（机械电子工程专业论文）基于can总线的沥青摊铺机单机智能控制系统.pdf

摘要 本文研究的智能控制系统是在改进传统技术和吸取国外先进技术的基础上，运用先 进的电子技术、网络等技术来提高沥青摊铺机智能控制水平。本论文的研究在于探索新 的技术创新的摊铺机智能控制系统，填补国内在这方面存在的不足。论文首先对国内外 沥青摊铺机技术水平、发展状况以及未来发展趋势进行了分析，提出了论文研究内容和 预期目标；分析了l t u 9 0 s 沥青摊铺机的电液控制系统；论证了沥青摊铺机智能控制系 统方案的可行性并选择符合控制系统要求的控制器，建立了由一台主控制器r c 6 9 ( 1 ) 、 两台从控制器r c 6 9 ( 2 ) 和r c 4 4 、及显示器d 1 2 通过c a n 总线连接而成的分布式控 制系统。其中主控制器r c 6 9 ( 1 ) 控制行走系统，从控制器r c 6 9 ( 2 ) 和r c 4 4 分别 控制工作系统和辅助系统。该智能控制系统与柴油机进行优化匹配，使机械的动力输出 状态始终自动处于最优；实现作业过程的恒速摊铺、振动振捣过程的自适应控制、各工 作机构协调动作；实现摊铺机运行的显示、记录和基本故障诊断。利用r c 控制器的 b o d a s 开发平台完成了智能控制系统的软件编程，解决参数设置，程序初始化、数据 的发送和接收、主控制器与从控制器之间的通信与控制，整个摊铺机智能控制系统经过 室内调试和室外试验，证明该控制系统是可行的，完全满足摊铺机作业要求。 关键词：机械工程，沥青摊铺机，智能控制，r c 控制器，c a n 总线 a b s t r a c t t h ei n t e l l e c t i v ec o n t r o ls y s t e mo fa s p h a l tp a v e r si sb a s e do nt h ei m p r o v e m e n to f t r a d i t i o n a lt e c h n o l o g ya n dt h ea b s o r p t i o no ff o r e i g na d v a n c e dt e c h n o l o g y i tu t i l i z e se l e c t r o n i c t e c h n o l o g y , n e t w o r ka n do t h e rt e c h n o l o g i e st oi m p r o v et h ei n t e l l e c t i v ec o n t r o ll e v e lo ft h e a s p h a l tp a v e r s t h em a i np u r p o s e so ft h i st h e s i sa r ee x p l o r i n gn e wt e c h n o l o g yt oi n n o v a t et h e p a v e r s i n t e l l e c t i v es y s t e m ，a n df i l l i n gt h ed o m e s t i cd e f i c i e n c yo nt h i sa s p e c t t h et e c h n i c a l l e v e l ，e x i s tc i r c u m s t a n c e sa n dd e v e l o p m e n t a lt r e n do fa s p h a l tp a v e r sa r ea n a l y z e da tt h e b e g i n n i n g ，t h e nt h ec o n t e n t sa n da i m sa r eb r o u g h tf o r w a r d a n a l y z et h ee l e c t r i c a la n d h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mo fl t u 9 0 sa s p h a l tp a v e r s p r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h i si n t e l l e c t i v e c o n t r o ls y s t e ma n ds e l e c ta p p r o p r i a t ec o n t r o l l e r s ，t h e nb u i l dad i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m c o n s i s t so fam a s t e rc o n t r o l l e r ：r c 6 - 9 ( 1 ) ，t w os l a v ec o n t r o l l e r s ：r c 6 9 ( 2 ) & r c 4 4 ，a n d m o n i t o rd 1 2 ，w h i c ha r