（机械电子工程专业论文）智能型沥青洒布车系统方案研究.pdf

摘要 本文介绍了智能型沥青洒布车的发展和技术现状，查阅参考国内外智能型 6 青洒布车及相关文章，确定了智能型沥青洒布车系统方案：沥青循环系统、 热油加热系统、沥青喷洒系统、气动系统等。对液压系统进行了设计和分析， 昼出了洒布车液压系统闭式部分的工作效率范围，建立了液压系统闭式部分的 受学模型，定性分析了影响液压系统动态响应和动态速度刚度的因素。考虑到 乓际施工情况，对智能型沥青洒布车的洒布质量控制算法进行了理论分析，得 b 了洒布车洒布档位推荐曲线和自动洒布控制算法，在档位推荐曲线中为方便 皇制器编程给出了“洒布参数”的概念；为及时修正洒布量偏差，提高洒布精 董，在自动洒布算法中引入了两个系数：沥青泵容积效率修正系数k 。和速度 参正系数k ，。结合洒布车控制系统功能要求及p l c 的特点，完成了控制系统 由控制器选型和部分软硬件设计。 建词：方案研究沥青洒布车洒布量修正系数洒布参数p l c a b s t r a c t t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dt e c h n i c a ls i t u a t i o no ft h ei n t e l l i g e n t a s p h a l td i s t r i b u t o r , a f t e ri n v e s t i g a t i n gt h ei n t e l l i g e n ta s p h a l td i s t r i b u t o ra n ds c i e n t i f i c r e s e a r c hp a p e r sa l lo v e rt h ew o r l d a s c e r t a i n sa l l s y s t e mp r o j e c t so ft h ei n t e l l i g e n t a s p h a l td i s t r i b u t o r ：t h ea s p h a l tc o n v e y i n ga n ds p r a y i n gs y s t e m ，t h eh e a tc o n d u c t i n go i l s y s t e m ，t h ea s p h a l td i s t r i b u t o rs y s t e ma n dt h ec o n t r o l l i n gs y s t e me t c a n dd e s i g n s h y d r a u l i cs y s t e mp a r t i c u l a r l y , t h e nb u i l d st h em o d e lo ft h ec i r c l eh y d r a u l i cs y s t e m ， a n a l y s e ss o m ef a c t o r si n f l u e n c et h es y s t e m d y n a m i cr e s p o n da n dd y n a m i cv e l o c i t y r i g i d i t y c o n s i d e r i n g a c t u a lc o n s t r u c t i o n s i t u a t i o n ，a n a l y s e ss p r a y i n gq u a l i t y c o n t r o l l i n ga r i t h m e t i co ft h ei n t e l l i g e n ta s p h a l td i s t r i b u t o ri nt h et h e o r y s u m m a r i z e s t h es h i f t sr e c o m m e n d i n gc u r v e sa n da u t o m a t i o ns p r a y i n gc o n t r o l l i n ga r i t h m e t i co f t h ea s p h a l td i s t r i b u t o r i nt h ec u r v e so ft h es h i f t sr e c o m m e n d i n g ，g i v et h ec o n c e p to f s p r a y i n gp a r a m e t e rf o rp r o g r a m m i n ge a s i l y a n dt oc o f f e c ts p r a y i n gd e v i a t i o na n d r a i s es p r a y i n gp r e c i s i o n ，i n t r o d u c e st w of a c t o r s ：t h ev o l u m ec o r r e c t i o nf a c t o ro ft h e a s p h a l tp