建筑機械自動化的關(guān)鍵技術(shù)研究和發(fā)展

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和多學(xué)科多領(lǐng)域技術(shù)之間的相互融合和滲透，極大促進(jìn)了建筑機械向自動化方向變革與發(fā)展的進(jìn)程。本文從通過兩個建筑機械自動化發(fā)展的典型事例以點帶面的說明了建筑機械自動化發(fā)展的現(xiàn)狀，以及應(yīng)具備的關(guān)鍵技術(shù)，并對建筑機械自動化發(fā)展方向做了簡要的論述。

【關(guān)鍵詞】建筑機械；自動化；關(guān)鍵技術(shù)

1、建筑機械自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑機械自動化的研究和開發(fā)開端與上世紀(jì)五六十年代，八十年代后期建筑機械自動化的開發(fā)和應(yīng)用步伐加快。當(dāng)前來說，在建筑機械領(lǐng)域采用自動化技術(shù)的裝備主要有：在攤鋪機上使用的保證縱向和橫線找平的自動調(diào)平裝置，以及混合料自動供料裝置和攤鋪層厚度控制與自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；自動化在推土機上的先進(jìn)應(yīng)用主要是電子檢測控制系統(tǒng)PIC，它可以實現(xiàn)推土機的自動監(jiān)控；在液壓挖掘機上最新的載荷檢測、故障診斷、自動怠速以及工作方式電控功能等，都是自動化系統(tǒng)和理念在建筑機械中應(yīng)用的典范。以下以自動化在壓實機和推土機、挖掘機應(yīng)用情況為典型，簡要說明建筑機械自動化應(yīng)用的現(xiàn)狀。

1.1自動化壓路機

壓路機是水庫大壩的混凝土澆筑施工中所用的主要設(shè)備，當(dāng)前其自動化技術(shù)方面已經(jīng)引入了檢測裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、遠(yuǎn)程通訊裝置和中央控制系統(tǒng)等功能模塊，可以實現(xiàn)作業(yè)過程中以預(yù)設(shè)的地面基準(zhǔn)點為依據(jù)，采用光波距離測算儀和機載自動跟蹤儀進(jìn)行工作位置的測定，然后將測得的位置數(shù)據(jù)通過通訊模塊傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)可將設(shè)備位置信號轉(zhuǎn)換為設(shè)備控制指令，以無線通訊的形式調(diào)整和校準(zhǔn)設(shè)備，從而精準(zhǔn)的完成一系列大規(guī)模的壓實作業(yè)。

1.2推土機、挖掘機作業(yè)的自動化

推土機、挖掘機等建筑土方施工機械的自動化改造會很大程度上提升施工質(zhì)量和效率土。最早在推土機的鏟刀和挖掘機的鏟斗上使用的自動化控制裝置是1976年研制成功的以開關(guān)系統(tǒng)為基準(zhǔn)的反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由投光器、感光器和控制系統(tǒng)構(gòu)成，由于裝置本身存在的速度響應(yīng)問題，最終未能投入實際應(yīng)用；但隨后由日本學(xué)者北郁夫研究開發(fā)的KOMATSU Laser leveling sustem實現(xiàn)了在推入機作業(yè)中車速為5Km/h時，施工平整度誤差保持在3cm以內(nèi)，因此獲得了良好的效果。此外液壓挖掘機的激光自動掘削系統(tǒng)也是自動化技術(shù)在建筑機械領(lǐng)域應(yīng)用的一個典范，它由日本菊池雄一等人與1992年研制成功，其控制系統(tǒng)圖如圖1所示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上由自動直線加工系統(tǒng)和激光系統(tǒng)兩部分組成，其中的激光感光器可以測出作業(yè)面的位置，激光系統(tǒng)可以檢測出設(shè)備的車體高度，然后將測得的綜合信息傳輸給自動掘削系統(tǒng)，系統(tǒng)將該信息和各傳感器信號通過綜合分析形成為對各電磁比例閥的控制指令，最終實現(xiàn)對各油缸的控制。該系統(tǒng)大大提高了作業(yè)精度和施工能力。