ec o n n e c t e db yc a n b u s t h em a s t e rc o n t r o l l e rr c 6 9 ( 1 ) c o n t r o l s t h et r a v e l i n gs y s t e m ，t h es l a v ec o n t r o l l e r sr c 6 9 ( 2 ) a n dr c 4 - 4c o n t r o lt h ew o r k i n gs y s t e m a n da u x i l i a r ys y s t e ms e p a r a t e l y t h eo p t i m i z e dm a t c h i n gb e t w e e nt h ep a v e r s i n t e l l e c t i v e c o n t r o ls y s t e ma n dt h ed i e s e le n g i n ec a n a u t o m a t i c a l l ym a k e st h em a c h i n e r yh a v ea no p t i m u m p o w e ro u t p u t r e a l i z ec o n s t a n tp a v i n go fw o r k i n gf u n c t i o n ，s e l f - a d a p t i n gc o n t r o lo fv i b r a t i o n s y s t e m ，a n dc o o r d i n a t ew o r ko fe a c hm e c h a n i s m r e a l i z et h ed i s p l a y , r e c o r d i n ga n db a s i c f a i l u r ed i a g n o s i so ft h ep a v e r s u t i l i z et h es p e c i a ls o f t w a r eb o d a so ft h er cc o n t r o l l e rt os e t t h ep a r a m e t e r s ，i n i t i a t et h ep r o c e d u r e s ，r e c e i v e & s e n dt h ed a t a , a n dr e a l i z et h ec o n t r o la n d c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h em a s t e rc o n t r o l l e ra n ds l a v ec o n t r o l l e r s t h ef e a s i b i l i t yo ft h i s i n t e l l e c t i v ec o n t r o ls y s t e mh a sb e e nv e r i f i e db yi n d o o rd e b u g g i n ga n do u t d o o re x p e r i m e n t s t h er e s u l ts h o w st h a tt h i sc o n t r o ls y s t e mc a nm e e tt h ew o r k i n gn e e d so ft h ea s p h a l tp a v e r s k e yw o r d s ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ，a s p h a l tp a v e r s ，i n t e l l e c t i v ec o n t r o l ，r cc o n t r o l l e r ， c a n b i7 s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：傅救啊 叩年月时日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：僧、如确 导师签名： 私舀丫 d 伽了年矿多月口，日 叼州肘日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究沥青摊铺机智能控制的目的及意义 2 0 世纪6 0 年代，中国开始研制沥青混合料摊铺机产品，从2 0 世纪九十年代末以来， 我国工程机械产业进入了加速发展阶段，呈现出前所未有的繁荣态势。工程机械装备已经 成为我国国民经济发展的支柱产业之一。随着国家重大发展战略的实施，工程建设对工 程机械需求的大幅度增加，为我国工程机械的全球发展战略提供了具有竞争力的契机。 2 1 世纪初期是中国公路建设十分关键和重要的历史时期，公路建设必须使用大量先 进的筑路机械，该时期为中国筑路机械产品与技术开发提供了难得的机遇。随着我国的 公路建设，特别是高等公路建设日新月异的发展，对公路质量的要求也越来越高。