周寶偉

（廣東省機械研究所，廣東廣州 510635）

0 引言

在鐵路檢修系統(tǒng)中，柴油機聯(lián)合調節(jié)器模擬仿真系統(tǒng)得到廣泛使用，在聯(lián)合調節(jié)器的檢修中起著十分重要的作用，系統(tǒng)主要完成聯(lián)合調節(jié)器的以下試驗[1]：

1）磨合試驗；

2）轉速整定；

3）啟動性能檢查；

4）負載性能試驗，初定功率懸掛點；

5）齒條抖動量測定；

6）轉速波動量測定；

7）啟動時間測定；

8）調速率及穩(wěn)定時間的測定；

9）負荷突變時調控性能檢查；

10）空載供油刻線的測定；

11）工作油壓、油溫測定（具有加熱裝置）；

12）測試數據網傳。

因為機車柴油機及其傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)是一個大惰性系統(tǒng)，聯(lián)合調節(jié)器在仿真系統(tǒng)上調試時遇到的問題是，如何相對準確的模擬聯(lián)合調節(jié)器在全程轉速下的實時工作狀態(tài)，是保證聯(lián)合調節(jié)器在裝車后能與柴油機及其傳動系統(tǒng)很好的匹配的關鍵問題。為解決這個問題，使用模擬乘法器及高精度變頻器來解決，并配以51單片機和數字顯示屏來顯示仿真系統(tǒng)的所有模擬及數字量。

1 控制系統(tǒng)介紹

柴油機聯(lián)合調節(jié)器模擬仿真系統(tǒng)主要包括：模擬運算電路、單片機控制電路、步進電機驅動電路及電源電路。

模擬運算電路是本系統(tǒng)的核心部分，可以實現(xiàn)轉速波動、齒條抖動、啟動時間、穩(wěn)定時間、瞬時調速率、穩(wěn)定調速率、功率懸掛點調整等項目的測試。

在機車運行過程中司機控制器（也就是機車速度）和主發(fā)電機電流（負載）以及柴油機油門的自身惰性（噴油泵供油量）共同作用，驅動機車平穩(wěn)運行。本系統(tǒng)中采用兩塊1595乘法器模擬這種工作狀態(tài)。一路是轉速和主發(fā)電流的乘積，一路是轉速和供油量的乘積，這兩路的乘積再與供油量傳感器相加共同控制運算放大器09和011，輸出端送給變頻器的模擬控制端，整個系統(tǒng)是一個大的閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)中各種參數的定義以及調整方法如下。

（1）啟動時間：本系統(tǒng)設定的啟動轉速為195 r/min左右，在此啟動轉速下，齒條拉桿拉出4刻線所用的時間，檢測自動進行。在本系統(tǒng)中是由SB1、KA1以及RP18來實現(xiàn)。

（2）穩(wěn)定時間：模擬機車測量在負荷突卸時的穩(wěn)定時間：在穩(wěn)定轉速下負荷突卸，測量由轉速突升到轉速恢復穩(wěn)定所用的時間。這部分功能在模擬電路中是由運放011和C16來實現(xiàn)的。

