大型养路机械应用于线路的养护维修 ,具有安全、高效、优质的施工作业特点 ,可以极大地提高线路的维修质量 ,延长线路维修周期 ,节约维修费用 ,对于铁路的提速起到了非常重要的作用。但是 ,大型养路机械上一些关键的进口部件 ,如发动机、ZF变矩器等 ,因操作人员对其原理不了解 ,造成使用中出现故障无法处理 ,耽误了工作 ,影响了正常施工。为此结合多年的实践经验 ,对捣固车变矩器电气工作原理及使用中出现的故障进行分析 ,以帮助大型养路机械操作人员消除故障及故障隐患 ,保证大型养路机械的正常工作。
1 ZF变矩器电气控制系统原理
1.1 电气控制系统组成
ZF变矩器 (以下简称 ZF)电气控制系统组成如图 1所示。
此系统需完成对 ZF的换挡控制 ;实现联锁安全保护控制等 ,另外在操作运行换挡时 ,对发动机实现自动降低转速的控制 ,以起到保护作用。
1. 2 各组成部分控制分析
1. 2. 1 挡位选择器
用挡位选择器选择某挡位时 ,通过控制电路的联锁控制使相应的电磁阀通电 ,实现相应的换挡操纵。见图 2。
挡位选择器 (1U11, A)和 (1U11, B)由微动开关S1～ S7、齿轮变位机构、操纵手柄及其锁闭
电磁阀SM/RS等组成。当操纵手柄放置在某挡位时 ,齿轮变位机构将对应的微动开关 S1～ S7进行相应的组合 ,并输出相应的电信号。其中 AD1～ AD4信号为各挡位控制电磁阀换挡的信号源 , AS为空挡联锁信号 ,仅在空挡时存在。 W为变换挡位操作标志位(变换离合信号 ),AD8为挡位识别信号。 ED1为操纵手柄锁闭电磁阀控制的信号。
1. 2. 2 ZF控制继电器
如图 2所示。当 ZF钥匙接通时 , 5B2或 11B2闭合 , G2或 G9得电 ,使得 28d3或 28d4得电动作 ,其常闭触点断开 ,切断 (1U11, A)或 (1U11, B)的控制电源 ,其中 28d3或 28d4的作用就是为了避免前、后两个驾驶室同时操作 ZF,同时 28U2/E、28U2/D、28d1、28d2动作 ,其常开触点闭合 ,将挡位选择器内输出的相应的电信号引到 M1—— M4上 ,使相应的换挡电磁阀得电动作而实现换挡。
1. 2. 3 涡轮转速传感器1b130和 E模块
涡轮转速传感器是用来测量变扭器涡轮端的转速 ,根据涡轮转速自动控制锁闭电磁阀 (WK)的动作 ,实现变矩器锁闭离合器的锁闭和分离 ,并根据涡轮转速自动地控制挡位选择器内换挡手柄的锁闭电磁阀动作 ,实现降速时解锁而换入低挡位 (见图 2)。
涡轮转速传感器为磁电感应式传感器 ,其电动势的变化频率与涡轮端输出齿轮的齿数和转速成正比 ,该信号由电缆引入 E模块的 4万 ,经 E模块的频压转换器电路放大 ,限幅成为脉冲波形 ,其频率保持不变。再经鉴频整流电路转变为与频率成正比的信号电压 ,经逻辑电路控制 E模块的 1脚和 6脚的输出信号。其中 , 1脚的输出信号控制挡位选择器的
ED1(E1)— SM,使操纵手柄的锁闭电磁阀锁闭或解锁 ,但该信号随挡位选择器处在 1、2、3挡而不同。这是由于在 2挡和 3挡时有个挡位识别信号 AD8—A8(R)从挡位选择器进入 E模块的 3万 ,参与了其中的逻辑比较。 6脚的输出信号是控制闭锁离合器(WK)的闭锁和解锁。
如图 2所示 ,当挡位选择器的手柄由空挡向 1挡换挡过程中 , S7不动作 , E模块的 5脚无信号 ,经0. 4s延时后 , E模块工作。在 1挡时 , A8（w）为低电平 ,车提速走行 ,当涡轮传感器的输出信号对应的脉冲频率达到 120Hz以上时 , E模块输出控制信号 ,经E模块的 1脚送回挡位选择器的 SM(ED1)端 ,锁闭电磁阀 ,使操纵手柄无法换入空挡。当车速继续提升 ,涡轮传感器的输出信号对应的频率达到 780Hz时 (此时车速约 18km/h),E模块由 5脚输出 24V的锁定信号 (G39 )到 L H,控制锁闭电磁阀动作 ,使锁闭离合器接合 ,将涡轮与泵轮机械地连接在一起 ,变矩器由柔性联接变成刚性联接 ,大大提高了传动效率。此时涡轮与泵轮的传动比接近 80%,车在刚性联接的状况下提速至 20km/h后 ,便可以换入 2挡。在换入 2挡的瞬间 , S3动作 , AD7—G37或 G38瞬时 (0. 4s)失电。