因此， 要修筑高质、高等级公路必须有先进的筑路机械与之配套。此外在筑路过程中，为了减 少材料离析造成的路面早期损坏，对沥青路面摊铺工艺提出了更高的要求，同时对摊铺 机也提出了更高地要求。由于现今科学技术高速的发展，国内外对高速公路路面质量认 识也进一步加深，再加上现代施工项目大型化的要求，新一代摊铺机不仅需要实现集成 化和智能化控制，而且必须能够组成基于网络的智能化机群协同控制系统，以获得项目 施工的高效、低耗，并在尽可能短的时间内完成项目施工任务。摊铺机的智能化，集成 化正成为2 1 世纪摊铺机的重要发展方向之一。 研究智能化沥青摊铺机的目的在于促进我国沥青摊铺机向机、电、液、信一体化方 向发展，使摊铺机产品系列更加完善，运用高新技术手段改造我国的传统装备制造业， 提高沥青摊铺机的国际竞争能力的同时促使其升级至世界一流水平。由于能源的短缺， 节能、高效、可靠和环保型必然也会成为现代摊铺机发展的方向，其中发展节能型产品 是摊铺机发展的主攻方向之一。国内外智能摊铺机主要有国内的常林股份最近开发的 l t u 9 0 s 智能沥青摊铺机、徐工集团r p l 2 5 0 型智能化多功能铺机、镇江华晨路面机械有 限公司的s p l 2 5 型多功能摊铺机、三一重工的l t u 9 0 a 智能沥青摊铺机，国外的戴纳派克 f 1 8 2 c s ，a b g 5 2 5 ，福格勒2 5 0 0 和由卡特收购的意大利比泰利公司的产品等超级大型沥 青混凝土摊铺机【l 】。 1 2 国外沥青摊铺机现状及发展趋势 1 2 1 国外沥青摊铺机现状 沥青混凝土摊铺机作为一种用来铺设高等级公路路面的专用设备，该设备技术性能 的高低直接影响着路面的摊铺质量。为了进一步提高路面的摊铺精度，降低成本，提高 第一章绪论 功效，简化结构，国外许多公司对摊铺机的技术性能，结构和控制技术进行不断的改进 和提高，机电液一体化技术的发展正是在这种趋势下产生的典型代表，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。先进的筑路机械集机、电、液、信等当代高 新技术于一体，其中液压传动技术是工程机械发展的基体，而电子控制则是工程机械技 术创新发展中源源不断注入的新鲜血液，它在很大程度上体现和决定了摊铺机的整机性 能。 美国、欧洲和日本等工业发达国家和地区，均有多家摊铺机专业制造厂商与相应的 开发研究机构，为了进一步提高路面的摊铺精度，降低成本，提高功效，简化结构，国 外许多公司对摊铺机的技术性能，结构和控制技术进行不断地改进和提高，不断地开发 出一代一代的新产品来占领市场主导地位。如英格索兰一a b g 新推出的t i t a n 8 8 2 0 ， 该机借鉴了t i t a n 5 2 5 上的多项先进技术，发动机功率为1 7 9 k w ，重新设计了液压系 统，配置了独特的熨平板，可将熨平板与主机设定成悬浮状态，尤其适合摊铺二灰土， 最大摊铺宽度可达1 3 m ；福格勒的s u p e r 2 1 0 0 c 摊铺机采用了大型综合散热系统，即 使在5 0 0 c 的高温，极恶劣工况下满负荷施工，也能对液压油，发动机冷却水和发动机 进气进行顶有效冷却，不仅减少磨损，降低噪声，也不必打开维护侧门散热【2 1 。 1 2 2 国外沥青摊铺机发展趋势 国外发达国家十分重视沥青摊铺机的研究与开发，摊铺机技术不断发展和完善。在技 术和产品开发上，国外不在满足于应用机电液一体化技术，使沥青摊铺机具有结构合理、 性能稳定、功能完善、易于维修、安全可靠等优点，而在不断采用新理论、新工艺、新 技术、新材料，改进结构和性能，使产品不断更新换代，如前桥的悬挂方式及前后桥双 驱动等新结构不断出现。 国外沥青摊铺机技术发展趋势，可以归纳为以下几点： 1 环保节能。 为了减少噪声对环境的影响，国外摊铺机在整机噪声控制方面采取了许多措施，使 整机噪声控制在11 0 d b 以下。福格勒系统摊铺机具有发动机经济型运转模式选择开关， 超级1 6 0 0 系列发动机特点在9 4 k w ( 1 8 0 0 r m i n ) ；超级1 8 0 0 系列在1 2 5 k w ( 1 8 0 0 r m i n ) 。 由于发动机3 4 的摊铺工况不需要满负荷工作，故而该技术的应用可明显降低机器的燃 油油耗、磨损及噪声；t i t a n 8 8 2 0 多功能摊铺机选用道依茨b f 6 m 1 0 1 3 e c p 发动机，可 满足欧i i 排放标准，散热系统由马达驱动风扇，设有温控系统，可以降低噪声并节能。 2 熨平板技术。 2 长安大学硕士学位论文 熨平板结构和技术在不断发展：快速加接熨平板不需使用工具，在很短的时间内完 成加接。c a t 公司已开发出新型液压前伸缩熨平板替代后伸缩熨平板【3 】。英格索兰一a b g 摊铺机的熨平板设有停车等料、起步双重锁定功能( 防起步爬升及防停车下降) ；带张 紧调节油缸机构，可防止熨平板纵向变形，保证摊铺质量；拱度液压调节，方便施工； 专利技术的v b 8 8 熨平板延伸段采用液压快速连接机构，安装方便快捷，使市政维护等 施工更有弹性，效率更高：夯锤和振动装置不通过皮带而是由马达直接驱动；可配置高 密实度自动伸缩型熨平板和标准型伸缩熨平板；英格索兰一a b g 和福格勒均展出了机械 加长熨平板液压伸缩加长块新技术，该技术弥补了机械加长熨平板宽地不能无级变化的 缺陷。 