CN103213576A - 一种驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，包括一个对齿轮箱的档位信号进行检测的档位信号检测电路；一个对发动机的转速信号进行采样的发动机转速信号检测电路；一个实现挂档的输入、输出控制的档位开关控制电路；一个档位显示电路；一个档位输出控制电路；一个可编程控制器；一个接收可编程控制器指令输出控制信号使油泵比例放大电路输出设定电流值以控制液压泵排量的油泵控制电路。本发明采用可编程控制器和智能检测、控制电路，具有设计新颖，结构简单，控制性能好，可靠性高等优点，实现了齿轮箱快捷、安全挂档的目的，有效解决了因现有技术不足造成的挂档困难以及齿轮损坏等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种挂档的控制装置，尤其是一种以液压驱动走行的铁路轨行车辆的齿轮箱挂档的控制装置。
背景技术
液压驱动走行的铁路轨行车辆自运行时，需要对驱动走行的齿轮箱进行挂档操作，在现有技术条件下，司机通常采用手动方式调节走行手柄，走行手柄的控制信号输入液压泵比例放大板，比例放大板控制液压泵工作口的排量，从而改变挂档齿轮与档位齿轮的相对位置。当两组齿轮处于啮合位置时，司机操作挂档开关，挂档齿轮挂入对应档位，完成挂档操作。采用手动挂档的操作方式，不但受驾驶人员操作的熟练程度的影响较大，而且挂档齿轮与档位齿轮的啮合位置不可控，加大了挂档的偶然性，甚至会因驾驶人员的操作失误，造成齿轮间相对转速过大，导致打齿。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种快速、安全的用于液压驱动走行的铁路轨行车辆的齿轮箱挂档的控制装置。
本发明的技术方案是：包括一个对齿轮箱的档位信号进行检测的档位信号检测电路；
一个对发动机的转速信号进行采样的发动机转速信号检测电路；
一个实现挂档的输入、输出控制的档位开关控制电路；
一个档位显示电路；
一个档位输出控制电路；
一个接收档位信号检测电路所采集的档位信号并将其在档位显示电路中显示出来，接收发动机转速信号检测电路所采集的转速信号进行计算并将运算结果记录到存储器，将存储器的发动机转速值与寄存器内的预设值进行比较并通过与之相连的发动机转速控制电路使发动机降至怠速工况，接收档位开关控制电路发出的控制信号并将其传递给档位输出控制电路以执行挂档和点动挂档动作的可编程控制器；
一个接收可编程控制器指令输出控制信号使油泵比例放大电路输出设定电流值以控制液压泵排量进而使挂档齿轮微转的油泵控制电路。
还包括一个为可编程控制器以及各控制回路提供直流工作电源的电源电路。
所述档位信号检测电路包括2个以上用于检测齿轮箱的档位信号的检测传感器；所述检测传感器安装于各自齿轮箱上。
所述档位开关控制电路包括2个以上挂档开关、按钮以及控制档位拨杆的气缸电磁阀。
所述档位显示电路上设有2个以上档位指示灯。
所述油泵控制电路经油泵比例放大电路与液压泵连接，液压泵与液压马达连接，齿轮箱挂档齿轮装于液压马达工作轴。
所述油泵控制电路能使齿轮箱挂档齿轮正向或反向转动一个很小的角度，所述档位输出控制电路能使挂档齿轮完成摘挂档动作，可编程控制器完成挂档齿轮的旋转与档位的摘挂动作之间的配合方式。
在执行齿轮箱挂档操作时，若存在齿轮箱未挂上档的情况，则按下本发明的点动挂档按钮后，即可自动完成以下操作步骤：
1、检测并控制发动机处于怠速工况；
2、控制未挂上档的齿轮箱回空档位，挂上档的，档位保持不变；
3、油泵比例放大电路输出控制信号到液压泵，液压泵驱动液压马达，使装于液压马达工作轴的齿轮箱挂档齿轮正向转动一个很小的角度（即微转）；
4、未挂上档的齿轮箱执行挂档动作；
5、档位检测传感器检测是否挂档成功；
6、若仍有齿轮箱未挂上档，则控制其回空档位，挂上档的，档位保持不变；
7、油泵比例放大电路再次输出控制信号到液压泵，液压泵驱动液压马达，使装于液压马达工作轴的齿轮箱挂档齿轮反向转动一个很小的角度（即微转）；
8、未挂上档的齿轮箱再次执行挂档动作；
9、档位检测传感器检测是否挂档成功；