u m pa n dt h ev e l o c i t yc o r r e c t i o nf a c t o ro ft h ea s p h a l td i s t r i b u t o ri nt h e a u t o m a t i o ns p r a y i n gc o n t r o l l i n ga r i t h m e t i c a n da c c o m p l i s h e sp a r t so fh a r d w a r e d e s i g na n ds o m es o f t w a r ed e s i g na c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to fc o n t r o l s y s t e ma n dt h ef e a t u r eo fp l c k e yw o r d s ：t h ep r o j e c tr e s e a r c h t h e a s p h a l td i s t r i b u t o rs p r a y i n gq u a l i t y c o r r e c t i o nf a c t o r s p r a y i n gp a r a m e t e r p l c 2 第一章绪论 本章论述了洒布车的简要发展历程及国内外现状，介绍了智能型沥青洒布车 最新的技术特点，并且给出了国内沥青洒布车发展的背景和意义。从施工： 艺和 道路发展的角度给出了国内沥青洒布车智能化的必要性。 1 - 1 智能型沥青洒布车的发展及技术现状 早期的洒布车主要应用在以贳入法、表面处置法修筑路面、稳定土壤以及路 拌沥青混合料的工程中，供运输和均匀洒布热态沥青或冷态煤焦油之用“j 。为了 提高路面的施工质量和使用寿命，现代的沥青洒布车要求必须可洒布各种改性沥 青、乳化沥青等，作为黑色路面路基的透油层( 乳化沥青) 和下封层( 热沥青或 改性沥青) ，还要作为黑色路面各层之间的粘层( 乳化沥青) ，否则路面将会出现 剥落、坑槽、泛油、壅包和透水等早期破坏”3 ，以上也是在石屑封层施工工艺中 的主要用途。石屑封层是最早出现的预防性养护技术，其施工方法是在路面上喷 洒一层沥青材料( 热沥青、轻制沥青、乳化沥青等) ，紧接着撒布砂、单粒径或适 当级配的集料，并紧跟着进行碾压0 1 。 1 、智能型沥青洒布车的发展h 1 伴随着沥青洒布技术的进步，沥青洒布车不断向前发展，早期的沥青洒布就 是通过柴火、煤或燃油加热沥青后，用人工以瓢泼的方式进行洒布。随着新的施 工工艺的出现，对洒布质量的要求也越来越高，因此要求洒布装置不断更新，实 际上沥青洒布车早在上世纪初已经问世，4 0 年代发展成为功能完善的产品，其 代表机型是自行式沥青洒布车。上世纪5 0 年代，我国由前苏联引进技术并开始 生产这种机型。该机型是根据沥青的特点和洒布工艺的要求而设计的，其主要特 点是火管式加热沥青；容积式沥青泵加压喷洒；用更换多喷嘴喷杆的方法来改变 喷洒宽度；按工程要求，用调节行车速度与沥青泵转速的匹配关系来达到预定的 洒布量。虽然这种设备洒布质量还不够高，操作还比较麻烦，但从当时的工业水 平来看，这种机型还是先进的。在公路建设中无论是替代人力劳动还是提高生产 率都发挥了重要作用。我们称之为传统的沥青洒布车，其结构和性能在国内几乎 保持到上世纪术没有显著的变化。随着我国公路建设的快速发展，特别是高速公 路的建设和改性沥青的推广，以及公路养护社会化的需要，对沥青洒布车的功能 提出了更高的要求。为此，国内的专家学者和有关从业人员做出了不懈的努力， 为改进沥青洒布车的结构及其性能进行了深入研究，发表了不少论文，如“关于 改进国产沥青洒布车部分结构的探讨”，“沥青洒布车喷嘴喷洒性能的实验研究 ， “沥青洒布车功率平衡及设计计算 等，同期也申请了多项专利，其主要成果包括： “在洒布车上采用第五轮测速系统”，“沥青泵传动采用液压伺服调速系统”，“用 沥青流量计和转速检测装置调控沥青泵转速”以及“在沥青洒布车上对沥青泵压 力、温度和沥青液位采用电子检测装置”等。从总体情况来看，国内沥青洒布车 的技术水平正在迅速提高，生产厂家也逐渐增多，传统产品正在用新技术加以改 造。下面对国内外沥青洒布车技术发展现状作以介绍。 2 、智能型沥青洒布车技术现状”1 ( 1 ) 国内现状 目前，国内智能化沥青洒布车主要是以西安达刚，新乡高远为代表，其良好 整机性能、方便的操纵驾驶以及较高的智能化程度，在很多功能上都可以与国外 的产品相媲美，但由于国内在具体的旋工工艺上的积累不全面，使其很多的设计 还很不完善，有待改进。另外由于价格原因，智能化程度不是很高，国内其他厂 家做的就更不如人意了。总体来说国内在洒布机智能化方面的劣势主要表现在控 制系统、液压系统、温控系统、沥青泵、洒布管及喷头等关键部件的自主研发上， 很大程度上还处于“拿来主义”状态。 ( 2 ) 国外现状 智能型沥青洒布车作为一种筑养路双重作用的黑色路面机械，在目前交通发 展的大环境下，其存在的理由已不言而明，欧美一些发达国家尤其是西欧、美国 等起步非常早，所以国外智能型沥青洒布车已经发展的相当成熟了，主要厂家： 法国r i n c h e v a l 、美国r o s c o 、意大利m a s s e n z a 、瑞典洒威、加拿大西斯德克等。 