液压系统越权控制的应用与分析

白军强　李胜男　余新坤　刘宇

摘  要：通过对某钢轨打磨车液压走行系统的原理及一次故障处理过程的介绍，详细分析了一种液压系统越权控制方式的应用原理及控制过程。

关键词：钢轨打磨车;液压系统;越权控制

中图分类号：TH137         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）17-0166-03

Abstract： Through the introduction of the principle and a fault treatment process of the hydraulic running system of a rail grinding vehicle， the application principle and control process of an overridecontrol mode of the hydraulic system are analyzed in detail.

Keywords： rail grinder; hydraulic system; overridecontrol

随着高速铁路的快速发展，大型铁路养护机械的种类和数量也在不断的增加，越来越多的出现在铁路上。这些大型养路机械在铁路上运行，多数都采用了液压驱动。

液压走行系统通常是采用变量泵驱动变量马达的方式来实现。常用的控制方式为：微机通过电液比例阀控制泵排量来实现车辆的起停与速度调节。在这种液压走行系统中存在一个较大的问题：当马达超速时没有得到有效的保护。例如，当车辆从行驶到停车的过程中，液压泵失电排量即刻归零，从此不再有流量输出，而由于车辆的惯性作用，液压马达仍在被动旋转，此时会出现系统原低压侧产生高压，而原高压侧会因为供油不足导致马达吸空，进而对液压马达造成损害。

在现代液压走行系统设计中，已有多种方式实现马达的超速保护，越权控制是其中较为简单实用的一种。其原理为：通过一套包含电磁换向阀、顺序阀、溢流阀等组成的控制阀组将液压系统低压侧的油路连通至液压泵的控制油口，当系统低压侧产生高压时，顺序阀打开，压力油直接控制液压泵的排量向增大的方向动作，阻止液压泵的排量减小或归零，从而实现长大下坡或制动等马达超速时的安全保护。在大型养路机械产品中，某钢轨打磨列车在液压走行系统中应用了此种越权控制原理，见图1。

图1中，右上方部分是两个液压泵，下方部分是4个液压马达，而左上方部分则是越权控制阀组，详见图2。

其越权控制过程如下：

列车向B1方向前进时，泵上b电磁铁得电，X4口压力油进入，推动斜盘油缸动作，A口为高压侧，B口为低压侧。如表1所示。

这时控制器输出的1V、3V失电，2V、4V得电，对应的1V电磁阀、3V电磁阀失电，2V电磁阀、4V电磁阀得电，如表2所示。

当1V电磁阀失电时，P、A关闭，2V电磁阀得电时P、A关闭，3V电磁阀失电时P、A连通，4V电磁阀得电时P、A关闭，如表3所示：

所以当列车正常行驶时，阀组的1V和2V电磁阀已经关闭，压力油不会通过阀组对泵组产生影响，只有当列车实施制动时，控制器输出1V电压给到1V的电磁阀上，1V电磁阀得电P、A连通，这时低压侧B口的压力超高，压力油会通过1V电磁阀——顺序阀——3V电磁阀——泵上X4口的斜盘控制油缸，从而推动斜盘动作，对斜盘产生正面影响，减缓斜盘回零，使泵能够维持一定的流量输出，防止马达吸空，保护整个液压系统。如图3所示。

列车向B2方向前进时，道理同上。

此钢轨打磨列车曾出现停车过程中“窜车”的现象，即在降低走行手柄准备减速停车的过程中，车辆反而突然向前加速然后再减速，并不断反复直至停车。这种故障现象正是由于液压系统的越权控制不正常工作造成的。

我们在现场排查故障的时候首先检查的就是此套阀组的工作状态，发现阀组的工作状态并不正常，1V电磁阀和2V电磁阀线圈的发热状态一致，说明这两个线圈得失电的时间基本相同，与1V电磁阀常失电的状态不符。而3V电磁阀的线圈基本没有发热，表示处于常失电状态，4V电磁阀发热严重，表明处于常得电状态，这与我们往复试车后两个电磁阀的得电时间基本相同的状态也不吻合。于是对电气的线路连接进行了详细排查。

之后现场查线得出的结果为：实际的接线状态是控制器输出的1V电压给到了3V电磁阀上，2V电压给到了4V电磁阀上，3V电压给到了2V电磁阀上，4V电压给到了1V电磁阀上。

按照这种接线方式得出实际的控制状态如下：

向B1方向前进时，泵上b电磁铁得电，X4口压力油进入，推动斜盘油缸动作，A口为高压侧，B口为低压侧。与图1所示相同。

但这时控制器输出的1V、3V失电，2V、4V得电，由于上述这种错误的接线方式，到达电磁阀上的得失电状态就会变成如表4所示。

对照表3所示连接状态表，可知对应的1V电磁阀得电P、A连通，2V电磁阀失电P、A连通，3V电磁阀失电P、A连通，4V电磁阀得电P、A关闭。

这样一来，不管是A口压力升高还是反向制动的B口压力升高，都会有压力通过3V电磁阀反馈到X4中对斜盘的油缸进行正面的影响，增大泵的排量，造成窜车。如图4所示。

而实施制动时，3V电磁阀和4V电磁阀同时得电反而会同时关闭，不会起到制动保护的作用。

现场试车时，不管是加速过程中还是减速过程，当压力升高到200bar以上时，基本都会出现一次窜车现象，可以证明这种判断。

向B2方向前进时，B口为高压侧，A口为低压侧，泵上a电磁铁得电，X3口压力油进入推动斜盘油缸动作。

这时控制器输出的1V、4V失电，2V、3V得电，那么对应的1V电磁阀失电p、a断开，2V电磁阀得电p、a断开，3V电磁阀失电p、a连通，4V电磁阀得电p、a断开。由于1V和2V全部关闭状态，压力无法反馈到泵组，故此越权保护作用消失，制动或减速时应该会比较直接和迅速，将对马达造成损害。

通过分析可以看出，越权控制是液压系统中较为简单和实用的控制方式，可以有效保护马达及整个系统的安全，尤其适用于大型铁路养护机械的液压走行系统。如今，随着技术的发展，各知名品牌的液压泵也已成功将此套系统集成到泵体上，在我们后续设计此类系統时可直接选用，简化了设计、制造及使用维护的难度。

参考文献：

[1]刘延俊.液压系统使用与维修[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]张利平.液压系统设计丛书——液压传动系统及设计[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3]张正兰.大型养路机械的现状及发展方向[M].铁道建筑，1999（11）：33.