3 智能控制操作。 运用计算机技术、微电子技术、传感技术、现代液压、现代控制技术等高新科技。 英格索兰一a b g 摊铺机的e p m 电子管理摊铺作业系统已发展到第二代，该系统既有数 据远程传送，卫星跟踪定位，电子路面扫描系统及镭射找平等功能，还有触摸式操作平 台实现整机运作情况监测及故障诊断，在面板上实现刮板无级调速、夯锤频率调整等【4 1 。 智能发电机管理系统配置一个三相交流发电机，动力储备充足，不论发动机的转速高低 如何，摊铺的负荷如何变化，发电机输出都可满足使用，避免了负荷突变，降低总燃油 消耗。另外熨平板得益于发电机管理系统，具有左右交替加热模式，从而可以减少一半 加热动力的消耗。v - t r o n i c 系统提供非接触式自动导向，纵横坡控制，且具有记忆功 能，只需按一下按扭，机器就能马上恢复到停机前的工作状态。摊铺机产品各种功能装 置的协调工作、自动控制、安全控制、节能控制、工况参数检测、故障诊断与报警等功 能被不断的完善和广泛采用【1 1 。 4 国际上发达国家正在用全液压、全自动的先进摊铺机代替老式产品，其技术特点 如下： ( 1 ) 作业速度的自动控制。先进摊铺机用脉冲传感器、信号放大器和比例控制阀测 定摊铺机的行驶速度，并通过反馈调节液压系统的流量来控制摊铺机作业是的行走速 度，使其不受外界条件的干扰而保持速度稳定。 ( 2 ) 供料速度自动控制。先进摊铺机通过超声波传感器连续监测熨平板挡板前混合 料的高度，控制刮板输料器和螺旋分料器的动机构，使其相应地增减速度，达到均匀、 稳定、连续地供料。 ( 3 ) 自动找平装置。先进摊铺机已经使用激光超声波和激光等非接触式调平装置和 3 第一章绪论 技术使摊铺机平整度进一步提高，使调平自动控制装置对环境条件的适应性更强。国外 目前，自动调平装置的最小分辨率已达到纵向高度不大于士o 3 m m ，横向坡度不大于 士0 0 2 。 5 人性化设计。 为了减轻操作人员的劳动强度，提高静适性，摊铺机的驾驶台整体可以后翻，易于 接近所有维修点，料斗前部液压折叠，确保料斗排空，减少人工劳动强度，司机座椅和 控制面板一起可以摆动至两侧，视野更佳【5 】。 1 3 国内沥青摊铺机现状及发展趋势 1 3 1 国内沥青摊铺机现状 二十世纪9 0 年代开始我国从欧洲进口大批沥青摊铺机，同时也引进了摊铺机制造 设计技术，经过消化、吸收以后形成了国产技术；到了二十世纪9 0 年代末期，在消化、 吸收国外先进技术的基础上，我国企业开始对摊铺机进行自主研发，并形成了一定生产 规模。 国内生产摊铺机的大型企业主要有徐工集团路面机械公司，西安筑路机械有限责任 公司，陕西建设机械集团有限责任公司，天津鼎盛工程机械，镇江华晨华通路面机械有 限公司，三一重工，中联重工，柳工等，这些企业共同的特点都是从引进国外的先进的 技术起步。例如徐工集团路面机械公司1 9 8 9 年从德国v o g e l e 公司引进具有世界领先 水平的沥青混合料摊铺机生产制造技术，经过长达十多年的消化、吸收、改进和技术创 新，。目前已形成了拥有自主知识产权的六大系列近3 0 个品种规格的高新技术产品多 种产品被评为国家级重点新产品，自主研发的国内首台a t l 0 0 0 型履带式沥青混凝土转 运t - 获得多项发明专利填补了国内空白【6 】。起步较晚的三一在2 0 0 0 年吸收国际先进 技术精髓的基础上，根据现代高速公路对路面摊铺作业的最新要求，采用国外先进的液 压技术和电控技术，研制开发的l t u 9 0 s 沥青摊铺机具有较好的低速平稳、直线行驶性 好、供料比例性好、自动找平精度高等优点【7 1 。l t u l 2 0 s 沥青摊铺机的行驶、物料输送、 振动、振捣等采用全液压技术，行走驱动采用马达、减速机、链轮三位一体的传动结构。 在熨平板提升油缸的同步控制、集中测压、集中润滑、布料器变径螺旋结构、低速平稳 以及多层次油温控制技术等方面有创新。整机技术性能先进、结构合理、恒速性好、维 修方便、操作舒适、质量稳定可靠、整机造型美观【8 】。陕西建设机械集团有限责任公司 1 9 9 2 年通过技贸合作，与英格索兰一a b g 公司联合生产的摊铺机，其技术水平与a b g 保持同步。天津鼎盛工程机械参照a b g 4 2 3 结构和技术，行走驱动系统采用美国萨澳公 4 长安大学硕：仁学位论文 司微电脑控制技术及液压电器元件和德国m o b a 公司电子自动找平【9 1 。 1 3 2 国内沥青摊铺机发展趋势 国内摊铺机正在向着微电脑数字控制技术、程序化作业的方向发展，要求具有良好 的人机交互界面、数据传输、工作参数检测、故障诊断与报警、恒速控制、作业速度与 输料和分料速度、作业速度与振捣和振动频率的协调等功能。在控制技术上采用了多 c p u 控制的c a n 总线技术，主机与找平系统采用了一体化控制，运用模糊控制理论， 将影响找平各种因素与找平系统建立联系，成为自动受控对象共同参与找平控制，从而 使找平系统工作在最佳状态，从而实现多因素智能化控制，使摊铺精度大为提高【1 0 】。 