D09—32 油門電氣控制系統分析

周文科

摘 要：D09-32 型搗固車是現在的線路大修恢復中發揮著巨大的作用，其油門控制系統在當前使用的搗固車中，非常具有代表性，而且功能比較齊全。從原理上看確實不是很復雜，但實際設計上除完成對轉速的控制外，還有相應的連鎖及速度鎖定，所以實際的09-32電氣系統還是非常復雜的，掌握了D09-32型搗固車的油門電氣控制系統，可以更好的使用機械車。

關鍵詞：D09-32；油門電機；電氣控制系統

1 前言

在大型養路機械的發展過程中，油門控制系統的控制主要分為風路控制和電氣控制兩類。電氣控制系統的控制方式也是多種多樣，不同的大型養路機械，采用的控制方式也不相同。在眾多大型養路機械中，D09-32采用的控制系統是最具有代表性，而且功能也是最為齊全，不僅解決了風路控制系統的發動機啟動初期無風狀態下無法控制油門的問題，一而且還解決了其他電氣控制系統的控制靈敏度低的問題。

2 工作原理

D09-32 搗固車油門控制系統基本原理是通過升降油門拉把，利用油門電機控制電路板計算，得到控制油門電機的控制電流，使油門電機動作，拉動與發動機油門拉桿連接的軟軸，調整發動機的轉速，最后通過反饋裝置，使發動機擁有穩定的轉速。從油門電機控制系統的工作原理不難看出該系統的核心是油門電機控制電路板，因此分析該系統的重點是分析油門電機控制電路板。油門電機控制電路板電氣原理圖如圖1所示，主要有電壓變換電路、雙穩態觸發器及磁保持繼電器控制電路、反饋比較電路。

2.1 電壓變換電路

機械車本身能提供的為+24V直流電壓，但是在油門電氣控制系統中需要的是+12V 和+5V 直流電壓，因此電路系統設計了電壓變換電路以滿足控制系統所用電源需要，如圖2、圖3所示 。

圖2是由+24V 轉換為+12V 的變換電路。為了得到穩定的+12V輸出電壓，電路采用了三端穩壓器7812，并且配置了穩壓和濾波電路。穩壓管和與其并聯的二個電容確保了輸入電壓在+24V 左右小范圍的波動，并且可以防止自激震蕩，有效保護控制系統的其他電器元件；輸出端的兩個電容用來消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態特性，起到濾波作用，提高輸出+12V電壓的穩定性。

圖3 是+12V 轉換+5V 的轉換電路，主要由LM124運算放大器及其外圍電阻組成，其中利用LM124作為電壓跟隨器，提高輸出+5V電壓的穩定性，由R23、R24、P7組成分壓電路，電容C7起到濾波作用。設計R24=6.49k，R23=10k，P7阻值在0—1k。根據集成運算放大器計算理論，可得出：

通過計算可得：

因此，只要調整P7電位器阻值為0.65kΩ時，即可在輸出端得到+5V 電壓。

2.2 雙穩態觸發器及磁保持繼電器控制電路

為了滿足對發動機作業轉速的控制要求（本文所指的作業轉速與作業怠速是指通過操作2b54開關得到的兩個固定轉速，分別對應發動機轉速為2150r/m、1100r/m），D09-32油門控制電路中引入了雙穩態觸發器與磁保持繼電器控制電路，該電路主要起到瞬時得電后可以保持一段時間的該狀態，而在再次瞬時得電可以立即轉到另外一種狀態的作用。電路原理圖如圖4所示，圖中VS5-24是雙穩態觸發器，RE3是磁保持繼電器。

雙穩態觸發器工作的原理：當觸發器的3腳得電時，內部觸發器脈沖使與它的1腳或4腳相串連的三極管導通，故腳或4腳中的一路必然接地，1腳和4腳分別與磁保持繼電器的線圈L1、L2相連接，L1、L2將有一個線圈動作。