10、若仍有齿轮箱未挂上档，则重复上述2-10项动作，直至所有齿轮箱都挂上档为止。
本发明采用可编程控制器和智能检测、控制电路，具有设计新颖，结构简单，控制性能好，可靠性高等优点，实现了齿轮箱快捷、安全挂档的目的，有效解决了因现有技术不足造成的挂档困难以及齿轮损坏等问题。
附图说明
图1为本发明的电路方框图。
图2为以三轴为例的可编程序控制器的输入、输出控制电路图。
图3为油泵控制电路和油泵比例放大电路的电路图。
图4为可编程控制器的控制流程图。
图中，1、电源电路，2、可编程控制器，3、档位信号检测电路，4、发动机转速信号检测电路，5、档位开关控制电路，6、档位显示电路，7、档位输出控制电路，8、发动机转速控制电路，9、油泵控制电路，10、油泵比例放大电路。
具体实施方式
图1中，电源电路1用于可编程控制器2以及各控制回路提供24V的直流工作电源。可编程控制器2输入端分别与档位信号检测电路3、发动机转速信号检测电路4以及档位控制信号电路5的输出端连接，输出端分别与档位控制输出电路7、油泵比例放大电路10以及档位显示电路6的输入端连接。
档位信号检测电路3的输出端与可编程控制器2的输入端连接，可编程控制器2对齿轮箱的档位信号进行检测后，通过与之相连的档位显示电路6显示出来。
可编程控制器2通过与之相连的发动机转速信号检测电路4对发动机的转速信号进行采样、计算，将运算结构记录到内部临时存储器。
档位开关控制电路5包括档位开关和点动挂档按钮，它将控制信号输入到可编程控制器2，可编程控制器2通过档位输出控制电路7执行档位开关控制电路5的控制信号，完成摘挂档和点动挂档动作。档位输出控制电路7的输入端与可编程控制器2的输出端连接。
当按下点动挂档按钮后，可编程控制器2将其内部临时存储器的发动机转速值与寄存器内的预设值进行比较，通过与之相连的发动机转速控制电路8使发动机降至怠速工况。档位输出控制电路7使各齿轮箱回空档。油泵控制电路9输出控制信号，使油泵比例放大电路10输出设定电流值以控制液压泵的排量。油泵控制电路9的输出端与油泵比例放大电路的输入端连接，其控制电流通过油泵控制电路9中的电位器进行设定。
图2中，24V工作电源PL01由电源电路1提供，6ES7 214-1AD21-0XB0（CPU 224 DC/DC/DC）是可编程控制器，该可编程控制器由德国西门子公司生产，能提供14路和10路DI/DO端口，程序和数据存储能达到8KB以及6路30KHZ高速技术功能，它的输入端口1M、2M以及输出端口L﹢、1 L﹢、2 L﹢分别接24V工作电源PL01，输出端口M、1M、2M端口分别接电源负极2。档位检测传感器SQ1、SQ2、SQ3分别经各自的电路将档位信号X01、X02、X03与输入端口I0.0、I0.1、I0.2连接。发动机转速信号M01由传感器SQ04检测后与输入端口I0.5相连。档位控制开关ST1、ST2、ST3以及点动挂档按钮ST4控制信号X11、X12、X13、X14分别与输入端口I1.0、I1.1、I1.2和I1.4连接。
D1、D2、D3是发光二极管，其输入信号Q01、Q02、Q03与输出端口Q0.0、Q0.1、Q 0.2对应连接，工作时对应档位信号X01、X02、X03有效时被点亮。YM1、YM2、YM3是控制档位拨杆的气缸电磁阀，其控制信号Q11、Q12、Q13分别连接于输出端口Q0.5、Q0.6、Q0.7，工作时控制信号输出有效时，对应齿轮箱执行挂档动作。发动机控制器ECM控制单元与输出端口Q1.0连接，当执行点动挂档操作时，可编程控制器2检测到发动机转速值高于怠速值时，则输出控制信号Q21到发动机转速控制电路8，使发动机回怠速。输出端口Q1.1与图3中油泵控制电路9中继电器KM1的线圈正极相连，用于切换油泵的旋转方向。