国内先进摊铺机的关键技术，可以从以下几个方面来说明： ( 1 ) 多种组合形式的高密度熨平装置，分别采用不同工作原理和结构。 ( 2 ) 自动找平系统中采用非接触式传感装置，大大提高了摊铺平整度和机动性能。 ( 3 ) 左右行走履带全液压独立驱动方式。 ( 4 ) 供料系统采用全自动比例及非接触式传感控制方式，能够使供料自动保持均匀、 稳定。 ( 5 ) 为了加大附着牵引力，减少打滑，采取了全驱动的轮胎式摊铺机【l l 】。 随着电液控制技术的不断发展和施工工艺的不断提高及市场用户要求的提高，摊铺 机将可能有以下几个发展态势： ( 1 ) 机型多元化 国内摊铺机的生产厂家追求产品的多样性，即产品在宽度系列开发有1 2 5 m 不同的 宽度系列的产品，技术水平高、中、低，价格高、中、低等不同型式的产品，满足不同层 次施工单位和公路施工的要求。 ( 2 ) 技术型和经济型分层发展 摊铺机最重要的指标为密实度和平整度，与此同时，随着电液控制技术的发展，操作 的舒适性和维护保养的方便快捷性，使摊铺机朝着技术型和经济型两个方面发展。技术 型摊铺机具有中央通讯、恒速控制及故障诊断功能，数字式超声波找平仪，集中润滑等功 能，经济性摊铺机追求可靠、实用、操作简单、价格低廉。 ( 3 ) 多层摊铺及转运车联合作业 随着施工工艺的改变，将越来越多的采用多机摊铺工艺，防止边道及接缝离析是我 们应考虑的问题，同时为防止温度和粒料离析，转运车可能会被越来越多的采用，另外 一方面转运摊铺施工工艺正是对我国现行的公路结构设计合理性、施工管理及监理制度 5 第一章绪论 规范化，以及机械化配套合理性的最好的验证【12 1 。 1 4 本文研究的主要内容 通过以上的比较，不难发现虽然在近几年，国内沥青摊铺机在智能化研制方面有所 发展，但是和国外的先进技术的差距还是很大，导致国内引进生产或自制生产的摊铺机 在智能化发面的关键技术全部依赖于进口或仿造，结果了在技术上我们和国外的差距越 来越大。本课题的主要目的是根据国内摊铺机智能化研制的情况，立足于国内需要和实 际技术情况，追踪国外先进技术，开发适合于中国国情的沥青摊铺机智能化控制系统。 根据目前沥青摊铺机智能化发展的实际情况，确定本文研究的内容有以下几点： 1 在回顾国内外沥青摊铺机技术，现状和未来发展趋势的同时，提出论文研究的 内容和预期达到的目标。 2 选用l t u 9 0 s 沥青摊铺机为例，分析其液压系统和电气控制系统。 3 根据研究内容构建智能控制系统框架，分析系统中各部分功能的同时，论证方 案的可行性。 4 基于c a n 总线沥青摊铺机单机智能控制系统中硬件的选型与研究。 5 基于c a n 总线沥青摊铺机单机智能控制系统中软件的设计与研究。 6 沥青摊铺机智能控制系统的运行和调试。 6 长安人学硕士学位论文 第二章沥青摊铺机电液控制系统分析 沥青摊铺机智能化的实现离不开电液控制系统，它是现代机电设备中，特别是机、 电、液、信一体化设备中一个重要的组成部分，要想具备好的智能控制，就要拥有性能 良好的电液控制系统。液压控制技术近年来发生着巨大的变化，各种精巧的方案与实施 方法使得液压系统进一步得到完善而性能更佳。 常林股份l t u s 9 0 沥青摊铺机为全液压式，液压系统包括多个回路，可以实现行走 驱动、刮板输送、螺旋分料、振捣及振动、自动调平装置、料斗的翻转等运动。液压系 统主要由行驶泵及马达、供料泵及马达、分料泵及马达、振捣泵及马达、振动泵及马达、 控制泵及各控制油缸、控制阀、油箱、散热器等组成。 2 1l t u s 9 0 沥青摊铺机液压系统分析 2 1 1 行走系统液压原理分析 行驶系统( 如图2 1 所示) 由两台变量泵a 4 v g 5 6 e p 2 d 1 3 2 l - n a c 0 4 0 4 5 s 和两台变量 马达a 1 0 v g 2 8 e z 2 d m l 1 0 l n s c l 0 f 0 0 5 s 组成的闭式系统【1 3 】【川。 图2 1 行走系统液压原理图 行走泵由发动机经分动箱驱动，输出压力油给行走马达，通过减速机驱动履带链轮， 由比例电磁阀控制行走泵的斜盘角度，实现流量的连续变化，调速范围大，效率高。由 于行走马达是双级式变量马达，有两级过渡区，因此可以在电磁阀的控制下，实现转场 和摊铺两档速度，并且可无级调速。该系统采用左、右两套对称的行走回路，并由微电 7 第二章沥青摊铺机电液控制系统分析 脑控制器控制，同时动作时实现直行，分别动作时实现转向。行走减速机中装有制动器， 当发动机熄火或行驶操纵杆置于中间位置时，行走马达的输出轴被制动器抱死，从而实 现制动。 2 1 4 振动振捣系统液压原理分析 图2 4 和2 5 分别是振捣及振动液压系统原理图。系统回路压力均为1 4 m p a ：振捣与 振动也是由两套独立的变量泵a 4 v g 4 0 e p 2 d 1 3 2 l m d 2 f 0 0 5 s 定量马达 a 2 f m 5 6 6 1 w v a b 0 2 7 组成的闭式回路，液压泵经分动箱驱动，输出压力油给马达，马 达通过机械传动驱动振捣、振动装置，振动、振捣频率可通过电子控制实现在一定范围 内无级可调【1 3 l 【1 5 】。 