D09-32型捣固车的卫星小车比例控制及调试

D09-32型捣固车的卫星小车比例控制及调试摘要：本文首先介绍了D09－32连续式捣固车作业的基本情况，在这基础上详细讲述D09-32连续式捣固车作业中小车的驱动原理、比例阀的驱动的基本电路及其调试方法
关键词：D09-32捣固车连续式作业卫星小车驱动比例阀控制调试1.前言
随着经济的高速发展，国内铁路货运、客运量的剧增，铁路运输面临严峻的考验。

为了保证提速后铁路运行的安全、准点的目标，我国从1989年以来引进了奥地利Plasser公司的D08-32捣固车制造技术，极大的提高了铁路线路的养护质量和效率，并于2000年又引进了D09-32型捣固车。

D09-32是PLASSER公司九十年代末的产品，采用了连续捣固的作业方式和ALC自动导航等新技术，使其精度和效率都要比的D08-32型捣固车高。

2.概述
D09-32型捣固车是机、电、液、气为一体，采用大量的电液伺服控制、自动监测、微机控制等大量的先进技术，可同时进行拨道、起道抄平、捣固的线路综合作业。

小车驱动由于动作频繁、阻力大、运动行程长，是系统中最具有特色的比例电液控制环节。

整个环节包括给定、反馈、PID控制器和执行机构。

小车行程反馈由线性传感器输出，PID调节由电路板EK-2.61完成，执行机构包括比例阀、油缸和捣固装置（如下图）。

小车的前进与后退分别由两个不同的比例控制回路控制，而前行的回路比后退的复杂，因此这里只叙述前行控制电路。

图1系统框图
PID的控制主要由模拟电路完成，分为前端位置信号处理、斜坡信号产
生、比例阀驱动三部分。

3.前端位置处理
由于捣固车是一个非常复杂的系统，信号繁多，各种动作必须协调的工作。

小车在不同位置时，系统将要产生很多的辅助信号。

如当小车加速到运动到120mm处（前位）时，为了小车不碰撞大车就必须减速，也就是要产生一个3公斤的制动信号（Q90），并且这个信号要维持1秒钟。

因此，传感器出来的信号必须调整，并产生系统所需的零位、前位、中位和后位，具体电路如下图2。

图2信号调整电路
位置传感器的实际值由R1输入，受R2影响很小，R1和才C5组成一个高频滤波器(滤掉噪音)。

R2重要作用的是当6d开路输入时，把OP1-A的输入下拉至零（当下拉电阻）。

OP1-B用作加法器，通过P2预置一个正或负电压，来改变距离传感器实际的零点。

P14使距离传感器的实际值加强或减小，OP1-C只有小车
前行时有用。

09-32捣固车中通常把前端尾部附近作为零点，此时小车相对于大车的速度为零。

如果小车速度过高，就会越过零点，实际位置按零点计算不再变化，就是说，小车的速度不再变化。

当小车位于前零位时，这种情况应该调节P2，使OP1-B输出为零。

OP1-C上的D5使之只输出正电压，电压变负时，保持为零(不再变化)。

要注意，OP1-C的9脚作为输出脚，如果短接D5，运放就成为1:1的电压跟随器。

OP1-D把信号按R8/R7的当量(通常为1:1)变大。

OP2-A 又用作加法器，调节P1，就可调整OP2-A的零点。

加法器OP2-A按要求把14z 的信号放大，P15调整放大倍数；P13可以把输出信号(如：下插/上升)调到期望的倍数(25mv/mm)。

信号经过调整后，当量是确定的，也就是说电压值所表示是小车的运动的距离。

因此系统只要将当前经过调整的信号和设定的电压值比较即可得各种位置信号。

这些信号要通过传输线路送到微机控制系统必须经过放大，以提高其抗干扰能力。

同时为了消除抖动，比较环节采用带回滞效应的电路。

图3 输出位置信号
P4把一个正或负的附加电压送到OP2-B的6脚上，即设定中位的位置，当R13实际值信号大于这个信号(P4的相反值)，运放会正饱和，并通过二极管D6送到三极管TA1-A的基极，三极管导通，就会在22b上输出一个接地的信号，同时点亮黄色发光二极管LED2。