（3）瞬時調速率：測量在負荷突卸時的瞬時調速率；本系統(tǒng)自動按如下公式計算：δ1——瞬時調速率；

δ1=

（4）穩(wěn)定調速率：測量在負荷突卸時的穩(wěn)定調速率；本系統(tǒng)自動按如下公式計算：

δ2——穩(wěn)定調速率；

δ2=

n1——變化前的穩(wěn)定轉速；

n2——變化后的最高轉速（絕對值）；

n3——變化后的穩(wěn)定轉速。

瞬時調速率和穩(wěn)定調速率反映動態(tài)和靜態(tài)調控能力（見圖1）。

圖1 模擬刻線調速圖

2 功率懸掛點的調整

對于柴油機而言，不計雜散因素的影響，柴油機的輸出功率可表示為：

式中的K對于某一確定的柴油機為一常數；Q為每工作循環(huán)的噴油量；Vn為齒條拉桿拉量，在此可認為是供油刻線值；n為柴油機的轉速。

由式（1）不難看出，對柴油機而言，一旦轉速給定，其供油刻線的大小最終決定了柴油機的輸出功率；刻線恒定則功率恒定，拉出刻線大則功率大，拉出刻線小，則功率小；可見在一定轉速下，功調系統(tǒng)的調整作用是通過聯(lián)合調節(jié)器自身的油馬達來控制主發(fā)輸出功率最終實現(xiàn)柴油機的供油刻線恒定；當外界負荷變化時，引發(fā)轉速及供油刻線發(fā)生變化，但功率調節(jié)過程結束后，供油刻線能恢復到原值上，即實現(xiàn)“恒轉速，恒供油刻線”；而當機組的轉速變化時，輸出功率按給定的牽引特性隨轉速相應的變化，使柴油機工作在經濟特性曲線上。

所以只要掌握機車水阻試驗時700、850、及1 000 r/min三種轉速下功率符合要求時的供油刻線值即可在試驗臺上預先調出，實現(xiàn)功率懸掛點的予調。

由于同一型號的柴油機在不同的地區(qū)，輸出相同的功率時，供油刻線有所不同；車況不同，供油刻線也有一定差異；所以作為“標準”的刻線值要以本車型在本地區(qū)的水阻試驗時實測平均值為準，上車后還要進一步微量調整。

為了使恒功調整順利進行，在恒功調整前必須滿足以下要求：

（1）調速器穩(wěn)定性好，不游車波動。

（2）油馬達動作靈活，不允許有阻滯。

（3）油馬達的阻值應符合要求。

在系統(tǒng)啟動前，先將聯(lián)合調節(jié)器偏心調整輪上刻線對準夾叉上靠塔簧側上方離垂直中心線30°～45°度刻線處，聯(lián)合杠桿的十字銷靠伺服馬達側的端面調整至聯(lián)板上靠伺服馬達桿側的第二刻線處，將聯(lián)合杠桿與伺服馬的達桿連接的螺栓銷中心至上體平面的距離調整到100 mm左右，此時即可啟動試驗臺，將轉速提到最高轉速1 000 r/min，緩慢給定負荷，供油拉桿隨之提高拉出量，當油馬達處于浮動狀態(tài)時，校核供油刻值是否符合要求，同時通過改變給定負荷檢查油馬達動作，此時如刻線較要求的偏小，可調整伺服馬達桿鎖螺母將聯(lián)合杠桿下壓，使供油刻線到符合要求后鎖緊，然后在校核850 r/min和700 r/min時的恒功刻線值，根據這幾位的情況，適當再調整十字銷和鎖螺母的位置，即可得到正確的整定點。此過程需反復幾次。（見圖2）

1 000、850、700 r/min三個整定點的恒功刻線正確即認為調整正確，其他各點靠聯(lián)合調節(jié)器的自然特性保證；同時要看700 r/min以上油馬達是否能否靈活投入工作；在最低轉速位時必須回零位[2]。

系統(tǒng)給出的電流顯示值可作參考。

油馬達的旋轉速度，可通過調整增減載針閥開度來調節(jié)。過慢，過渡時間加長，過快則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，一般調定在全程動作時間18±5秒為宜[3]。

3 其他試驗

本系統(tǒng)的數字控制電路完成如下試驗

圖2 C型調節(jié)器及功率整定

在51單片機為主的的數字運算電路中[4]，系統(tǒng)從模擬電路中采集了轉速、主發(fā)電壓、主發(fā)電流、模擬刻線（電壓值）、模擬功率伺服器（電壓值）等參數來表征聯(lián)合調節(jié)器的各項指標，使其在顯示電路中以專業(yè)術語進行描述。（見圖3）。

