羅 峰，馬 晨

（昆明鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南昆明 650299）

0 引言

搗固車(chē)是大型養(yǎng)路機(jī)械的一種常用機(jī)械，適用于鐵路線路的新線施工，對(duì)軌道進(jìn)行自動(dòng)抄平、起撥道、道碴搗固作業(yè)，提高道床石碴的密實(shí)度，增加軌道的穩(wěn)定性，消除軌道的方向偏差以及左、右水平偏差和前后高低偏差，使軌道線路達(dá)到線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和線路維修的要求，保證列車(chē)的安全運(yùn)行。職業(yè)教育中采用實(shí)物開(kāi)展實(shí)訓(xùn)非常必要，尤其是對(duì)于鐵道大型養(yǎng)路機(jī)械這種不常見(jiàn)的設(shè)備，但是目前開(kāi)設(shè)了鐵道養(yǎng)路機(jī)械應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的高職院校大多只具備少量的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，具備大型養(yǎng)路機(jī)械實(shí)車(chē)并用于實(shí)訓(xùn)的高職院校還沒(méi)有。因此，開(kāi)展基于搗固車(chē)實(shí)車(chē)搗固裝置教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重大意義。

1 項(xiàng)目總體內(nèi)容

項(xiàng)目是基于一臺(tái)服務(wù)期已經(jīng)屆滿的實(shí)際搗固車(chē)，由于其控制系統(tǒng)為智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)，該車(chē)的智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)全部被拆除和損壞，若要恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)其費(fèi)用高昂，并結(jié)合實(shí)際出發(fā)，針對(duì)于滿足于教學(xué)的目的出發(fā)，對(duì)搗固車(chē)進(jìn)行教學(xué)功能開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)項(xiàng)目包括：動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、工作裝置，圍繞《搗固車(chē)運(yùn)行檢修與施工課程標(biāo)準(zhǔn)》中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容分解搗固裝置教學(xué)功能，完成設(shè)計(jì)方案；然后確定搗固車(chē)搗固裝置教學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)分項(xiàng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。之后，進(jìn)行自制件加工、外購(gòu)件采購(gòu)及相關(guān)部件和系統(tǒng)裝配；最終完成搗固車(chē)教學(xué)系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，同步完成實(shí)車(chē)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程研究。

針對(duì)搗固車(chē)搗固裝置電路控制系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與實(shí)施進(jìn)行論述。

2 液壓和電氣控制系統(tǒng)

設(shè)計(jì)的搗固車(chē)電路控制對(duì)象有1 個(gè)液壓泵站，13 個(gè)液壓電磁閥，其中單控液壓閥5 個(gè)、雙控液壓閥6 個(gè)、單控氣動(dòng)閥2 個(gè)。根據(jù)搗固車(chē)搗固裝置教學(xué)的需要，13 個(gè)閥體的控制相互獨(dú)立，單獨(dú)控制，使搗固裝置的各構(gòu)件能進(jìn)行動(dòng)作分解。

2.1 氣動(dòng)系統(tǒng)控制要求

搗固車(chē)教學(xué)氣動(dòng)原理如圖1 所示。氣動(dòng)系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)總成、起撥道裝置鎖定氣缸、搗固裝置鎖定氣缸、電磁閥。其控制要求為：兩個(gè)電磁閥分別采用兩個(gè)帶自鎖的按鈕或旋鈕控制，兩個(gè)裝置的鎖定均采用得電解鎖、失電鎖閉控制。

圖1 搗固車(chē)教學(xué)氣動(dòng)原理

2.2 液壓系統(tǒng)控制要求

油缸及冷卻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓原理如圖2 所示。其中各液壓、氣動(dòng)電磁閥的名稱、代號(hào)、控制部位見(jiàn)表1，液壓氣動(dòng)部件控制類(lèi)型為開(kāi)關(guān)量、控制電壓為DC 24 V。