图3中，QS-03是油泵比例放大器，该比例放大器具有功率放大、输出信号斜率调整以及故障诊断等功能，工作时通过输入端口6d采集控制信号，经过内部运算处理后从输出端口12z、10z输出控制信号。直流继电器KM1和可调电位器F01组成油泵控制电路9。直流继电器KM1具有一组常开常闭（NC/NO）触点，常闭触点K1.1的一端E50与﹢15V电压输出口2d连接，另一端与可调电位器F01连接；常开触点K1.2的一端E51与﹣15V电压输出口2z连接，另一端与可调电位器F01连接。F01是可调电位器，其阻值10KΩ，输入端F0A经过直流继电器KM1的触点K1.1和K1.2与±15V电源相连，另一端与电源负极0A连接，输出端F0B与输入端口6d连接，工作时可通过对其阻值的设定，精确控制与输出端口12z、10z相连的油泵伺服阀BT1的电流大小，经液压泵、马达的动力传递后，进而控制挂档齿轮的转动角度。
图4中，挂档操作前，可编程控制器上电工作，点动挂档程序首先执行S1，判断挂档开关是否按下，若“N”，则表示未操作挂档开关，各齿轮箱对应挂档气缸电磁阀不得电，并处于空档位，程序返回上一级，重新执行S1；若“Y”，则表示挂档开关按下，程序顺序执行S2，判断齿轮箱是否全部挂上档，若“Y”，则表示所有齿轮箱已经全部挂上档，程序跳至S10，程序结束；若“N”，则表示存在未挂上档的齿轮箱，顺序执行S3，并判断点动按钮是否按下，若“N”，则表示点动挂档按钮未工作，程序返回上一级，重新执行并判断S3；若“Y”，则表示点动挂档按钮被按下，程序执行S4（控制发动机到怠速工况）和S5，并判断发动机是否处于怠速工况，若“N”，则返回上一级，重新执行S4、S5，直到发动机处于怠速工况时，执行S6（未挂上档的气缸电磁阀失电）、S7（输出控制信号到油泵控制电路）、S8（未挂上档的挂档气缸电磁阀得电）和S9，判断齿轮箱是否全部挂上档，若“N”，则返回上一级，重新从执行S6—S9，直到所有齿轮箱全部挂上档时，执行S10，程序结束。
Claims (6)
1.一种驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：包括一个对齿轮箱的档位信号进行检测的档位信号检测电路（3）；
一个对发动机的转速信号进行采样的发动机转速信号检测电路（4）；
一个实现挂档的输入、输出控制的档位开关控制电路（5）；
一个档位显示电路（6）；
一个档位输出控制电路（7）；
一个接收档位信号检测电路（3）所采集的档位信号并将其在档位显示电路（6）中显示出来，接收发动机转速信号检测电路（4）所采集的转速信号进行计算并将运算结果记录到存储器，将存储器的发动机转速值与寄存器内的预设值进行比较并通过与之相连的发动机转速控制电路（8）使发动机降至怠速工况，接收档位开关控制电路（5）发出的控制信号并将其传递给档位输出控制电路（7）以执行挂档和点动挂档动作的可编程控制器（2）；
一个接收可编程控制器（2）指令输出控制信号使油泵比例放大电路（10）输出设定电流值以控制液压泵排量进而使挂档齿轮微转的油泵控制电路（9）。
2.根据权利要求1所述的驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：还包括一个为可编程控制器（2）以及各控制回路提供直流工作电源的电源电路（1）。
3.根据权利要求1所述的驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：所述档位信号检测电路（3）包括2个以上用于检测齿轮箱的档位信号的检测传感器；所述检测传感器安装于各自齿轮箱上。
4.根据权利要求1所述的驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：所述档位开关控制电路（5）包括2个以上挂档开关、按钮以及控制档位拨杆的气缸电磁阀。
5.根据权利要求1所述的驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：所述档位显示电路（6）上设有2个以上档位指示灯。
6.根据权利要求1所述的驱动走行的齿轮箱挂档的控制装置，其特征在于：所述油泵控制电路（9）经油泵比例放大电路（10）与液压泵连接，液压泵与液压马达连接，齿轮箱挂档齿轮装于液压马达工作轴。
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