zhuǎn)換器電路放大，限幅成為脈沖波形，其頻率保持不變。再經(jīng)鑒頻整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)榕c頻率成正比的信號電壓,經(jīng)邏輯電路控制E模塊的1腳和5腳的輸出信號。其中，1腳的輸出信號控制擋位選擇器的ED1(E1)—SM,使操縱手柄的鎖閉電磁閥鎖閉或解鎖，但該信號隨擋位選擇器處在1、2、3擋而不同。這是由于在2擋和3擋時有個擋位識別信號AD8—A8(R)從擋位選擇器進入E模塊的3腳，參與了其中的邏輯比較。5腳的輸出信號是控制閉鎖離合器(WK)的閉鎖和解鎖。如圖2所示，當擋位選擇器的手柄由空擋向1擋換擋過程中，S7不動作，E模塊的6腳無信號，經(jīng)0.4s延時后，E模塊工作。在1擋時，A8為低電平，車提速走行，當渦輪傳感器的輸出信號對應的脈沖頻率達到120Hz以上時，E模塊輸出控制信號，經(jīng)E模塊的1腳送回擋位選擇器的SM(ED1)端，鎖閉電磁閥，使操縱手柄無法換入空擋。當車速繼續(xù)提升，渦輪傳感器的輸出信號對應的頻率達到780Hz時(此時車速約18km/h)，E模塊由5腳輸出24V的鎖定信號(G39)到LH，控制鎖閉電磁閥動作，使鎖閉離合器接合，將渦輪與泵輪機械地連接在一起，變矩器由柔性聯(lián)接變成剛性聯(lián)接，大大提高了傳動效率。此時渦輪與泵輪的傳動比接近80%，車在剛性聯(lián)接的狀況下提速至20km/h后，便可以換入2擋。在換入2擋的瞬間，S3動作，AD7—G37或G38瞬時(0.4s)失電。由于R1C1充放電回路的作用使得換入2擋后S3復位，此時K1還不能馬上復位而要延時0.4s之后才復位，故在這0.4s期間，AD7—G37或G38一直失電。E模塊的6腳無電壓輸入，E模塊停止工作。這樣E模塊的5腳輸出的G39信號便自動失電，閉鎖離合器即分離。在0.4s以后，AD7—G37或G38又得電，E模塊進入工作狀態(tài)。在2擋位時，AD8有信號輸出，E模塊確認，并在2擋的傳動比下繼續(xù)提速。當渦輪傳感器輸出信號所對應的頻率達到625Hz時，E模塊的1腳又輸出24V電壓，使擋位選擇器的SM端得電，內(nèi)部的操縱手柄鎖閉電磁閥動作，無法換到1擋。當車速繼續(xù)加快，渦輪傳感器對應的780Hz信號輸出，E模塊放大輸出G39信號，使鎖閉閥動作，鎖閉離合器接合。此時對應的車速為36km/h左右。車在剛性聯(lián)接狀態(tài)下繼續(xù)提速到40km/h后便可換入3擋。在換3擋的瞬間，G37或G38瞬時(0.4s)失電，此時E模塊不工作，G39失電，鎖閉離合器自動分離。在換入3擋位后，AD8也有信號輸出到E模塊。車繼續(xù)提速，對應的渦輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號達到625Hz時，SM端得電使換擋器鎖閉電磁閥動作鎖住操縱手柄，從而不能降到2擋。提速升至70km/h以上時，渦輪傳感器對應的信號達到780Hz以上,G39又得電動作，鎖閉離合器WK又使泵輪和渦輪成剛性聯(lián)接。降速過程與升速的基本相同，但WK的分離頻率變成了600Hz。WK分離時的車速，3擋為62km/h,2擋為32km/h,1擋為16km/h,擋位選擇器鎖閉電磁閥解鎖頻率分別為3擋570Hz,2擋570Hz,1擋100Hz。現(xiàn)對操作手柄鎖閉電磁閥的動作原理再作進一步分析。換擋時不能連續(xù)操作手柄，要停留0.4s。換擋瞬間S3動作，K1動作，其常開觸點閉合，使操作手柄鎖閉電磁閥得電，鎖住手柄。當換擋后，S3復位，R1C1放電使K1延時0.4s。在0.4s之后，操作手柄的鎖閉電磁閥失電，操作手柄才能繼續(xù)移動。由此可知，升擋時換入一個擋位后要經(jīng)過0.4s才能換入上一擋，這樣可避免因操作失誤產(chǎn)生的跳擋現(xiàn)象。降擋時，換入下一擋后操縱手柄的鎖閉電磁閥也要鎖閉0.4s。0.4s之后由于渦輪轉(zhuǎn)速對應的頻率還在操縱手柄鎖閉電磁閥解鎖頻率之上，故手柄又被鎖閉而不能連續(xù)再往下?lián)Q，避免了跳擋。實際上也是對變擋器的換擋箱起到了保護作用。2.4制動壓力開關(guān)的作用搗固車利用制動壓力開關(guān)1b133的動作來實現(xiàn)對ZF的聯(lián)鎖控制。在運行中制動時，當制動壓力達到0.28MPa時，1b133閉合接地，使斷電器28U2/A動作，切斷28d1或28d2的電源，使其復位，從而換擋電磁閥（M1?M4）均不動作，實現(xiàn)了制動時ZF無動力輸出。