由于 R1C1充放电回路的作用使得换入 2挡后 S3复位 ,此时 K1还不能马上复位而要延时 0. 4s之后才复位 ,故在这 0. 4s期间 ,AD7—G37或 G38一直失电。E模块的 5脚无电压输入 , E模块停止工作。这样 E模块的6脚输出的G39信号便自动失电 ,闭锁离合器即分离。在 0. 4s以后 , AD7— G37或 G38又得电 , E模块进入工作状态。在 2挡位时 , AD8有信号输出 , E模块确认 ,并在 2挡的传动比下继续提速。当涡轮传感器输出信号所对应的频率达到 625Hz时 , E模块的 1脚又输出 24V电压 ,使挡位选择器的 SM端得电 ,内部的操纵手柄锁闭电磁阀动作 ,无法换到 1挡。当车速继续加快 ,涡轮传感器对应的 780Hz信号输出 , E模块放大输出 G39信号 ,使锁闭阀动作 ,锁闭离合器接合。此时对应的车速为 36km/h左右。车在刚性联接状态下继续提速到 40km/h后便可换入 3挡。在换 3挡的瞬间 , G37或 G38瞬时 (0. 4s)失电 ,此时 E模块不工作 , G39失电 ,锁闭离合器自动分离。在换入 3挡位后 , AD8也有信号输出到 E模块。车继续提速 ,对应的涡轮转速传感器输出信号达到625Hz时 , SM端得电使换挡器锁闭电磁阀动作锁住操纵手柄 ,从而不能降到 2挡。提速升至 70km/h以上时 ,涡轮传感器对应的信号达到 780Hz以上 ,G39又得电动作 ,锁闭离合器 WK又使泵轮和涡轮成刚性联接。降速过程与升速的基本相同 ,但 WK的分离频率变成了 600Hz。 WK分离时的车速 , 3挡为 62km/h, 2挡为 32km/h, 1挡为 16km/h,挡位选择器锁闭电磁阀解锁频率分别为 3挡 570Hz, 2挡570Hz, 1元 100Hz。现对操作手柄锁闭电磁阀的动作原理再作进一步分析。换挡时不能连续操作手柄 ,要停留 0. 4s。换挡瞬间 S3动作 , K1动作 ,其常开触点闭合 ,使操作手柄锁闭电磁阀得电 ,锁住手柄。当换挡后 , S3复位 , R1C1放电使 K1延时 0. 4s。在 0. 4s之后 ,操作手柄的锁闭电磁阀失电 ,操作手柄才能继续移动。由此可知 ,升挡时换入一个挡位后要经过 0. 4s才能换入上一挡 ,这样可避免因操作失误产生的跳挡现象。降挡时 ,换入下一挡后操纵手柄的锁闭电磁阀也要锁闭 0. 4s。 0. 4s之后由于涡轮转速对应的频率还在操纵手柄锁闭电磁阀解锁频率之上 ,故手柄又被锁闭而不能连续再往下换 ,避免了跳挡。实际上也是对变挡器的换挡箱起到了保护作用。
1. 2. 4 制动压力开关的作用
捣固车利用制动压力开关 1b133的动作来实现对 ZF的联锁控制。在运行中制动时 ,当制动压力达到 0. 28MPa时 , 1b133闭合接地 ,使断电器 28U2/A动作 ,切断 28d1或 28d2的电源 ,使其复位 ,从而换挡电磁阀 (M1～ M4)均不动作 ,实现了制动时 ZF无动力输出。这样就使得变速箱在任何时候任意挡位工作时都无需退回空挡 ,就能进行制动 ,而不会损伤变速箱 ,简化了操作过程。
1. 2. 5 ZF联锁安全保护控制分析
参照图 2及 5s/0. 9 s延时控制电路 (图略 )可知 ,对 ZF联锁安全保护控制的信号有以下两个 :第一个是液压走行监视信号 G4,第二个是安全装置监视信号 G47。这两个监视信号出现报警时 ,均是28U2/C的 6脚接地 ,经 28U2/C的常闭触头送至降功板的 Y11输入端 ,此信号经 5s延时集成块延时后 ,送出接地信号 ,使 RE1继电器动作。并使28U2/A常闭触头断开 , ZF的所有控制失效 ,各电磁阀也均无输出电位。这里增加的 5s延时控制电路 ,是为了防止机车在运行中出现误动作而产生监视信号时 ,不是马上切断 ZF控制 ,以区别真假报警信号。如果是真的报警信号 ,则有 5s持续的接地电信号产生 ,并切断 ZF控制。一旦 G4、G47无接地信号 , 5s延时电路将立即恢复 , Y1无输出 , ZF控制马上恢复正常。按下旁通开关 5b2或 11b2使 G46接地 ,松开后此信号消失 ,这样可以实现 ZF点动。实际作业中用此方法可以点动液压驱动马达。
1. 2. 6 自动降低转速的控制