磁保持繼電器工作的原理：磁保持繼電器的兩個線圈L1、L2，通過脈沖激勵使其翻轉，但是同一時刻只能有一個線圈被激勵，而不是同時被激勵。對于油門控制電路，當線圈L1得電時，繼電器RE3 的觸點10、觸點11接通，即繼電器RE3 的各觸點保持圖3 所示的狀態；當線圈L2 得電是，繼電器RE3 的各觸點保持與圖3所示的狀態相反，即繼電器RE3 的觸點2、觸點3 閉合。與觸點2 相連的是作業轉速設定電位器電路，通過手動調節電位計P4 就可以實現作業轉速電壓的設定，這個電壓通過閉合的觸點2、觸點3 接入后級的油門電機回路，便可以完成作業轉速控制。即D09-32 搗固車作業時， 通過作業轉速開關控制繼電器RE6 瞬時得電，繼電器RE3 就動作，完成作業速度控制；再按一次，作業指示燈滅，RE3 再次動作，回到作業怠速狀態。

2.3 油門電機反饋控制電路

在控制油門轉速時，原理上就是給油門電機提供正反電壓，使油

門電機伸出和縮回，以達到拉出和收回油門拉桿，達到發動機轉速升降的目的。當發動機轉速達到規定值時，如果不把這個信號反饋回控制電路，轉速將繼續變化，無法得到預期的穩定轉速，所以整個控制系統中引入了反饋電路。油門電路的反饋是通過電機本身來完成的，電機伸出或縮回時，將有一個反向電位（負反饋）進入油門電機輸入電路。通過引入負反饋，大大改善了比較電路的工作性能，提高發動機油門的穩定性。當達到規定轉速時，輸入控制電壓與反饋電壓相平衡，電機將保持這個位置，即保持這個控制轉速不變。原理圖如圖5所示，該電路為一般的運算放大電路，不再進行具體計算分析。

3 發動機轉速的調試

發動機的轉速主要包括作業時的作業怠速、作業轉速以及正常的升降油門，正常升降油門包括最高轉速和最低轉速。

作業怠速的調試：在發動機轉速表經過校驗后，打開作業電源，正常啟動發動機后，將2b54轉到作業怠速位置，調整電路板上的電位計P3 使表顯示為1100r/m，即完成作業怠速調試。

作業轉速調試：將轉換開關（2b54）轉到作業轉速位置，這時圖3 的RE3 動作，2、3 腳閉合，調整電路板上的電位計P4 使轉速表顯示為2150r/m，即完成作業轉速調試。

最高、最低轉速的調試：設通過調整油門拉把產生的輸入的電壓為Vi，電位計P6 處電壓為Vi1；各電阻值P6=（0～22 K）、P11=（0～5 K）、R11=24.3K、R10=18K、R9=10K、R6=R7=7K、V0 為運放OP3D 輸出電壓。調試規定：油門最小：Vi=1.6V、V0=8.5V；油門最大：Vi=9V、V0=1.8V。可得出如下的計算程式：

通過計算可得P6=1K、P11=4.3K、Vi1=11.4V，而P6及P11的值都在給定電位計的阻值范圍內，在調試過程中，完全可以實現調整P6和P11得到相應電阻值。在實際油門電機控制電路調試過程中，一般先調整電位計P6和P11，使在油門電機在最大和最小時，V0的值分別為1.8V 和8.5V。用已經校正的轉速表對發動機的實際轉速進行校正后，調整拉把使發動機達到最大油門，然后調整電位計P9直至發動機轉速為2300r/m（看轉速表顯示）；調整拉把使發動機達到最小油門，然后調整電位計P8 直至發動機轉速表為900r/m（看轉速表顯示）。通過以上兩個步驟就實際完成了最大、最小油門的電氣設置。

4 結語

無論在什么工作狀態下，D09-32型連續式搗固車的油門電氣控制系統都可以實現對發動機轉速的控制，而且相當穩定。B81箱上還有兩個手動模式開關，在油門電機拉把無法正常使用時，可以通過手動模式作為應急使用。掌握了D09-32型搗固車的油門電氣控制系統，不僅可以更好地使用油門，而且可以作為參考對其他車型的油門控制進行改進，以及研究后續其他新型車的油門控制系統奠定基礎。

參考文獻：

[1]昆明中鐵集團公司.D09232 型搗固車國產化研制報告[R].昆明：昆明中鐵集團公司，2006.

[2]韓志青，唐定全.抄平起撥道搗固車[M].北京：中國鐵道出版社，1997.

[3]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社，1998.

[4]王兢，王洪玉.數字電路與系統[M].北京：電子工業出版社，2007.