這部分的輸入端為運放OP07編號A1、A2、A3、A4完成。

（1）負荷突變性能試驗：在檢測參數界面下，按“記錄”鍵可進入穩(wěn)定時間及調速率的檢測狀態(tài)。

將載核給定到一定值上，將加載/卸載旋鈕扳向卸載位，可實現(xiàn)負荷突降，以檢驗調節(jié)器的穩(wěn)定性能和調控能力。全過程檢測完成或進入本狀態(tài)32秒無載荷變化將退出本狀態(tài)，中途按下記錄鍵也將退出本狀態(tài)，檢測結束“穩(wěn)定時間”“瞬時調速率”“穩(wěn)定調速率”等檢測結果將顯示在屏幕上。

（2）轉速波動測定：穩(wěn)定壯態(tài)下的轉速波動值，自動檢測。

（3）齒調抖動測定，按“0”鍵進入齒條抖動檢測狀態(tài)，兩秒后自動返回并顯示齒條抖動量。

（4）啟動時間測定:本機啟動轉速為195 r/min左右，在此啟動轉速下，齒條拉桿拉出4刻線所用的時間，檢測自動進行。

（5）空載供油刻線

空載供油刻線在430～1 000 r/min轉速范圍內2.2～3.2為正常。

（6）DLS吸合釋放的檢查 DLS應能有足夠的吸合力，通電斷電可以通過主機前面板上的紐子開進行。

（7）最高、最低轉速：對有級配速的聯(lián)調自動顯示記錄16位和1位的轉速；無級調速的聯(lián)調須人為按下“16”和“1”鍵分別記錄顯示最高和最低轉速。

（8）轉速波動：穩(wěn)定狀態(tài)下的轉速波動值，自動檢測。

4 系統(tǒng)的控制面板操作

系統(tǒng)的操作控制主要集中于控制柜的操作面板上，（見圖4），上電或復位后，液晶顯示屏將顯示出供選擇的車型，按“功能”鍵將循環(huán)高亮顯示各車型，按下“確認”鍵確認當前車型并轉換到檢測界面。

5 網傳數據內容

網傳數據共17幀，136字節(jié)，ASCⅡ碼傳送。

第1幀：4位操作者號+4位車型帶號；

第2幀：8位機車編號；

第3幀：8位試件編號；

第4幀：檢測年月日時；

第5幀：4位齒條抖動+4位轉速波動；

第6幀：4位最高轉速+4位最低轉速；

第7幀：4位啟動時間+4位穩(wěn)定時間；

第8幀：4位瞬時調速率+4位穩(wěn)定調速率；

第9幀：4位升速時間+4位降速時間；

第10幀：4位1位轉速+4位2位轉速；

第11幀：4位3位轉速+4位4位轉速；

第12幀：4位5位轉速+4位6位轉速；

第13幀：4位7位轉速+4位8位轉速；

第14幀：4位9位轉速+4位10位轉速；

第15幀：4位11位轉速+4位12位轉速；

第16幀：4位13位轉速+4位14位轉速；

第17幀：4位15位轉速+4位16位轉速。

圖3 數字控制電路圖

圖4 操作面板圖

6 結論

柴油機聯(lián)合調節(jié)器模擬仿真系統(tǒng)在鐵路機務檢修中，是必備的設備，為檢修聯(lián)合調節(jié)器提供了近似于真實的環(huán)境，提高了檢修效率。簡單直觀的控制操作，使得柴油機聯(lián)合調節(jié)器模擬仿真系統(tǒng)得到了廣大用戶的認可。

［1］Q/HBT1157-2005.內燃機車柴油機檢修工藝標準［S］.

［2］葉嵐，李長生.內燃機車電傳動［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［3］許大勇，卲嘉林.內燃機車柴油機［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［4］張凡，盛珣華，戴勝華.微機原理與接口技術.北京：清華大學出版社，2003.