在 ZF换挡时 ,通过 0. 9 s控制电路对发动机实现自动降低转速的控制 ,并在制动时对发动机实现自动降低转速至怠速的控制。具体分析参见图 2及5 s/0. 9 s延时控制电路 (图略 )、总电源和柴油机电路 (图略 )。
(1)G64、G65、G37、G38,在这里作为 0. 9 s延时电路的触发信号。空挡时 , G64、G65为高电平 ,触发光耦 SSR1动作 ,定时器 N2的输入端 2有触发信号 ,同时经由 RP1、R4向 C5充电 ,当充至 8V左右时 ,定时器 N2内部触发器复位 ,放电三极管导通 ,电容 C5放电 ,电路进入稳态。此时 XT2输出低电平 , SSR2及 KRE1动作 , X13与 X15接通 , G66端为低电平。此信号是 28d6继电器动作 ,停机电磁阀1S6的控制端 317与 313a接通得电 ,为起动作好准备。另一方面 1S71气动阀是依靠 28d5来控制 ,在空挡时 28d5不动作 , 1S71同样可以得电 ,并为启动作好准备。N2由暂稳态变成稳态的过程即 XT2由高电平变为低电平的过程 ,所用的时间可以通过 RP1调节 ,利用 RC回路充电时间的改变来实现 , N2延时调节到 0. 9 s。
(2)由空挡挂 1挡或由 1挡降空挡时 , G65或G64都有个变化状态 ,而且在换挡瞬间 , G37、G38要延时 0. 4 s才得电。这样在挂 1挡时 , G64或 G65失电 , SSR1断开 ,一直维持到 0. 4s换入 1挡后G37或 G38才得电。在这个过程中 N2的触发信号消失 ,内部触发器发生翻转 ,电路进入暂稳态 , XT2端变为高电平 ,导致 KRE1失电 , G66悬空 ,停机电磁阀失电 ,切断油路 ,发动机转速下降。在 0. 4s以后 G37或 G38才得电 , N2的输入端又有触发信号 ,定时器 N2内部触发器被复位 ,定时器输出端 3经过 0. 9 s延时后产生低电平 ,导致 KRE1又得电动作 , G66产生低电平使 1S6停机阀得电供油 ,转速开始回升。
(3)由 1挡换 2挡 ,由 2挡换 3挡的触发信号是G37或 G38。在换挡瞬间 G37或 G38消失 0. 4s, N2进入暂稳态 , XT2为高电平 , KRE1失电 , G66不输出低电平 ,停机阀关闭。0. 4s店 G37、G38端产生高电平 , N2经 0. 9 s后进入稳态 , XT2又变成低电平 ,停机阀又得电供油 ,发动机转速回升。
(4)降挡过程中的控制与相应的升挡过程中的控制一样 ,这里不再分析。但要说明的一点是此降速控制是通过 1S6停机阀的动作来实现 ,与 1S71无关。
(5)1b823是实现 1000～ 1300r/min的感应开关 ,用来识别转速范围。在 1300r/min以下时 ,1b823感应输出接地信号 ,使 KRE2动作 ,保证KRE1正常供电动作 ,即使换挡 , G66接地信号也不消失 ,也就是说在 1300r/min以下换挡 ,发动机不会降低转速。
(6)运行中制动时的发动机自动降转速。此时G3产生接地信号 , KRE3动作 , T3得电使 28d5动作 , 1S71失电 ,气动电控油门关闭 ,发动机降速直至怠速。并且由于 KRE2的 9脚与 KRE3的 8脚相连 ,即使在这个降速过程中 ,立刻缓解 ,也能保证转速下降到 1300r/min以下。另一方面 ,如果制动后不缓解 ,提升油门转速也不会上升 ,因为 T3此时一直为高电平 , 1S71气动电控油门一直关断 ,不能操纵油门拉杆。故在制动时不可能强行提速 ,保护了机械。
2 应用中的故障分析
通过对捣固车 ZF变矩器电气系统原理分析 ,对各部分的作用有了清楚了解 ,现把实际应用中 ZF变矩器常见的几个故障分析如下。
2. 1 在挂挡过程中出现发动机自动熄火现象
主要原因是 28d6不动作导致停机阀失电而熄火。 28d6不动作的原因如下 (见图 2):
(1)在怠速下换挡时 , 0. 9 s延时过程中 ,如果1b832感应的速度位置不对 , G67无低电平 ,那么KRE1便不会动作 , G66便不会输出低电平 , 28d6不动作 ,停机阀关闭。这时在 ZF已带负荷的情况下 , 0. 9 s内发动机转速从 1000r/min左右降至200r/min以下 ,发动机转速就有可能维持不到0. 9 s而熄火。