其中以意大利m a s s e n z a 公司和法国r i n c h e v a i 公司为典型代表，它们的主要技 术特征如下。 1 ) 底盘系统 底盘的主要作用是承载、行走和为其他附件提供动力，如气动、液压系统等。 现行洒布车的底盘大多是装配的，整车的所有动力都来自底盘发动机。进口车型 一般选用的v o l v o 底盘、奔驰底盘，而国产的般都选用北方奔驰、斯太尔等， 并对底盘的变速箱和档位作些改动，加上适合要求的动力输出装嚣：驳力器。 2 在底盘选取时其主要的标准是能够给整机提供足够的动力，并要有相当储备，以 提高洒布车对路面的适应性，现在的洒布车底盘发动机功率最大达到了2 0 0 k w 。采用装配底盘的洒布车从某种意义上来说，就是通过降低底盘的行驶速度， 以这部分节省下来的功率来驱动沥青循环供给系统，但这会存在功率干扰问题， 对洒布量精度有一定影响。 2 ) 电气系统 为叙述方便，这旱把控制系统放在电气系统里介绍。系统性能很大程度上将 决定整机的智能化程度，现代的智能型沥青洒布车一般都采用电液联控、微处理 器进行控制，更先进的可以考虑电脑闭环控制，但性能与控制芯片的选取将有很 大关系。国外主要采用单片机或者p l c 作为主控制器，采用全自动控制，无论洒 布何种沥青( 改性沥青、沥青或乳化沥青等) ，均可获得高精度的洒布计量，不受车 速和洒布宽度变化的影响，因为采用了测速雷达检测车速信号，从而实现了沥青 泵转速随车速的自动调整。为了能实现自动和手动洒布，一般配有前后两个控制 台；一个安装在驾驶室里，一个安装在车后面，带有压力、温度和洒布车行驶速 度的数字显示。在驾驶室里喷杆的液压伸缩可实现计算机控制，后操作台的控制 面板也可实现喷把的液压伸缩，有的机型也采用备用控制系统。 图1 - 1 智能型沥青洒布车控制面板 3 ) 液压系统 液压系统作为沥青循环和导热油循环系统的动力源，可以实现沥青流量在很 大范围内变化，它是智能型沥青洒布车的灵魂。有了它才可以实现沥青的高精度 洒布，在传统机械式洒布车上，之所以不能实现沥青的大范围精确洒布，一来是 底盘档位的限制，二来是没有采用液压传动。现在国外一般采用闭式液压回路驱 动沥青循环系统，原因是闭式液压系统形式简单、效率较高、控制方便和洒布精 度要求容易达到。 图卜2 液压系统的外形图 4 ) 气动系统 主要作为喷头启闭、喷管升降和侧移、沥青自动阀开启的动力，也可作为管 路吹扫的物质。一般取自底盘储气桶，组成比较简单。 5 ) 沥青循环系统 国外的智能型沥青洒布车一般可以实现的循环模式为大循环、小循环、自动 喷洒、人工手动喷洒、自吸和外泄沥青等，这些回路的实现都是靠阀门切换来实 现的。洒布量可以大范围任意选择，一般为0 3 - 5 1 m 2 这个范围，可以满足各种 施工需要。特别设计的管路：适应商粘性沥青，带有大流量沥青自由流动的回路。 无论有无导热油加热的版本装置，均可利用正常的乳化剂，带有弹性的乳化剂。 沥青泵一般采用高黏度低速齿轮定量容积泵，这样定量准确，在喷洒乳化沥青时， 还可防止乳化沥青剪切破乳，洒布计量控制系统非常独特，喷嘴独立控制。洒布 管一般都是导热油内置，可实现大体积自由流动，长度固定，延展可通过折叠或 者伸缩方式，而高度调节一般采用超声波传感器检测，由液压缸或汽缸升降来实 现( 两重或三重洒布) ，操作十分灵活、方便，一般可实现2 到6 米的全程洒布； 还可配置手工喷洒装置。 图卜3 洒布管的液压伸缩 图1 4 洒布管手动折叠 喷嘴可独立自动开关，确保高精度的洒布质量，沥青喷咀部分采用导热油或 电阻加热器，在喷洒动作丌始酊自动进行局部加热。 4 图卜5 两重洒布 6 ) 导热油加热系统 图卜6 二重洒布 国外智能型沥青洒布车配备有自动温控器、温度显示和微动开关( 进行温度 的连续微量调节) 的全自动加热系统，即燃烧器根据检测来的沥青温度自动点火 和熄灭来实现自动加热和保温。整套加热装景主要分为燃烧器和导热油循环系 统。主要工作模式为导热油加热、沥青罐加热、全循环、沥青泵加热、喷洒管加 热、自吸导热油等模式。连接到喷洒管的加热管道完全内置于壳内，加热管一般 是可进行伸缩调整不易变形的软管。 图卜7 燃烧器图卜8 温控器 1 - 2 课题提出的背景和意义 现代科学技术向传统产业部门( 农业、工业、运输业、建筑业等) 的渗透和 应用是当代新技术革命的重要特征和组成部分。机电液一体化技术的发展正是反 映当代新技术革命这种大趋势的典型代表，它集中体现了现代科学技术对传统机 械产品的渗透和改造。先进的筑养路机械集机、电、液等当代高新技术于一体， 电液控制技术是现代工程机械技术创新的主流，它在很大程度上体现和决定了车 辆的整机性能( 舒适性、经济性、作业质量、行驶性能等) ”1 ，因此引入到洒布 车上已成为历史的必然，现代智能型沥青洒布车的发展趋势是： ( 1 ) 控制微机化 司机在驾驶室用专用微型工控机可完成全部的设定和操作。通过雷达测速系 统，比例控制洒布量，洒布均匀，洒布精度可达0 5 ，显示屏可显示必要的动 态参数如车速、沥青泵流量、转速、沥青温度、液位等，以便司机随时了解设备 运行情况。 ( 2 ) 罐容系列化 罐容一般为1 0 0 0 l 一1 5 0 0 0 l ，或更大。小型养护作业，沥青用量少，小罐容 洒布车即可满足需要；大型高速公路施工，需要大容量沥青洒布车以减少施工中 沥青洒布车回库趟数，提高工作效率。 1 3 ) 洒布宽度系列化 一般洒布宽度为2 4 - 8 m ，或更宽。喷嘴的独立或成组控制，是现代沥青洒布 车必备的功能，在最大洒布宽度范围内，实际洒布宽度在现场可以随时设定。 ( 4 ) 洒布密度向两极扩展 洒布密度是根据工程设计确定的，如美国奥本大学国家沥青技术中心推荐， h m a 道路养护石屑封层表面处治，建议随集料尺寸不同沥青洒布量可在 1 0 5 3 5 l m 2 之间变化。一些带有橡胶颗粒的改性沥青洒布量有时要求高达5 l m 2 ，而有些用乳化沥青作透层油时，洒布量要求低于0 3l m 2 。 ( 5 ) 、提高起步洒布质量是沥青洒布车追求的重要性能之一 起洒质量包括起步到始喷距离和初洒段( 0 3 m ) 的洒布量精度。零始喷距离 是很难做到的，但减少始喷距离有利于接续喷洒作业；初洒段的洒稚量及其精度 与始喷距离有一定的关系，一般况来始喷距离越短，洒布量越难控制，洒布精度 越低。 d z ； t - ，提高沥青洒布车的易操作性、舒适性、可靠性以及降低生产成本，也 是现代沥青洒布车技术进步的方向“1 。 特别随着新世纪的来临，国际技术交流的进一步加强，以及电子信息技术的 进步和普及，为我国沥青洒布车的近一步研发提供了技术和物质保证。在围内， 近几年黑色路面是养护事业发展的重点，新的施工工艺( 石屑洒布、同布封层等) 不断涌现，对施工机械本身的要求也就越来越高，加快智能型沥青洒布车的研发 已得到众多厂家的共识，杭州美通特种机械设备有限公司是由原交通部定点洒布 车生产厂家杭州公路机械厂改制的合资企业，拥有丰富的洒布车设计经验和大量 的技术专利，为了继续保持自我优势，提升洒布车的档次，适应市场要求，由长 安大学工程机械学院和该公司联合提出了智能型沥青洒布车研发课题，本论文就 是在此基础上撰写的。 卜3 论文研究的主要内容 考虑到目前国内的研究情况，本课题的研究几乎无任何可以参照的模式，并 且由于智能型沥青洒布车是新技术，国内开发较少，鉴于市场竞争的残酷性，各 厂家对其技术都采取封闭的态度。所以深入研究比较困难。鉴于这些实际情况， 本论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 智能型沥青洒布车系统方案设计； ( 2 ) 智能型沥青洒布车液压系统设计与建模； ( 3 ) 智能型沥青洒布车洒布量控制算法研究； ( 4 ) 智能型沥青洒布车部分控制方案设计 第二章智能型沥青洒布车系统方案设计 本智能型沥青洒布车的总体设计方案是由课题组根据厂家( 杭州美通) 和现 行沥青路面施工要求提出的。经过长时间的调研，课题组向厂家提出了整机的机 械方案，具体制造由厂家完成。洒布车主要由底盘部分、液压系统、沥青循环系 统、导热油循环系统、工作装置沥青喷洒系统、气动系统和控制系统等部分 组成，下面给出智能型沥青洒布车系统方案。 2 - 1 智能型沥青洒布车技术特征及总体方案 1 、现代智能型沥青洒布车技术特征 ( 1 ) 嵌入式导热油加热炉置于沥青罐体内，用导热油作为传热介质加热沥青， 改变了传统用火管加热使沥青易于老化的弊端。自动点火柴油燃烧器被采用，可 以按照需要人工设定温度，自动加热沥青，升温速度快，可满足改性沥青喷洒温 度大于1 7 5 度的需求。用导热油作加热介质，还可以加热、保温整个系统直到每 一个喷嘴的沥青，改变了喷洒前用喷灯烘烤喷嘴，洒布后用柴油浸泡的传统操作。 ( 2 ) 最大洒布宽度6 m ，共设置4 8 个喷嘴，每个喷嘴可以独立控制，其优点不 仅是喷洒过程启动迅速，关闭彻底，而且可在最大洒布宽度6 米之内任意设定洒 布宽度( 级差为一个喷嘴的间距) 。 ( 3 ) 微型工控机的应用，使沥青洒布车的功能得以跨越式发展，主要表现在： 1 ) 洒布量、洒布宽度以及沥青比重等参数根据路面施工要求人工设定，键盘输 入，计算机除设定参数外，并为司机提供参考车速甚至变速箱应挂档位。参考车 速是以上各参数的函数，并与车辆系统有关。从设计角度给出的参数是一种优化 的结果，它可保证机械在广泛的洒布参数范围内，使发动机，沥青泵尽可能在良 好的工况下工作。严格按照参考车速驾驶车辆，实际上是做不到的，该系统允许 车速有较大的偏差而不影响洒布精度。 2 ) 适时控制，可满足沥青流量与行车速度的匹配关系。工控机加单喷嘴独立控 制技术的采用，可在工作现场实现梯形面喷洒，即喷洒过程可逐个增加或减少喷 嘴，即加减洒布宽度，以满足特殊：| ：作面的要求，洒布宽度改变过程洒布密度保 持不变。 3 ) 液晶显示屏可适时显示动态参数，如车速，沥青泵转速，洒布距离以及沥青 泵温度和液位显示等。 4 ) 将压缩空气引入操作系统，不仅作为动力通过电磁阀去控制沥青阀门和喷嘴， 还可用于沥青管路的吹扫。在喷洒结束后，可将管道内剩余沥青压回储罐，并将 全部喷嘴吹扫干净，以利下次使用。 由此可见，现代沥青洒布车一般具有四种流体系统，即液压传动系统、导热 油加热系统、沥青洒布系统和气压系统。