這樣就使得變速箱在任何時候任意擋位工作時都無需退回空擋，就能進行制動，而不會損傷變速箱，簡化了操作過程。1.2.5ZF聯(lián)鎖安全保護控制分析參照圖2及5s/0.9s延時控制電路（圖略）可知，對ZF聯(lián)鎖安全保護控制的信號有以下兩個：第一個是液壓走行監(jiān)視信號G4,第二個是安全裝置監(jiān)視信號G47。這兩個監(jiān)視信號出現(xiàn)報警時，均使28U2/C的6腳接地，經(jīng)28U2/C的常閉觸頭送至降功板的丫11輸入端，此信號經(jīng)5s延時集成塊延時后，送出接地信號，使RE1繼電器動作。并使28U2/A常閉觸頭斷開，ZF的所有控制失效，各電磁閥也均無輸出電位。這里增加的5s延時控制電路，是為了防止機車在運行中出現(xiàn)誤動作而產(chǎn)生監(jiān)視信號時，不是馬上切斷ZF控制，以區(qū)別真假報警信號。如果是真的報警信號，則有5s持續(xù)的接地電信號產(chǎn)生，并切斷ZF控制。一旦G4、G47無接地信號，5s延時電路將立即恢復，Y1無輸出，ZF控制馬上恢復正常。按下旁通開關(guān)5b2或11b2使G46接地，松開后此信號消失，這樣可以實現(xiàn)ZF點動。實際作業(yè)中用此方法可以點動液壓驅(qū)動馬達。2.6自動降低轉(zhuǎn)速的控制在ZF換擋時，通過0.9s控制電路對發(fā)動機實現(xiàn)自動降低轉(zhuǎn)速的控制，并在制動時對發(fā)動機實現(xiàn)自動降低轉(zhuǎn)速至怠速的控制。具體分析參見圖2及5s/0.9s延時控制電路（圖略）、總電源和柴油機電路（圖略）。⑴G64、G65、G37、G38,在這里作為0.9s延時電路的觸發(fā)信號。空擋時，G64、G65為高電平，觸發(fā)光耦SSR1動作，定時器N2的輸入端2有觸發(fā)信號，同時經(jīng)由RP1、R4向C5充電，當充至8V左右時，定時器N2內(nèi)部觸發(fā)器復位，放電三極管導通，電容C5放電，電路進入穩(wěn)態(tài)。此時XT2輸出低電平，SSR2及KRE1動作，X13與X15接通，G66端為低電平。此信號使28d6繼電器動作，停機電磁閥1S6的控制端317與313a接通得電，為起動作好準備。另一方面1S71氣動閥是依靠28d5來控制，在空擋時28d5不動作，1S71同樣可以得電，并為啟動作好準備。N2由暫穩(wěn)態(tài)變成穩(wěn)態(tài)的過程即XT2由高電平變?yōu)榈碗娖降倪^程，所用的時間可以通過RP1調(diào)節(jié)，利用RC回路充電時間的改變來實現(xiàn)，N2延時調(diào)節(jié)到0.9s。(2)由空擋掛1擋或由1擋降空擋時，G65或G64都有個變化狀態(tài)，而且在換擋瞬間，G37、G38要延時0.9s才得電。這樣在掛1擋時，G64或G65失電，SSR1斷開，一直維持到0.4s換入1擋后G37或G38才得電。在這個過程中N2的觸發(fā)信號消失，內(nèi)部觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，XT2端變?yōu)楦唠娖?，導致KRE1失電，G66懸空，停機電磁閥失電，切斷油路，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降。在0.4s以后G37或G38才得電，N2的輸入端又有觸發(fā)信號，定時器N2內(nèi)部觸發(fā)器被復位，定時器輸出端3經(jīng)過0.9s延時后產(chǎn)生低電平，導致KRE1又得電動作，G66產(chǎn)生低電平使1S6停機閥得電供油，轉(zhuǎn)速開始回升。⑶由1擋換2擋，由2擋換3擋的觸發(fā)信號是G37或G38。在換擋瞬間G37或G38消失0.4s，N2進入暫穩(wěn)態(tài)，XT2為高電平，KRE1失電，G66不輸出低電平，停機閥關(guān)閉。0.4s后G37、G38端產(chǎn)生高電平，N2經(jīng)0.9s后進入穩(wěn)態(tài)，XT2又變成低電平，停機閥又得電供油，發(fā)動機轉(zhuǎn)速回升。降擋過程中的控制與相應的升擋過程中的控制一樣，這里不再分析。但要說明的一點是此降速控制是通過1S6停機閥的動作來實現(xiàn)，與1S71無關(guān)。