浅谈有轨车辆液压低恒速走行控制系统

高颖

摘要：有轨车辆发展的方向是采用电控液压走行，是现代控制系统的重要标志之一。在操纵性能、反馈控制、整体布局都是一个巨大的成就。本文分别对有轨车辆液压行走系统操作的具体理念、自动化程度、控制系统等方面进行简要分析。

关键词：有轨车辆；液压低恒速；控制系统

1引言

有轨车辆低恒速控制系统是一门新生的综合性应用科学，它是在机车对速度要求精度敏感的前提下，利用了液压系统的抗冲击性好、无级变速可调、控制精度高、安全、高效等优势，避免在下坡道行车时发生下滑和超速溜坡现象，以提高有轨车辆的安全性、速度控制性。

有轨车辆液压低恒速控制系统采用反馈闭式回路方式，液压泵控制方式选择的是“模拟输入信号—模拟输出—反馈控制一速度”式控制方式。再根据实际工况中所得到的试验数据，计算出液压系统的工作压力、流量以及系统的功率。根据液压系统中控制的常规要求，对电气控制元件进行选型计算。有轨车辆走行液压系统的控制重点在于走行恒速控制和走行协调性控制。

2有轨车辆液压低恒速控制系统的介绍

2.1有轨车辆液压低恒速控制系统简述

有轨车辆液压低恒速控制系统主要由输入控制系统、数据采集、处理系统、输出控制、人机交互系统以及其他辅助系统组成。输入系统给PLC一个模拟电压输入，使PLC有一个变量参数变化，通过PLC按照预写的公式进行计算并输出模拟电流、电压控制信号。对这一部分的要求是HMI人机交互显示屏上满足走行条件，并且无报警。输入信号为可持续电压变化量，并且要用传输线缆及PLC外壳有良好的屏蔽接地以免受外界影响，不会因外界电磁、白炽热噪声的不稳定，影响控制电压输入的稳定行，有利于PLC的识别与快速响应，避免因干扰产生的扰动信号造成误动作。另外，很重要的一点是：在信号输出端和传感器反馈输入端也应尽量避免杂散点磁场、白炽热噪声的影响，尽量让传感器反馈的是有效的液压压力及走行系统压力的分量，使其不受或少受电磁场和电信号白炽热的影响。

手柄信号输入主要作用是给PLC一个原始信号。PLC将输入信号通过计算将模拟电压信号处理转化并输出模拟信号，以便于符合泵马达的控制信号要求，传感器将采集的信号送入计算机后再由计算机与实际手柄输入信号做对比，进一步通过压力差得知运行路段是处于上坡还是下坡。然后由计算机进行处理，对信号进行PID调节，来控制在油门手柄输入不变时调节泵或者马达的输出控制信号，泵和马达在通过输入信号的改变做进一步的微调。

人机交互系统就是运行参数监控和报警的通知、人工干预方式、速度参数的设定压力的设定等操作。人机交互系统显示机车运行的速度、工作的压力、温度等其他参数。同时提供人机交互的界面，以便于对数据采集、运行监控、泵马达泄漏的参数进行设置。

辅助系统包括制动系统等其他动力系统。制动要稳定，避免因制动波动影响压力传感器信号的采集和误判，在液压主回路安装液力制动，并安装溢流阀等，下坡道时会造成的压力堵塞瞬间升高。采取溢流、泄压，避免因速度变化造成传感器反馈过于频繁，造成车速调整也过于频繁。

2.2有轨车辆液压低恒速控制系统的工作原理

首先液压油箱按照要求加注液压油。当液压油加注完成后液位传感器和温度传感器工作，并向PLC提供响应的参数，在确认这些信息后，PLC会解除对发动机的启动信号锁定。当发动机启动后，每个液压油泵的补油压力也就是吸油压力传感器工作，并实时监控防止液压泵吸空瞬间温度上升造成液压泵烧毁。

泵排量的电气控制采用了一个滑变式伺服比例控制阀作为调节排量输出，调节伺服比例阀输出先导压力，该伺服比例阀将电流输入信号转换为线圈动作信号，并将该动作信号作为导压力控制信号，控制泵内的三位四通主动作阀芯，从而实现控制油缸双向伺服无级变量控制。伺服油缸控制斜盘的倾角位置的移动，来完成泵排量从小排量切换到大排量与反向排量控制之间随意的切换。由于斜盘的控制是通过一个机械式反馈拉杆与斜盘的中心连接，所以泵的排量同时受电气输入电流信号控制及斜盘机械位置反馈控制，从而实现了排量的双向闭环控制。经过双向伺服油缸的控制，可实现泵排量的无级变速比例控制。

马达的工作原理在这里可以看成类似液压泵的反向工作，液压是如何将液压能转换成转动形式的机械运动。轴向柱塞式液压马达的工作原理是斜盘和配油盘夹角的伺服比例变化，柱塞可在配油盘的孔内移动，斜盘中心线和配油盘中心线相交一个倾角，此时马达内部流过的流量为最小，随着斜盘和配油盘的倾角变化，改变了高压油经配油盘的进油腔进入缸体的柱塞孔时，高压腔推动柱塞杆做活塞运动并作用在斜盘上。斜盘连接输出轴并输出转速。

通过上述分析可以看出马达排量的变化与泵的排量控制是相反的。当泵的控制达到最大排量时稳定后，才会改变马达的排量。从而实现对有轨车辆液压低恒速系统的稳定运行。考虑到间隙密封、压力平衡、内部结构及自动调节结构等因素，液压泵的吸进油腔、排油腔多是对称的，能双向变量旋转。液压马达的进油腔和排油腔虽说是对称的，但是其斜盘和配油盘是有夹角的。

2.3系统的控制方式和控制要求

本系统采用自动和手动结合的控制方式。有轨车辆液压低恒速控制系统的手动控制功能与自动控制功能完全相同，即不采用自动控制单元时，走行系统能由手动操作运行。

自动反馈控制方式的优点可提高车辆的运行可靠性，减少人工成本。采用自動控制方式的同时也需要采用手动控制方式加以辅助，用来对设备进行配件安装、局部调试、故障维修等操作，从而降低设备运行的故障率，提高列车运行的可靠性。

系统的控制要求：满足设备的工艺要求，检测准确无误；由于设备安装地点的环境恶劣，要求控制系统抗干扰能力一定要强；车辆运行可靠；车辆速度除自动控制外，应有手动控制；有程序预选功能，程序选定后，整个列车速度过程自动控制；液压系统及控制系统的运行应有相应的指示；故障报警应有相应的指示；有必要的电气、液压保护措施；有良好的散热性能。

3结语

本文主要介绍了有轨车辆液压低恒速控制系统相关理论知识，并较系统的阐述了有轨车辆液压低恒速控制系统的基本原理及工作原理；经过分析现场控制需求，确立了手动紧急控制和自动控制共存的控制模式，从而确定了系统的控制基本要求。

我国从20世纪初对有轨车辆液压低恒速控制系统技术进行研究，于2008年、自主研发有轨车辆液压低恒速控制系统列车，技术水平落后于国外的研究水平。多年来，在国内有轨车辆液压低恒速控制系统研究者的共同努力下，目前已有许多的高校和研究单位在这方面取得了巨大的成果，逐步缩小了与国外水平的差距。