机械设计要求也较高，特别是折叠式喷 洒管路，沥青和导热油都要通过旋转接头传输，使结构便得很复杂。国内已有厂 家首次采用双层保温金属软管和同轴旋转双介质传送旋转密封结构，较好的解决 了这一问题。 2 、整机技术性能参数。“” 经过前期调研，根据国内外智能型沥青洒布车的技术参数和我国国情，课题 组向j 一家提出了下面整机技术性能参数。 ( 1 ) 沥青喷洒量( l m 2 ) 1 ) 推荐值0 4 3 0 ( 交通部j - t 3 1 2 6 8 7 沥青洒布车技术标准要求： 0 4 o 5 ) ： ( 2 ) 最大喷洒宽度( m ) 1 ) 推荐值6 0 ( 交通部j t 3 1 2 6 8 7 沥青洒布车技术标准要求：3 0 。1 ) ： ( 3 ) 行走方式 1 ) 自行式 ( 4 ) 工作装置驱动方式 1 ) 发动机变速箱取力器取力一液压驱动一沥青泵、导热油泵： 2 ) 底盘车储气罐供压缩空气一气缸驱动一喷洒管升降和横移、喷嘴启闭、 蝶阀启闭： 3 ) 底盘车蓄电瓶一直流电一控制系统： 4 ) 底盘车蓄电瓶一逆变器一交流电一柴油燃烧器、控制系统 ( 5 ) 沥青罐容积( l ) 1 ) 推荐值8 0 0 0 ： ( 6 ) 洒布沥青类型 - 1 ) 纯沥青： 2 ) 乳化沥青： 3 ) 改性沥青 ( 7 ) 沥青加热方式 1 ) 导热油加热( 柴油燃烧器) ( 8 ) 沥青保温方式 1 ) 沥青罐、沥青过滤器一保温材料：3 0 5 0 8 嘶n 厚岩棉板或硅酸铝板： 2 ) 沥青循环管一保温材料：1 5 2 0 m m 厚岩棉管： 3 ) 沥青循环管一导热油保温夹层：l o 1 5 m m 宽： 4 ) 沥青泵、沥青喷洒管一导热油保温 ( 9 ) 保温加热性能 1 ) 保温温降速率2 o 。c h ： 2 ) 加热温升速率1 5 4 c h ( 1 0 ) 洒布方式( 洒布压力、泵压式) 1 ) 推荐值0 3 0 5 m p a ( 交通部j t 3 1 2 6 8 7 沥青洒布车技术标准要求 0 1 5 0 4 5 m p a 咖) ( 1 1 ) 控制方式 1 ) 自动： 2 ) 手动 3 、整机总体方案“”n 1 1 根据国内、国外多种智能型沥青洒布车机型的对比分析，提出了图2 - 1 的整 机方案，整车应包括以下主要组成部分。 ( 1 ) 底盘车 1 ) 底盘车的有效装载质量应满足沥青罐、各大系统总成及附属部件等车上 装置总质量的要求。同时，洒布车最大质量和最大轴载分配符合底盘车的规定。 2 1 底盘车应具备稳定的、较低的工作速度( 一般取5 2 5 k i n h ) 。具体型号由 厂家配置。 ( 2 ) 前后控制台 由于洒布车工作的特殊性，除了驾驶室里设前操作台外，在车后面设有后操 作台。前操作台主要实现自动洒布和整车操作的；后操作台作为洒布备用系统， 用来实现手动洒布，操作者可以方便的观察手动洒布效果。控制台是控制指令 1 0 1 底盘车：2 前控制器；3 液压系统；4 柴油燃烧器：5 柴油罐；6 沥青罐：7 气动系统； 8 梯子；9 导熟油加热系统；1 0 沥青循环系统；1 1 后控制柜；1 2 沥青喷洒系统 图2 1 智能型沥青洒布车整机方案图 告警信息显示和参数预置中心，在设计时也分为上述三个部分。控制指令中心是 作为系统工作指令的发出地，协调整机有条不紊的工作；告警信息显示就是故障 显示，一般需要在控制台和各工作系统旁显示，便于操作者观察；参数预置中心 是洒布车工作之前洒布量和洒布宽度以及一些修正系数输入界面，还有一些关键 的工作参数显示，它是人机交流的平台。本控制系统的人机界面建议采用液晶屏。 通过对上述各系统的主要功能的分析，下面给出前后控制台主要的功能布置。 1 ) 前控制台 前控制台由控制器、液晶显示屏、键盘、开关等组成，与后控制台之间协调 工作，以下是控制台上控制面板设置。 a ) 告警信息区( 监测和反馈参数) 监测参数用于检测洒布车适时工作状态，防止出现故障，如：沥青温度过高， 导热油液位过低、行驶速度偏出预制值等，在这里称这类参数为故障显示参数。 e 一 这些一般作为告警信息反映在面板上，从而方便操作者了解整车的工作状况，在 本控制系统中这些告警信息和喷头启闭状态都将采用状念指示灯显示在控制台 的控制面板上。 反馈参数是在洒布过程中需要控制或者适时检测的参数，一般体现在控制器 1 1 内部程序中，作为内部算法的控制依据以使洒布量恒定在预置值上不变。 表2 - 1 监测反馈参列数 序号监测参数( 告警)序号反馈参数 l 行驶速度过高或过低 l 行驶速度 2沥青罐内温度 2 沥青泵转速 3 导热油温度 4 沥青泵口温度过低 5 沥青泵转速过高或过低 6 开关位置错误 7 后台报警 还有一些工作参数作为直读参数放在各系统旁用数显表显示，见下表2 - 2 。 表2 - 2 直读参数列表 序号直读参数 1 液压系统压力( m p a ) 2 沥青罐全程液位 3储气罐压力( m p a ) 4导热油加热系统压力( m p a ) b 1 液晶显示区 显示部分即前控制台( 控制面板) 的液晶屏部分，主要作为工作参数和修正 系数的输入界面，几个关键状态参数：行驶速度、沥青泵转速、沥青导热油温度 也需要在这个界面上显示，它是人机对话的媒介。