图2 4 振捣液压系统原理图 器 量 皇 舅 z 型 = 舌 量 高 量 三 图2 5 振动液压系统原理图 2 1 3 输料系统液压原理分析 图2 3 是输料液压系统原理图。刮板输送系统回路压力2 5 m p a ：由两套独立的变量泵 a 1 0 v g 2 8 e z 2 d m l 1 0 l - n s c l 0 f 0 0 5 s 摆线马达h t c 3 1 5 组成的闭式回路，供料泵经 分动箱驱动，输出压力油给供料马达，马达通过减速机驱动刮板输送链。通过电比例控 制，从而控制刮板输料的速度。输料马达排量可以在输料工作压力达到设定的变量压力 时自动变大，从而增大马达的输出扭矩，以消除刮板卡料的问题【13 1 1 1 4 1 。 长安大学硕士学位论文 图2 3 输料液压系统原理图 2 1 2 分料系统液压原理分析 图2 2 是分料系统液压图，分料液压系统是由两套独立的变量泵 a 4 v g 5 6 e p 2 d 3 2 l - n a c 0 2 f 0 4 5 s 和定量马达a 2 f m 5 6 6 1 w 二v a b 0 2 7 组成的闭式回路，分 料泵经分动箱驱动，输出压力油给分料马达，每个马达另外加上一个3 5 1 m i n 的冲洗阀， 以降低分料系统闭式系统内的液压油温。马达通过减速机等驱动分料轴，并通过电子控 制来实现马达转速在一定范围内无级可调，从而使得分料轴转速可在一定范围内无级变 速【1 3 1 0 4 。 图2 2 分料液压系统原理 9 第二章沥青摊铺机电液控制系统分析 2 1 5 辅助系统液压原理分析 辅助系统由一个齿轮泵、一个分集流阀、多个优先流量阀、溢流阀、换向阀、液压 锁、油缸等组成，实现动作有料斗油缸、找平油缸、大臂油缸、伸缩油缸的动作。料斗 油缸有两个，液压油路并联，实现左右两边的料斗同时开合，液压锁可使料斗稳定地保 持在任何位置。找平油缸两个，两边可分别动作，并稳定保持在任何位置。大臂油缸无 液压锁，但有防降阀，可使熨平板停留在任何位置不下降。伸缩油缸共有四个，在熨平 板上面，左右各两个，左边两个油缸并联，右边两个油缸并联，每边的伸缩油缸控制阀 都有液压锁与之配合，在油缸不动时，可以使熨平板保持在任一宽度不变。 图2 6 辅助系统工作原理，齿轮泵提供一固定的流量，经过两极优先流量阀的流量控 制来分配供给找平油缸、料斗油缸、大臂油缸的流量，各流量不受负载影响，分集流阀 对找平的流量进行再分配，保持左右两边的找平流量相等。在辅助泵的出口有一个压力 设定在2 0 m p a 左_ 右的溢流阀，起安全作用，保护辅助系统不因负载过大而产生故障。大 臂油缸加卸载的压力由一设定压力为3 m p a 的溢流阀来限定【1 6 1 。 降油缸 目 曩 澄 h 、 蜷 争 承 顶压油缸项压油缸拉紧f l t t 缸拉紧油缸 图2 6 辅助系统液压原理 2 2l t u s 9 0 沥青摊铺机电气控制系统分析 2 2 1 行走系统电控分析 行走电气控制原理图部分见图2 7 所示。y 3 为液压马达输出轴制动解除电磁阀( 带续 流二极管和发光二极管指示) ，左、右两侧马达的制动共用y 3 阀，h 5 为制动指示灯，h 6 故障报警指示灯，k l o 为制动解除继电器( 2 2 0 - 6 4 0 m a ) 。 行驶控制电子调节器9 b 的工作电压由继电器如通过熔断器k 6 ( 8 a ) 提供，电源电压为 1 0 长安大学硕上学位论文 j 中l n i l 量 坐 研 n 。西 卺毒孑 _魁 d u 基 啪一- j j确 l垂，黼。国。，甬， 烈而 a l 一 1 7 - i 鼍 _ i 4 冒皇一事i t l ， l 。 2 匡当 珏 一一 自 l ；苣圣巨 ! 增l _ ：_ 工些 2c胥 e i 善| 。 “。僖幅 高_ 一n _ ； 碰 一 耐n l m r 慷i i 卜f 喇t f 叶h n 。 1 一心铲种1 f 剁”p ：7 t 主n 黠 e 舸 暑囊i e 秦, l li 鼍釉雌后l 叫 i + 一 i 日 。 妻 ”f 缸ff强 nn *强蔓3 阳 l上j k 黼譬 丑 1上 j l警鲁 圣逛遥 迁 黾芝 l f f f 岛”日 s 一 苴矗互量曩 鲥 袒 喜罢要 抛辛。涟 磷强 。羟 羽，o 一 k ! ll1 二| 】d i 一 耻 2 t l i f 了n 1 c咖c z n n 川1 燃 t 啊 疆 l i i fl 上i i h x l l 一 t主考i i t 一 iij a t , 图2 7 行走电气控制电路图 + 2 4 v d c 。该系统有自动和手动两套速度控制系统，能实现机器的前进、后退、转向及 速度的调节。 b t 5 和b t 6 为摊铺机左、右驱动轮转速传感器，用于测量行驶速度，以实现摊铺机 在作业工况下速度恒定及直线行驶。r l 为行驶速度预置调节电位器，r 2 为手柄调速调节 电位器，r 3 为转向调节电位器，为振捣调节电位器，r 5 为振动调节电位器，s 6 为快慢 控制开关，s 8 为原地转向控制开关，s 9 为前进后退控制开关。