(2)若 SSR1或 SSR2光耦不正常 ,在换挡过程中 ,触发信号 G64或 G65、G37或 G38的变化就不能通过 SSR1光耦瞬时加到 N2的 2万 ,造成 N2动作失常 ,发动机窒息时间过长而熄火 ,或者 SSR2动作失常 ,不能将 N2的延时控制正确反映到 KRE1上 ,也同样会造成发动机窒息时间过长而熄火。
2. 2 当实施制动时出现发动机自动熄火现象
主要原因也在于 1b823的感应位置不对。当图2中 1b133由于实施制动而使其闭合 , G3产生接地信号时 , KRE3便动作 ,使 T3输出 24V, 28d5动作 , 1S71气动电控油门立刻关闭 ,发动机调速机构瞬间复位至怠速位置。与此同时 ,由于 G3接地 ,视图 2中的 28U2/A动作 ,切断 ZF的控制电源 , 28d1或 28d4复位。此时 G37或 G38信号消失 ,那么0. 9 s延时电路无触发信号 , SSR1复位 , N2进入暂稳态 , SSR2也复位 ,这时 KRE1的动作完全取决于KRE2的动作。如果 1b823不能在 1000～ 1300r/min感应到信号 ,那么 KRE2便不会动作 ,这样KRE1也将失电复位 ,使 G66不能输出接地信号。那么 28d6便会失电 , 1S6停机 ,电磁阀失电关闭 ,致使发动机熄火。
2. 3 捣固车运行中只能单方向走行或出现时走时停现象
图 2中继电器 28d1或 28d2的动作直接控制换挡电磁阀的动作。如果 28d1或 28d2的继电器触点1～ 3或 6～ 7失效 ,则 M1或 M4就不会有输出。这样就会造成捣固车在某个方向不会走行或出现时走时停现象 ,除了上述的原因外 , 1b133开关触点如果因某种原因 (比如进水 )出现接触不良 ,则可能导致28U2的误动作 ,而使 ZF的控制电源消失 ,造成不能走行。
2. 4 在运行挂挡时无降速功能
这主要是由于 1b823的位置不正确造成的。1b823要求发动机转速在 1000～1300r/min的范围内有输出信号。当转速在此范围内挂挡时 ,由于G67接地 , KRE2、KRE1也动作 ,而使 G66始终接地 ,即使挂挡时 SSR1、N2、SSR2有动作 , KRE1也始终使 G66接地 ,停机阀 1S6始终动作而不会有降速。如果当捣固车发动机转速在1300r/min以上时 , 1b823不输出信号 , KRE2将不动作而复位。KRE1的动作完全取决于 0. 9 s延时控制 ,挂挡时使车速降速。但是 ,如果 1b823在1300r/min以上时还有感应输出信号 ,那么 , KRE2、KRE1将始终动作 ,使 G66输出接地信号 ,停机阀将不会关闭 ,发动机不会降速。这就是说 ,当 1b823的感应信号始终存在时将不会有降速功能。
通过以上分析 ,可以知道 ,在 ZF应用中应注意以下几个问题 :
(1)液力变矩器上的两个电信号组合插头螺母应拧紧 ,建议用细铁丝防松固定 ,在插头螺母上已有小孔。
(2)1b183制动压力开关要保证触点通断正常 ,动作可靠 ,保证制动压力在 0. 28MPa以上时 1b133闭合 , 0. 28MPa以下时 1b133断开。
(3)1b823感应开关位置应正确可靠 ,在 1000～ 1300r/min时 , 1b823输出感应信号 ;1300r/
min以上时 , 1b823不输出感应信号。
(4)B28箱控继电器和二极管组件安装的连线及各接线端连接要可靠。
(5)挡位选择器 (1U11, A)和 (1U11, B)的连接插头 1b371、1b370、1b369、1b368要连接可靠 ,接触良好 ,保险完好。
(6)ZF控制系统的各个部分的继电器要保证工作正常。
(7)严格执行操作规程 ,避免人为故障。通过对捣固车变矩器电气控制和应用故障的分析 ,可以看出变矩器的电气控制是比较复杂的 ,而且在使用过程中出现故障的原因是多方面的。在使用中要加强对变矩器的维修和保养 ,出现故障要认真分析原因 ,减少失误 ,确保变矩器正常工作和捣固车的正常使用。
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