按照现行施工标准，洒布车参 数设置的项目和范围如下表2 3 。 表2 - 3 沥青洒布车人机界面参数设置表 i 序号参数名称序号参数名称 i - 洒布量( 0 4 3 0k g m 2 ) 7 启喷距离( 建议值0 7 m ) 2 洒布宽度( 2 6 m ) 8 推荐车速 3 沥青比重( 0 7 1 1k g l ) 9 实测车速 4 洒布距离 1 0 实测泵速 5导热油温儿沥青泵口温度 6 车速修正系数 1 2 沥青泵容积修正系数 由于参数过多，考虑到不同参数的设置和观察频率不同，这里考虑多屏显示 并把一些系数的设置放在末页( 在一段工作时问内一般不需改变) 。 c ) 控制指令设置区( 操作面板) 表2 - 4 前控制面板输入信号列表 序号 信号名称信号类型备注 1 停机、预洒、喷洒三位开关 d i 手动操作( 带指示灯) 2 蜂呜器消音按钮 d i 手动操作 3 控制系统电源总开芙 d i 手动操作( 带指示灯) 4 喷头清洗模式 d i 手动操作 0 喷头喷洒模式 d i 手动操作 6燃烧器工作开关 d i 手动操作 2 ) 后控制台 位于后操作台后端( 即洒布车尾部) ，便于操作者手动操作洒布车、及时观 察洒布车运行状况。后控制台包括手动控制和监测部分、洒布车加热系统控制部 分。后控制台由主控电路板及其接口电路、电磁换向阀驱动板、手动操作数显装 置等组成。 a 1 后控制台数显参数 表2 - 5 后控制台数显参数列表 序号后控制台数显参数 1 实测泵速 2沥青罐内温度 3导热油温度 b ) 后控制台开关设置 表2 - 6 后控制台输入信号列表 序号 信号名称数量信号类型备注 1 沥青泵转速錾调骜旋钮 1a i手动操作 2 燃烧器开关 ld i手动操作 3 喷管升降开关 ld i 手动操作 4 喷管侧移开关 ld i 手动操作 5 喷头开关 2 4d i手动操作 6急停按钮 1d i 手动操作 较复杂在下面几节作单独介绍，至于洒布车的其他附件论文中略去。 2 2 沥青循环系统方案设计 沥青循环系统是沥青洒布车的主要工作部分，主要作用是提供沥青、设置沥 青各种循环模式和对沥青供应量进行计量。根据国内外多种智能型沥青洒布车沥 青循环系统的对比分析，提出了图2 2 所示的沥青循环系统方案。 l 、沥青循环系统实现功能 智能型沥青洒布车沥青循环系统可实现的功能，可总结为如下六种。其各功 能实现时各种沥青阀和手喷阀的开关状态，皆列于表2 - 7 中。 ( 1 ) 小循环 当利用火管和导热油( 柴油燃烧器) 对沥青罐内沥青进行加热升温时，为使罐 内沥青加热更均匀、迅速，沥青罐内沥青经泵直接回沥青罐。 ( 2 ) 大循环 当对沥青循环系统中的管路、沥青泵、喷洒管进行加热时，或自动喷洒作业 前进行喷洒管路是否畅通的检验时，沥青罐内沥青经泵到喷洒管，再回沥青罐。 ( 3 ) 自动喷洒 当进行自动喷洒作业时，先手动大循环一次，检验喷洒管路畅通后，再采用 此循环方式。沥青罐内沥青经泵到喷洒管，当气动打开喷嘴时，沥青从喷嘴喷出。 ( 4 ) 人工手喷洒 当进行人工手喷洒作业时，先按小循环方式循环沥青再将泵速调低、适当 关小沥青阀2 。然后，打开手喷阀，沥青罐内沥青经泵到手喷枪，当手动打开手 喷枪手柄开关时，沥青从手喷枪喷出。其喷洒压力可通过沥青阀2 来调节。当停 止喷洒时，关闭手喷枪手柄开关后，先开大沥青阀2 ，再关闭手喷阀。 ( 5 ) 自吸沥青 当从外部自吸灌装沥青时，先将吸油软管连接在沥青循环系统的吸油口，外 部沥青经吸油软管、沥青阀5 、泵和沥青阀2 ，进入沥青罐。灌装结束时，先关 沥青阎5 ，再停泵。此外，灌装沥青还可以利用外部设备的沥青泵，将外部沥青 经沥青罐顶部的人孔，灌注入沥青罐中。 ( 6 ) 外卸沥青 当外卸或排空沥青时，先将卸油软管连接在沥青循环系统的卸油口，沥青罐、 循环管路、伽青过滤器中沥青，经泵、沥青阀6 t i n 油软管，卸入外部设备中。 循环管路、伽青过滤器中沥青，经泵、沥青阀6 t i n 油软管，卸入外部设备中。 1 4 外卸沥青结束时，先停泵，再关沥青阀6 。此外，排空沥青还可通过打开沥青过 滤器下的重力排空阀，利用自流方式，将沥青循环系统中残余沥青排出。 + 1 沥青阀l ；2 沥青阀2 ；3 沥青阀3 ；4 沥青阀4 ；5 沥青阀5 ；6 沥青阀6 ；7 沥青阀7 ；8 沥青阀8 ：9 排空阀；1 0 手喷阀；1 1 沥青泵：1 2 沥青过滤器；1 3 沥青喷洒 管；1 4 沥青温度计；1 5 沥青泵测速传感器( 图来示) 图2 - 2 沥青循环系统设计方案 为了在上述管路图当中实现这几种工作模式上面的阀门开关状态应如下表 2 7 。从表2 - 7 可以看出要想实现某一循环必须在洒布之前手动将相应阀门打开， 另外为了实现自动洒布和其他循环操作模式的切换，在整个沥青循环系统需要两 个自动控制阀门：沥青阀7 和沥青阀8 ，动力可以采用气动，从而实现自动喷 洒操作。 2 、沥青循环系统主要部件简介 整个沥青循环系统中对洒布精度影响最大的就是沥青泵，其它选型相对来说 较容易，限于篇幅这里只对主要部件沥青泵进行说明。 ( 1 ) 沥青泵 一般采用q g b 系列高粘度保温泵，q g b 系列高粘度保温泵是具有八十年代 国际水平，国内最先进的粘稠液体需送泵、该泵用于高温的粘稠、稀与稠的悬浮 液体、浮状液体的输送，具有保温和加热及控制超压的功能。该泵是专为输送需 表2 7 沥青循环系统实现功能及其各种阀开关状态表 沥青 沥青沥青沥青沥青沥青沥青沥青手喷 阀1阀2阀3阀4阀5阀6阀7阀8阀9 ( 手动)( 手动)( 手动) ( 手动) ( 手动)( 手动)( 气动) ( 气动) ( 手动) l 小循环开开关关关关关开关 i 大循环开关开开关关关开关 i 自动涌布开关开开关关开 关荚 1 人工洒布开关小关关关关关 开 开 j 自吸沥青关开关关 开关关开关 l 外卸沥青 开关关关关开关开关 要加热和保温的重质粘稠液设计加工、结构简单，使用维修方便，属于容积式内 啮合齿轮泵。泵内采用正排量转子和惰轮组合体，使得泵具有输送量大、流量平 稳、噪声低，内泄漏量小，密封性能好和结构紧凑的优点。泵的各项性能技术 指标明显高于国内同类产品。q g b 泵的正排量转子和惰轮组合体工作中有较好 的缓冲作用，能达到低切变，无脉冲的液体需送。内齿轮的齿形为冠齿形，内齿 泵腔的“通进容积”是由泵体月牙形壁面和两上液体封闭面的轮齿表面围成的， 在齿轮的不断旋转中产生压力液体，达到输送的目的。本泵具有“强制锁定”功 能可将转子和轴精确定位，降低磨损，延长使用寿命。泵设有安全阀，可保护系 统不受超压的损坏，自动溢流。泵反转时，应将阀反向安装，安全阀螺母须朝向 吸油口。 2 3 导热油加热系统方案设计 为了保证沥青适宜喷洒，在洒布车喷洒前后应对沥青自动加热和保温，使之 保持在最佳的流动状态且不变性。一般现代的智能型沥青洒布车都采用导热油加 热系统。根据国内、国外多种智能型沥青洒布车导热油加热系统的对比分析，提 出了图2 3 所示的导热油加热系统方案。 l 、导热油加热系统实现功能 一般情况下也应有下面六种加热和工作模式：加热导热油、加热沥青罐、全 循环、加热沥青泵、加热喷洒管、白吸导热油。 1 热油阀l ；2 热油阀2 ：3 热油阀3 ：4 热油阀4 ；5 热油阀5 ；6 吸油阁；7 吸油 管；8 脏物过滤器；9 热油泵；l o 压力表开关；1 1 压力表；1 2 放气阀；1 3 浮球液位控制器； 1 4 膨胀箱：1 5 柴油燃烧器；1 6 排烟管：1 7 u 型火管；1 8 导热油管组：1 9 热油温度计 图2 - 3 导热油加热系统管路图 ( 1 ) 加热导热油 当导热油加热系统内导热油温度较低，并利用柴油燃烧器加热导热油时，可 采用此循环方式，所有的热油阀1 5 都打开。 ( 2 ) 加热沥青罐 当对沥青罐中沥青进行加热升温时，可采用此循环方式，即需要打开热油阀 4 ( 热油旁路阀) 。 ( 3 ) 全循环 p 当同时对沥青泵、沥青过滤器、沥青循环管路、沥青喷洒管进行加热升温时， 可采用全循环方式，即需要打开热油阀1 、热油阀2 和热油阀3 ，关闭热油阀4 ( 热油旁路阀) 。 ( 4 ) 加热沥青泵 当对沥青泵、沥青过滤器和沥青循环管路进, 1 7 力r i 热升温时，可采用此循环方 式，即需要打开热油阀1 和热油阀3 ，关闭热油阀4 ( 热油旁路阀) 。 ( 5 ) 加热喷洒管 当对沥青喷洒管进行加热升温时，可采用此循环方式，即需要打开热油阀2 和热油阀3 ，关闭热油阀4 ( 热油旁路阀) 。 ( 6 ) 自吸导热油 当从外部自吸导热油时，先将吸油软管套在导热油加热系统的吸油管上，打 开吸油阀，外部导热油经吸油软管、吸油管、吸油阀和热油泵，进入导热油加热 系统。当导热油加注到位后，应立即关闭吸油阀、打开热油阀5 。 此外，还可将外部导热油经膨胀罐顶部的加油口，灌注入导热油加热系统中。 建议使用3 2 0 号导热油，严禁不同标号、不同性质的导热油混用。同时，要求导 热油经脱水处理后，才允许注入导热油加热系统。 其各功能实现时各种热油阀和吸油阀的开关状态见下表。 表2 - 8 导热油加热系统实现功能及其各种阀开关状态表 阀号热油阀1热油阎2 热油阀3 热油阀4 热油阀5 吸油阀6 _ 詹( 手动)( 手动)( 手动)( 手动)( 手动)( 手动) 加热导热油开开开开开关 加热沥青罐关关关开开开关 全循环开开开关开关 加热沥青泵 开关开关开 关 加热喷洒管关 开 开关开关 自吸导热油开开开关关开 这一部分的主要功能就是实现沥青加热和保温，管路当中的阀门手动开启， 只要在喷洒前手动预制好就不会影响将来的沥青喷洒。这里面的控制对象就是燃 烧器根据检测的沥青温度自动点火和熄灭。因此将来的温控扩展模块需提供一个 沥青温度采集点，通过和预先设置的沥青温度相比较来启闭燃烧器，不过一般这 部分控制功能在外购的燃烧器上就可以实现。 2 、导热油加热系统主要部件简介 针对导热油加热系统中主要部件( 或设备) 进行说明。 ( 1 ) 热油泵 1 ) 简介 采用r y 系列风冷式热油泵，生产厂家较多，例如：河北恒盛实业股份有限 公司( 原泊头市齿轮泵总厂) 、临沂市圣威锅炉有限公司( 原临沂市导热设备厂) 等多家企业制造。r y 型风冷式热油泵在石油化工、纺织印染、涂料、木材、塑 料橡胶、食品、造纸、印刷、油脂、筑养路等领域，适用于输送不含固体颗粒的 弱腐性高温液体，也可根据用户需要，过流部件选用不同的材质，输送具有腐蚀 性或其他特殊性能的液体。