1b823是實現(xiàn)1000?1300r/min的感應開關(guān)，用來識別轉(zhuǎn)速范圍。在1300r/min以下時，1b823感應輸出接地信號，使KRE2動作，保證KRE1正常供電動作，即使換擋，G66接地信號也不消失，也就是說在130Or/min以下?lián)Q擋，發(fā)動機不會降低轉(zhuǎn)速。⑹運行中制動時的發(fā)動機自動降轉(zhuǎn)速。此時G3產(chǎn)生接地信號，KRE3動作，T3得電使28d5動作，1S71失電，氣動電控油門關(guān)閉，發(fā)動機降速直至怠速。并且由于KRE2的9腳與KRE3的8腳相連，即使在這個降速過程中，立刻緩解，也能保證轉(zhuǎn)速下降到13O0r/min以下。另一方面，如果制動后不緩解，提升油門轉(zhuǎn)速也不會上升，因為T3此時一直為高電平，1S71氣動電控油門一直關(guān)斷，不能操縱油門拉桿。故在制動時不可能強行提速，保護了機械。2應用中的故障分析通過對搗固車ZF變矩器電氣系統(tǒng)原理分析，對各部分的作用有了清楚了解，現(xiàn)把實際應用中ZF變矩器常見的幾個故障分析如下。1在掛擋過程中出現(xiàn)發(fā)動機自動熄火現(xiàn)象主要原因是28d6不動作導致停機閥失電而熄火。28d6不動作的原因如下(見圖2):在怠速下?lián)Q擋時，0.9s延時過程中，如果1b823感應的速度位置不對，G67無低電平，那么KRE1便不會動作，G66便不會輸出低電平，28d6不動作，停機閥關(guān)閉。這時在ZF已帶負荷的情況下，0.9s內(nèi)發(fā)動機轉(zhuǎn)速從1000r/min左右降至200r/min以下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速就有可能維持不到0.9s而熄火。若SSR1或SSR2光耦不正常，在換擋過程中，觸發(fā)信號G64或G65、G37或G38的變化就不能通過SSR1光耦瞬時加到N2的2腳，造成N2動作失常，發(fā)動機窒息時間過長而熄火，或者SSR2動作失常，不能將N2的延時控制正確反映到KRE1上，也同樣會造成發(fā)動機窒息時間過長而熄火。2當實施制動時出現(xiàn)發(fā)動機自動熄火現(xiàn)象主要原因也在于1b823的感應位置不對。當圖2中1b133由于實施制動而使其閉合，G3產(chǎn)生接地信號時，KRE3便動作，使T3輸出+24V，28d5動作，1S71氣動電控油門立刻關(guān)閉，發(fā)動機調(diào)速機構(gòu)瞬間復位至怠速位置。與此同時，由于G3接地，使圖2中的28U2/A動作，切斷ZF的控制電源，28d1或28d4復位。此時G37或G38信號消失，那么0.9s延時電路無觸發(fā)信號，SSR1復位，N2進入暫穩(wěn)態(tài)，SSR2也復位，這時KRE1的動作完全取決于KRE2的動作。如果1b823不能在10OO?13OOr/min感應到信號，那么KRE2便不會動作，這樣KRE1也將失電復位，使G66不能輸出接地信號。那么28d6便會失電，1S6停機，電磁閥失電關(guān)閉，致使發(fā)動機熄火。3搗固車運行中只能單方向走行或出現(xiàn)時走時?，F(xiàn)象圖2中繼電器28d1或28d2的動作直接控制換擋電磁閥的動作。如果28d1或28d2的繼電器觸點1~3或6-7失效，則M1或M4就不會有輸出。這樣就會造成搗固車在某個方向不會走行或出現(xiàn)時走時停現(xiàn)象，除了上述的原因外，1b133開關(guān)觸點如果因某種原因(比如進水)出現(xiàn)接觸不良，則可能導致28U2的誤動作，而使ZF的控制電源消失，造成不能走行。2.4在運行掛擋時無降速功能這主要是由于1b823的位置不正確造成的。1b823要求發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1000?1300r/min的范圍內(nèi)有輸出信號。當轉(zhuǎn)速在此范圍內(nèi)掛擋時，由于G67接地，KRE2、KRE1也動作，而使G66始終接地，即使掛擋時SSR1、N2、SSR2有動作，KRE1也始終使G66接地，停機閥1S6始終動作而不會有降速。如果當搗固車發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1300r/min以