这个信号平常作为深度传感器实际位置的“中
位”。

不管P4有一个多大的调整范围，R15/R14的比例关系起洄滞效应，也就是说，当信号电压有波动时，也不会因此而改变三极管的开通或关闭状态。

前位信号和后位信号的电路和中位差不多，这里不再说明。

4.斜坡信号产生电路
在作业过程中，小车的状态不停的变化，因此所需的驱动电流是不一样的。

特别是产生突变时，若果从静止状态比例电流为零时瞬间跃变到最大电流，系统将会产生较大的冲击。

要解决这种问题，必须增加一段使电流在较短的时间段逐步增大到最大值，也就是产生一段斜波信号，以提高系统的动态特性。

图4 产生斜波信号
小车刚启动时，R45上一直是一个负电压。

这个值变正时，OP4A会正饱和，通过D13和R48的信号也会为正，OP4-B作为时间积分电路，电容C14电阻R49和电位器P3就象OP4-B的输入电压一样，确定OP4-B的积分时间常数。

电压越小或电阻越大，就会在OP4-B的输出上产生一个更慢的电压上升沿，同样电容越大，也会减小这个上升沿。

当OP4-A正饱和时，OP4-A输出的正饱电压（约为+14V）作为积分电压（D14用来截止负饱和电压）。

OP4-B因此很快达到负饱和值，通过两个稳压管ZD1和DZ2产生一个10.6V的电压，并保持这个电压（稳
压管的稳定电压）。

通过OP4-C的转化，产生一个约为+12.2V的最后输出电压，标志已经到达上升沿的顶部。

如上所述，如果R45上的差值输入信号在转化时,OP4-A跃到-14V，由于P6和R53上+12.2V电压补偿，R45信号为很小，OP4-D一直保持为零。

由于二极管D14截止，P3只有大约0.6V的小负电压作为积分输入电压，P3调节后，OP4-B仅在正饱和范围+10.6V内很慢地变化 (约为200MS)。

当电压上升到+10.6V时，OP4的输出电压超出+12.2V，超出零点。

于是1:1倒相器OP4B输出从0点开始，上升到最大值+14V，OP4-C下降到0点。

必须正确调节P5。

作为调试的辅助手段，可以用拔位开关B1，输给积分电路一次正电压一次负电压，到使之分别达到达饱和电压+10.6V或-10.6V后，这种调节电压就应保持，OP5-A 用作倒相器。

反馈回路中的电容用于保持运放工作稳定。

5.比例驱动
比例阀是电流器件，其驱动电路就是提供一个较大电流的恒流源，同时再加上一个克服比例阀死区电流的电路。

具体电流如下图5
图5 小车位置和电流的对应图
6.卫星小车的调试（如没特殊说明，都是对EK2.61V4电路板上的电位器进行
调试）
（1）、卫星小车能够前后正常运行。

（2）、卫星小车向前移动，当缓冲油缸距前挡板8-10mm处停下，然后机械挂上，此处为卫星小车的0位。

（3）、调整卫星小车位移传感器输出至+8V。

（4）、测量OP1-B/7脚，调整P2使其输出为0V；测量6Z（F1D），调整P1使其输出为-10V；调整五路显示表19U1的第五档显示为0。

（5）、卫星小车后移700mm，测量OP1-B/7脚，调整P14使其输出为10mV/mm×700mm=7V；测量6Z，调整P13使其输出为：-10V+23mV/mm×700mm=6.1V；调整五路显示表19U1的第五档显示为-700mm
（6）、卫星小车前、中、后位的调整：
①前位：卫星小车由后向前运动，五路显示表显示-120mm时，调整P10使板上红色灯恰好亮，X1C信号产生；
②中位：卫星小车由后向前运动，五路显示表显示-340mm时，调整P4使板上黄色灯恰好亮，X1B信号产生；
③后位：卫星小车由前向后运动，五路显示表显示最大位移-100mm时，调整P11使板上绿色灯恰好亮，X22信号产生。

7．卫星小车动态调试：
①调整P7、P8、P18和EK-319LV板上的P5，使大小车运行平稳；大车走行速度为0.5km/h，卫星小车在距零位30-40mm处平稳前进。

②调整延时Q80、Q83、Q85，使卫星小车加速时全速跟上大车，制动时平稳刹车。

8．结束语
D09-32型连续式捣固车是我国引进的最先进的大型铁路养护机械，通过以上的驱动电路，克服了小车移动所带来的很多问题，保持了较高的作业效率，获得较高的性价比。

由于D09-32捣固车电气系统是以模拟电路主，存在有抗干扰能力差、系统庞大、调试繁琐等缺点，所以驱动采用以上电路。

随着对捣固车技术的消化吸收，如果以后控制采用数字系统，实现以上算法就会简单得多。

张元波
2007年7月15日。