y 4 、y 7 用于控制振动、 振捣液压马达的电磁阀，用于控制左、右两侧液压马达的电磁阀y 5 、y 6 ( 串联电路，每 个电磁阀工作电压为+ 1 2 v d c ) ，通电时机器处于高速行驶，即液压马达在最小排量下工 作( 高速、小扭矩工况) ，用于机器非作业工况( 如转移场地等) ：断电时为低速工况，即 液压马达在最大排量下工作，为低速、大扭矩工况，用于机器摊铺作业工况1 7 1 。 2 2 2 找平系统电气控制分析 图2 8 是找平电控电路图。找平系统具有手动自动两种工作模式，由主操作面板上 的选择开关选择。当s 1 6 选择开关处于“0 ”时，则找平系统被断开( 继电器k 1 5 不能接通) ， 找平控制器仅有指示效果。当s 1 6 开关置于“手动”挡时，继电器k 1 5 直接导通。当s 1 6 开关 置于“自动”档时，找平系统受控的电磁阀与摊铺机的行驶状态联锁，摊铺机行走时，找 平电磁阀通电并受控于找平控制器，摊铺机停止时，则找平电磁阀处于断电被封锁状态。 电磁阀y 1 9 控制左找平升，电磁阀y 2 0 控制左找平降，电磁阀y 2 1 控制右找平降，电磁阀 第二章沥青摊铺机电液控制系统分析 y 2 2 控制右找平升。 k 2 4 、k 3 0 、k a l 、k 3 2 、k 3 3 五个开关和y 1 6 电磁阀控制大臂的卸载。熨平板的伸缩通 过电磁阀y 1 4 、y 1 5 通断控制液压油缸动作实现，位于主控制台上的s 1 3 开关和s 1 4 控制。 熨平板的浮动和防沉陷主要是通过y i o 、y i l 并1 y 1 2 、y 1 3 两组电磁阀的通断控制液压油缸 工作完成1 1 7 】 i s 】。 料斗门开闭电路由熔断器f 9 ( 8 a ) 、控制缸电磁阀y 1 7 和y s 及三位开关$ 1 5 组成。 啪誓叠 1 m 如 l 。i 唾mr 州mf if 1 im m掌 气 l 。“- 础 - 雹 宣- t - , a i m 劂 。划 - j 。一 制 髑o j 阱b ， ， 蒋：时 柱 1 仟 l， 们i “喙 l登 ；暮- 聿扣 j 。_ j 。什 h t l lt 一 十蓦 i 明 l i g暑 i 量 l重 l 型t _ 一 i鼍鲁i警i ， i 。| 一 is ；l 譬置； 1 i 厂 暑j_ 一静_ 。l fj 憎 埘 憎 m”m 忻n i !i l 旺 旺j 枉j 枉灌瀣 枉 枉j 枉 】 ： 副 - f 一卜 一 孵 - 一 f 1 图找平电气控制电路图 2 2 3 输料系统电气控制分析 图输料电气控制电路图。物料控制系统分为手动和自动两种模式。手动供料时， 通过和控制开关接通供料系统相应电磁阀 、 电磁阀的电路，液压马达便驱 动刮板输料器供料。当采取自动供料方式时，供料电磁阀受控于电路中的超声波传感器， 通过传感器信号控制比例电磁阀的电流，改变电比例泵的排量进行无级调速。 左刮板输送器速度不变，电路由熔断器 ( ，左右刮板输送器共用一个熔断器) 、 继电器、左输送电磁阀、自控开关、三位开关s 2 l ( 自动、中位停止、强制输 料) 等组成。右输料系统与左输料系统完全相刚1 9 】【2 0 】。 1 2 长安大学硕上学位论文 姗+ | 盯一 _ 暑一 l i n t丝舶【i i吣】- mi m 【i - 咖柏 e 口“删 口_ 恻l 币m ol胆 l师 l e正 口hli n m z l ，l 棚 蝴泖丑黧 心b 篷 斧 “1 d m 吼u 删 丑订鐾 雹 芷山 题坚 缸幅曩 曩l 叫。盆乳i n ni 巧吓曩。矗 吲 口 一 舯i l1 1 i 圈打_嗽 - 坫 删 1 1 舯!产掣 日l 瞄一 咖l l 瑾押 狂；啡 工瑚 盥 学 a曩明 笋t 丑骗 扩：嚣 珏，l |咖 n 删口，l 一 l n 呐n t 癯 n h x l u m , l b 铆 i 仂t 】i 枷 i 们 t j i 们晴 蝴 n 巨一 n 们 丑5 尚 l 啪 m 一 卫nn 1 吾 b 1 i - 蛐盈晌 _ ， b 一 k 墨m 丑，吼刖蜘 ，l n k 日i 1 云 豇们 。蜊 嚣i ! 抽 皿 滞 n 席 赫1 乒罐 z l 们v 壕 d 蚺 髓 氍一 鼻 牛l 图2 9 输料电气控制电路图 2 3 本章小结 1 电液控制系统作为摊铺机智能控制系统的一个重要的组成部分，包括了行走系 统、输料系统、振动系统、振捣系统和辅助系统等几大系统，而摊铺机所有执行机构的 动作均由这几大系统来完成。 2 传统沥青摊铺机电液控制系统，是按照模块化设计原则进行的，各功能是独立的， 无法完成整机协调动作。只有c a n 总线技术，才能实现多功能摊铺机的协调动作。常 林股份t l u s 9 0 沥青摊铺机电气控制系统采用c a n 总线接口的控制模块组成集散通讯 控制结构，所有的信息都经过主模块来发送和接收。 长安大学硕士学位论文 第三章沥青摊铺机单机智能控制系统研究方案 3 1 智能系统结构 所谓“智能化”，其实就是要求工程机械像人一样有自己的听觉、视觉、嗅觉和触觉， 能够根据获得的信息有“意识”地进行计算和推理，能够自动地工作、学习，并且能有“记 忆”地进行信息的存储、处理和筛选。智能化工程机械不需要操作人员的参与，通过安 装各种复杂的传感器来获取环境的信息，具有自我感知、自主决策、自动控制的功能。 