表1 液壓、氣動(dòng)電磁閥名稱、代號(hào)及控制功能

圖2 油缸及冷卻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓原理

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 電源電路

控制系統(tǒng)電源電路如圖3 所示，該電路的主要作用是把單相AC 220 V 電源轉(zhuǎn)換成控制電路所需的DC 24 V 電源，控制電路包括：電壓電流監(jiān)控、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、失壓保護(hù)電路。AV 220 V 經(jīng)總空氣開(kāi)關(guān)QF1 分為兩路：一路送往失壓保護(hù)電路；另一路送往DC 24 V 開(kāi)關(guān)電源。其中：①電源啟動(dòng)：按壓?jiǎn)?dòng)按鈕SB5，交流接觸器KM1 線圈得電，KM1 輔助觸頭閉合并自鎖，同時(shí)KM1 主觸頭也閉合，這時(shí)AC 220 V 經(jīng)FU1、KM1 主觸頭給DC 24 V 開(kāi)關(guān)電源提供交流電原，DC 24 V 開(kāi)關(guān)電源把AV 220 V 轉(zhuǎn)換成DC 24 V 電源輸出，再經(jīng)直流斷路器、熔斷器FU5 給液壓控制系統(tǒng)供電；②電源停機(jī)：SB6 為停機(jī)按鈕，按下SB6 交流按觸器線圈失電，KM1 所有觸頭復(fù)位，電路停止工作；③失壓保護(hù)：當(dāng)進(jìn)線電壓停電時(shí)，交流接觸器KM1 控制線圈失去電壓，KM1 所有觸頭復(fù)位，電路停止工作。要想重新進(jìn)入工作狀態(tài)，必須重新按啟動(dòng)按啟動(dòng)按鈕電才能夠進(jìn)入工作狀態(tài)。這樣可避免停電后又突然來(lái)電造成事故。

圖3 搗固車(chē)電源電路

電路中HL1 為控制柜電源進(jìn)線指示燈，HL2 為啟動(dòng)按鈕SB5 工作指示燈，HL3 為停止按鈕工作指示燈。E-STOP 為急停按鈕，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)可迅速按下該按鈕使設(shè)備立即停止工作，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。電路中FU1～FU4 為交流短路保護(hù)熔斷器。FU5、FU6 為DC 24 V 短路保護(hù)熔斷器。QF1 為交流斷路器，QF2 為直流斷路器，他們都具有短路、過(guò)載保護(hù)功能。AC 數(shù)顯電壓、電流表用于監(jiān)測(cè)進(jìn)線工作電壓、負(fù)載的工作電流、功率、消耗的電能，用以監(jiān)測(cè)整個(gè)電路的工作狀態(tài)。DC 數(shù)顯電壓、電流表用于監(jiān)測(cè)DC 24 V 電壓的工作狀態(tài)。

2.3.2 電磁閥控制電路

系統(tǒng)中共有23 個(gè)液壓、氣動(dòng)電磁閥，每個(gè)電磁閥的控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)施基本相似，現(xiàn)以控制搗固裝置升降為例說(shuō)明控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，搗固裝置升降控制電路如圖4 所示。

圖4 搗固裝置升降控制電路

搗固裝置升降控制電路工作過(guò)程：DC 24 V 電源經(jīng)3 位帶自鎖轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA2，分兩路去分別控制搗固裝置升降液壓換向閥的電磁線圈IS13、IS12。①當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄SA2 置1 位時(shí)，DC 24 V電源經(jīng)熔斷器FU8 給電磁閥IS13 供電，電磁閥IS13 得電動(dòng)作，使搗固裝置上升。SQ1 為行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)搗固裝置上升到設(shè)定位置時(shí)，搗固裝置使SQ1 斷開(kāi)，搗固裝置停止上升，起到上升時(shí)的限位保護(hù)作用。若要使搗固裝置下降，只需將轉(zhuǎn)換手柄SA2 置于3位即可；②當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄SA2 置2 位時(shí)，電磁閥IS13、IS12 均與DC 24 V 電源斷開(kāi)，電磁閥IS13、IS12 均不得電，電磁換向閥處于中間位置，搗固裝置停止上升或停止下降；③當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄SA2置3 位時(shí)，DC 24 V 電源經(jīng)熔斷器FU9 給電磁閥IS12 供電，電磁閥IS12 得電動(dòng)作，使搗固裝置下降。SQ2 為行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)搗固裝置下降到設(shè)定位置時(shí)，搗固裝置使SQ2 斷開(kāi)，搗固裝置停繼續(xù)下降，起到下降時(shí)的限位保護(hù)作用。若要使搗固裝置上升，只需將轉(zhuǎn)換手柄SA2 置于1 位即可。

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)的描述一臺(tái)服務(wù)期已經(jīng)屆滿的實(shí)際搗固車(chē)搗固裝置電路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程，該電路控制系統(tǒng)現(xiàn)已設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試完成，并取得較好的效果。該電路制作成本低、操作方便、工作安全可靠。該電路在設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試過(guò)程中充分讓青年教師和學(xué)生積極參與開(kāi)發(fā)與實(shí)施過(guò)程，鍛煉專業(yè)教師的科研能力，提高青年教師的專業(yè)水平、操作技能和工程實(shí)踐能力，帶動(dòng)青年教師隊(duì)伍的成長(zhǎng)。

學(xué)生在參與項(xiàng)目過(guò)程中提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度和職業(yè)素養(yǎng)。在開(kāi)發(fā)與實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握起到積極的、不可替代的作用。

云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目資助：基于產(chǎn)教融合的搗固車(chē)搗固裝置教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（2022J1664）。