2、建筑機械自動化控制的關(guān)鍵技術(shù)

在施工過程中，建筑機械的大多都在地形復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境惡劣的作業(yè)面實施土、石方作業(yè)，要實現(xiàn)建筑機械的自動化，首先要在以下這些關(guān)鍵技術(shù)上有所探索和突破。

2.1機身位置識別技術(shù)

建筑機械位置識別技術(shù)是指機械設(shè)備具備自動辨識自身所處位置的能力，目前主要采用的方式有內(nèi)部位置識別方式和外部位置識別方式，內(nèi)部位置識別方式運用速度傳感器和回轉(zhuǎn)式角傳感器相互配合，來檢測機械行駛的路徑數(shù)據(jù)，然后將測得數(shù)據(jù)反饋到計算機中心后根據(jù)運動和方位的變化，獲得設(shè)備所處位置數(shù)據(jù)；而外部識別方式主要是采依賴于在施工現(xiàn)場預(yù)先設(shè)定的幾個位置基準(zhǔn)點，通過超聲波或電磁波來確定機械設(shè)備所處位置的方法。

2.2位置誘導(dǎo)機能

位置誘導(dǎo)機能是機械設(shè)備在實施作業(yè)過程中按照預(yù)先設(shè)定好的作業(yè)路徑進(jìn)行作業(yè)，并以機身位置識別系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)為依據(jù)，適時的校準(zhǔn)或消除與預(yù)先設(shè)定作業(yè)路徑誤差的閉環(huán)控制技術(shù)，建筑機械在作業(yè)過程中，如果偏離了既定的路徑，機械設(shè)備啟動自動復(fù)位功能可以最大限度的恢復(fù)到既定路徑，該系統(tǒng)可以保證設(shè)備在位置、速度、方向上均能夠?qū)崟r的矯正和恢復(fù)。

2.3作業(yè)對象識別與評價技術(shù)

識別和評價作業(yè)對象是建筑機械實現(xiàn)自動化最重要的一個基礎(chǔ)功能，沒有這個系統(tǒng)的支持將無從談起機械的作業(yè)方式的判斷與決策，該技術(shù)一般以平面超聲波信號感知器為核心器件，可以使機械設(shè)備具備實時反饋施工對象的位置、形狀、大小及姿態(tài)等信息，認(rèn)識和評價施工對象的能力。比如安裝在液壓挖掘機鏟斗上超聲傳感器可以識別比如土方、沙石、巖塊的形狀，從而為后續(xù)的作業(yè)方式選擇提供前提和信息。

2.4安全保障機能

建筑施工一般會動用大量各種類型的施工設(shè)備，同時施工場地又有大量的建筑用材和作業(yè)器具等障礙物，給建筑設(shè)備的施工運行帶來一定的困難，為了確保運行中的多臺設(shè)備之間互不干涉，并協(xié)調(diào)高效運行就必須引入一套集識別、報警、停止作業(yè)、安全域確定的誘導(dǎo)控制機能。

2.5機群協(xié)作控制技術(shù)

在眾多建筑機械設(shè)備聯(lián)合作業(yè)現(xiàn)場，要實現(xiàn)自動化，就必須有一套能將各個作業(yè)設(shè)備包括運輸車輛的位置、運行軌跡、工作狀態(tài)實時監(jiān)測，并及時反饋到中央控制室，由中央控制室通過計算制定出最優(yōu)化分配形式，然后形成作業(yè)指令傳輸給各個設(shè)備或運輸車輛，機械設(shè)備或運輸車輛接收到作業(yè)指令按照指令進(jìn)行作業(yè)的全方位、全過程的控制體統(tǒng)。

3、結(jié)束語

近年來，世界各國在建筑機械自動化方面開展了大量的科研工作，取得了一些喜人的成果，隨著計算機與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，必將推動建筑機械向更加運行高效、操作便捷的高度自動化方向發(fā)展。

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