如图3 1 所示的智能化系统主要由可采集环境信息的传感装置、可对传感器采集信息数 据进行分析判断的知识库以及对工作装置进行自动控制的控制器组成【2 l j 。 图3 1 智能系统框架 智能系统工作过程：首先利用传感器装置对作业对象及作业环境进行检测，然后对 工作量进行估算。将数据输入计算机，利用知识库对数据进行分析处理，制定施工作业 计划。根据作业计划由计算机向各个作业装置发出指令，进行实际操作。如果在作业现 场装备了智能化摊铺机，又没有外部干扰，环境同预期状况相同时，仅通过以上系统就 能完成主要的作业任务。但是施工现场往往情况复杂，很难使智能化工程机械的作业程 序符合作业要求，所以当智能化工程机械开始作业后，利用各种传感器对作业进程进行 监控，并与作业计划进行比较，当实际作业与计划有偏差时，可根据采集的数据及时对 作业计划进行修改，提出建议。 智能化的主要内容包括：作业对象的自动识别、工作装置的自适应控制等。 ( 1 ) 作业对象的自动识别通常采用超声波传感器、激光扫描、图像分析等方法。超 声波传感器是利用超声波在空气中的传送时间，实时算出料位的高度，通过换能器转换 成电流信号，再进行放大，输出p w m 信号来控制电磁阀【2 2 】。超声波传感器和激光扫描 识别方法的测量原理类似。由于激光的方向性强，衰减小，所以比超声波测距装置的精 第三章沥青摊铺机单机智能控制系统研究方案 度高，但是激光易受粉尘的影响产生反干扰，所以激光测距器在有粉尘的场合，容易产 生测量误差，可通过标定的方法排除干扰。图像识别方法使用时，传感器可在短时间内 获得大范围的信息数据，并能根据要求进行识别分析处n t 2 3 1 。 ( 2 ) 工程机械的自适应技术目的是为了使智能化工程机械总是处于最佳的作业状 态，具有随时根据外部环境变化调整作业进程的功能。目前，常用的导航方法有电磁诱 导线和光学反射线两种方法，导航信号的处理采用推测航法。电磁诱导线法是沿着摊铺 机移动的路线，在地下埋设电磁诱导线，诱导线通电时可形成磁场。当机械通过时，安 装在机械上的磁场检测器对磁场信号进行检测追踪，并利用机载回转仪和螺旋式编码器 对机械的位置进行修正，控制机械的行驶路线。光学反射线法主要用于地下工程，在隧 道的顶部安装光学反射线发射装置，用摄像机拍摄光线，再采用图像处理的方法确定机 械的位置，控制机械方向及车速。通常在重要地点的光学反射线发射装置旁设置条码标 志，使机械对需要转弯、减速、停车的地点加以识别。推测航线法是采用回转仪确定机 械的进行角度，通过编码器计算机械的移动距离和位置的方法。视觉传感器的方法是采 用两台摄像机构成复式眼。用高性能的图像处理装置实现图像的瞬间处理，确定与对象 之间距离及对象物的性质，控制机械的行驶轨迹和作业。 3 2 沥青摊铺机智能控制技术待征 目前，沥青摊铺机产品已经广泛地使用了电子控制技术，但是随着国内经济的快速 发展，随着工程施工技术的不断发展完善，用户对沥青摊铺机也提出了更高的要求，市 场需要全电子控制和智能化电子控制的沥青摊铺机。如果将现有的沥青摊铺机所使用的 技术归类：电子控制可视为一代电子技术( 1 g ) ，那么全电子技术就可成为二代电子技 术( 2 g ) ，智能控制则为三代( 3 g ) 2 4 1 。 目前，摊铺机的智能控制技术特征主要体现在三个方面： ( 1 ) 摊铺机单机集成化操作与智能控制技术。机电液一体化控制技术、负荷传感全 功率控制技术、可编程控制与无人操作技术等。随着自动控制、机器人以及网络通信技 术在摊铺机领域的不断应用，采用定向导航和位置诱导原理，依靠无线有限通信、自身 机械操作和自身监测信息反馈处理系统，通过计算机控制和自行判断，无人操纵的摊铺 机在国外已经研制出，但是我国还处于较低的技术水平，要形成产业化还有很远的路要 走【8 1 。 ( 2 ) 摊铺机的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护技术。主要是指对摊铺 机进行在线的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护，实现摊铺机的监控与故障 1 6 长安大学硕十学位论文 诊断智能化，在这方面的发展方向主要体现在智能化的电子监控系统、多传感器融合技 术和故障预测、诊断与维护技术等方面；传感器是电子监控与故障诊断技术应用的关键 部件。工程机械施工过程中，在诊断系统中会设置多种类型的传感器，用来探测摊铺机 部件由于磨损、疲劳、断裂、弹性或塑性变形而在振动、温度、压力、流量等物理现象 上的不同反应【l 。 ( 3 ) 基于网络的智能管理技术：为了达到管理的智能化，摊铺机的一些控制器上带 有g p s 模块和无线通信模块。g p s 模块负责随时获取本机的地理位置，无线通信模块则 可以将g p s 信息和车辆信息定时向管理中心发送。此外，在施工现场还会设置p c 基站， p c 基站由p c 机提供数据设置点。这个数据的来源是一个开放式的数据库，即公路设计 部门、道路施工部门、监理部门现场人员都可以在自己特定数据接口上输入数据。当然 这也是一个多元化的数据库，设计部门可以将设计的路面参数如厚度、坡度、宽度等