其耐腐蚀程度和使用温度取决于与介质接触的主要零 件的材料分三类：i 、h t 2 0 0 ；i i 、z g 2 3 0 4 5 0 ；i 、i c r l 8 n i 9 t i ，o c r l 8 n i l 2 m 0 2 t i 。 其性能范围( 按设计点) 为：流量1 5 0 0 m 3 h ；扬程1 0 1 2 5 m ：温度2 0 3 5 0 ；r y 型热油泵为单级悬臂式结构，泵的进口为轴向吸入，出口为中心垂直向 上。泵和驱动电机通过弹性联轴器合装于同一底座上。整个机组无需附加冷却系 统。泵的进出口法兰及耐压零件均按1 6 b a r 级压力制作。底座尺寸符合g b 5 6 6 0 规定。其主要零部件的情况如下：( a ) 壳体部分：由泵体、泵盖组成；( b ) 转子部 分：由叶轮、轴、叶轮螺母组成；( c ) 轴承部分：轴承体内装两盘轴承，是转子 的支承体；( d ) 密封部分：采用填料密封结构，附加耐温油封，起辅助密封的作 用；( e ) 传动部分：泵与原动机采用三爪型弹性联轴器联接，从联轴器端看泵为 顺时针方向旋转。 总之，从设计上改变了传统的热油泵结构，采用自然散热的冷却方式，减少 了泵的体积，使结构简单，节约运行费用，安全可靠。 ( 2 ) 柴油燃烧器 柴油燃烧器根据沥青罐容积来确定，沥青罐容积为8 0 0 0 l ，一般需1 4 k g 燃烧器；沥青罐容积为1 2 0 0 0 l ，一般需1 8 k g 燃烧器。柴油燃烧器能提供全自动 吹风、点火、燃烧等功能( 如意大利b a l t u r 自动柴油燃烧器b t l 4 g w 、b t l 8 g w ) 。 2 - 4 沥青喷洒系统方案设计 智能型沥青洒布车沥青喷洒系统主要包括洒布管、喷嘴、升降和横移气缸及 其它连接装置等，其中洒布管是沥青洒布车的工作装置，它的制造精度和控制功 能是否完善在很大程度上决定了最终洒布质量。根据国内、国外多种智能型沥青 洒布车沥青喷洒系统的对比分析，提出了图2 - 4 所示的沥青喷洒系统方案。 1 9 。盔执。熟酝。 凿 冷 ；a g 【!一。 图52 前控制器输入原理图 羞f 鸯 g 裟槲_ _ 囊 g 一o h 芦哥u 一口“8 m 茸u i j - 图5 - 3 前控制器输出原理图 8 笔 心磐膏蟹 4 、输出部分关键外接电路说明 ( 1 ) 速度传感器电路设计：为了实现对洒布车速度的适时测量保证洒布量恒定， 设计了下面的速度传感器电路。一般说来，转速测量方法分为模拟式和数字式两 种，模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是电压量，而数字式通常采 用接近开关、光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲 信号。由于脉冲信号可以与p l c 直接接口，所以应选择数字式传感器。综合比较 认为接近开关更适合本系统的应用。原因有三，它适用范围宽，并表现在两个 方面，其一是转速范围，接近开关适用于从高到低较大范围的转速计量，尤其是 低转速测量：其二是接近开关的作用距离根据需要可在零至几十毫米的较大范围 内选择：抗干扰性好。在现场的磁性干扰较大，如果采用感性探头( 如霍尔元件) 的磁路相铰链，结果在线圈上形成干扰噪声，信号难咀提取。而接近开关是不易 受这些信号干扰的：线路简洁。因感性探头回波信号微弱，必须加前置放大器a 为提高信噪比，在放大环节中还要采取相应措施。而接近开关因逻辑输出幅度接 近电源电平，无需再放大，自然线路简洁，易于调试。 采样齿轮 图5 - 4 接近开关速度检测电路原理圈 图5 - 4 为现场检测电路，p s 为接近开关：直流电源2 4 v 取自p l c 主模块加 至1 、2 端，3 端为开关量输出端，其幅值近似为2 4 v 。从原理上讲，所选用的电 子接近开关是有其内部的振荡器、检波器和输出电路组成。当其感应头不接近金 属( 采样轮齿) 时，其振荡信号经检波后使输出电路达到一个稳态：而当有金属作 用于感应头时，在金属体内产生的涡流吸收了振荡能量，则接近开关内部电路满 足不了振荡条件，因而内部检波器截止，致使输出电路达到另一个稳态。而这两 种稳态恰似一个电子开关。r 1 取出的开关脉冲加至集成运放电压跟随器a ，a 再 通过导线输入p l c 。a 在这里是个缓冲器，一旦在传输中造成短路，可以对接近 开关提供保护。电容c 是为了滤除加于电压跟随器的矩形脉冲背景上的杂波。取 样齿轮齿数这里为8 ，检测到减速器输出轴的转速与脉冲频率的关系可用下式表 刁i ： n = 6 0 f m ( 5 1 ) 式中：n 为可测的转速( r m i n ) ：，为接近开关所检测的脉冲频率( t i z ) ：m 为 采样齿轮上的齿数。 ( 2 ) 从p l c 的特性参数可知，其输出负载的能力很强( 最大负载电流：0 6 a ) ，一 般电磁阀输出端不用单独设计驱动电路，但由于电磁阀线圈都是电感性元件，在 瞬时接通或断开时会产生“电感反冲”的高压，可采用与线圈并联续流二极管的 办法，对反电动势产生抑制作用。 5 - 3 控制系统部分软件设计 控制系统软件设计是p l c 应用中较为关键的问题之一，它是整个电