攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究

王瑛

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州　貴陽　550008）

攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究

王瑛

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽550008）

在道路施工中，路面的平整度主要取決于攤鋪機(jī)的自動(dòng)找平系統(tǒng)，而自動(dòng)找平控制器又是攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式以及工作原理對(duì)于攤鋪機(jī)的控制系統(tǒng)的執(zhí)行起著決定性的作用。對(duì)攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了簡要的探析，并淺析了其在相關(guān)工程中的應(yīng)用。

攤鋪機(jī)；自動(dòng)找平；控制系統(tǒng)；研究

0　引言

道路建設(shè)行業(yè)中較多地運(yùn)用了攤鋪機(jī)，而攤鋪機(jī)的自動(dòng)找平系統(tǒng)對(duì)于攤鋪機(jī)性能的發(fā)揮起著決定性的作用，因而要不斷增強(qiáng)攤鋪機(jī)的功能，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷地優(yōu)化，確保攤鋪機(jī)能夠充分發(fā)揮其功能，最終提高攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)運(yùn)行的效率以及效益。

1　攤鋪機(jī)及其自動(dòng)找平控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢［1-3］

目前對(duì)于攤鋪機(jī)的主要研究方向是逐漸趨向大型化、小型化、系列化；多功能、高性能；智能化、機(jī)電液一體化方向發(fā)展。

1.1大型化、系列化

如今，攤鋪機(jī)的攤鋪寬度已達(dá)15 m，而攤鋪的厚度最大則為40 cm，與現(xiàn)階段多車道以及各種等級(jí)較高的高速公路對(duì)于路面攤鋪的要求都相一致。在攤鋪機(jī)系列中，寬度小于3.5 m的攤鋪機(jī)機(jī)型則為小型機(jī)，小型機(jī)的基本寬度不超過2.5 m，攤鋪的寬度則在1.5～3.5 m。而小型攤鋪機(jī)具有靈活方便等特點(diǎn)，并且在一些諸如林蔭道以及人行行道的特殊攤鋪工程中應(yīng)用較多，因此，小型機(jī)也是攤鋪機(jī)未來的發(fā)展方向之一。

1.2高性能化、多功能化

攤鋪機(jī)不但往大型化、系列化發(fā)展，積極開發(fā)其綜合功能也是未來一個(gè)重要發(fā)展方向，例如戴納派克公司生產(chǎn)的F141C多功能攤鋪機(jī)，則兼具了編寫程序以及進(jìn)行精確的曲線攤鋪的功能。可以單獨(dú)地對(duì)料斗的兩翼板進(jìn)行控制，并快速對(duì)螺旋的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3智能化、機(jī)電液一體化

攤鋪機(jī)中普遍應(yīng)用到了機(jī)電液一體化的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)，并且攤鋪機(jī)的電液控制系統(tǒng)還能夠有效體現(xiàn)出攤鋪機(jī)系統(tǒng)的先進(jìn)性以及選擇的元件的先進(jìn)性。而攤鋪機(jī)控制技術(shù)的智能化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）自動(dòng)顯示攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的狀態(tài)；（2）自動(dòng)對(duì)供料系統(tǒng)的料位進(jìn)行控制；（3）對(duì)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)實(shí)行恒速控制；（4）對(duì)攤鋪機(jī)的自動(dòng)找平進(jìn)行控制；（5）對(duì)攤鋪工況實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)存在的故障進(jìn)行診斷。

2　攤鋪機(jī)自動(dòng)找平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1找平系統(tǒng)設(shè)計(jì)

攤鋪機(jī)中的自動(dòng)找平系統(tǒng)最基本的作用就是能夠有效確保攤鋪路面的平整，使其與相關(guān)的規(guī)定一致。因此，為了有效控制好熨平板的升降精準(zhǔn)度，使用的控制系統(tǒng)務(wù)必為閉環(huán)控制，并經(jīng)由反饋對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確性進(jìn)行控制?，F(xiàn)階段的攤鋪機(jī)中，自動(dòng)找平系統(tǒng)內(nèi)部的液壓系統(tǒng)控制左右工作油缸主要是通過兩個(gè)電磁換向閥而實(shí)現(xiàn)的，使得分布于油缸的上下兩個(gè)腔的油路實(shí)現(xiàn)通斷。系統(tǒng)供油時(shí)是利用定量泵來完成的，對(duì)系統(tǒng)的流量進(jìn)行控制時(shí)，需要利用節(jié)流閥來控制，為了避免油缸發(fā)生滑移，可以使用液壓鎖將液壓系統(tǒng)鎖住。左右兩個(gè)功能相同的找平液壓系統(tǒng)以電控方式對(duì)工作油缸供油，通過控制左右兩個(gè)電磁閥的工作狀態(tài)就可以獨(dú)立的調(diào)節(jié)兩個(gè)工作油缸的升降，從而達(dá)到對(duì)攤鋪層高度的精確把握。液壓系統(tǒng)主要包括：（1）電機(jī)：采用型號(hào)Y100L1-4型和YS-W7124型兩臺(tái)電機(jī)。電機(jī)都采用三角形接法，額定電壓都為380 V，額定電流1.6 A和額定電流5.0 A。

（2）齒輪泵：兩臺(tái)齒輪泵型號(hào)為CB-E310。工作壓力為16 MPa，排量為10 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為2 000 rpm。

（3）溢流閥：采用型號(hào)為YF-L20H2的溢流閥，其公稱壓力31.5 MPa、額定流量40 L/min、調(diào)壓范圍0.6～0.8 MPa。

（4）液壓缸：找平臂、牽引臂都采用雙缸工作。液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，由電機(jī)帶動(dòng)齒輪泵，分別對(duì)兩路進(jìn)行供油。其中一路經(jīng)電液比例閥對(duì)找平臂液壓缸供油，另一路經(jīng)電液比例閥對(duì)牽引臂液壓缸供油。

（5）電液轉(zhuǎn)換部分：主要由電液比例閥、放大器組成。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為若干個(gè)模塊，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、濾波、自動(dòng)保存、PID算法，界面顯示等功能。這樣在系統(tǒng)軟件的調(diào)試過程中，各個(gè)模塊的獨(dú)立調(diào)試有助于問題的發(fā)現(xiàn)和解決。在一定程度上減少了程序錯(cuò)誤的發(fā)生，同時(shí)也節(jié)約了程序的調(diào)試時(shí)間。

軟件設(shè)計(jì)按如下的步驟進(jìn)行：首先，對(duì)問題進(jìn)行分析，確定需要解決的問題的相關(guān)要求。其次，確定算法。根據(jù)問題的要求和指令系統(tǒng)的特點(diǎn)，決定系統(tǒng)程序算法；算法是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，它決定了程序的正確性和程序的質(zhì)量。再次，制定程序框圖。根據(jù)所選擇的算法，制定出運(yùn)算的步驟和順序，把運(yùn)算過程劃成程序的流程圖。然后，根據(jù)程序的流程圖，編寫源程序。最后，程序調(diào)試。對(duì)于那些沒有自開發(fā)的功能的系統(tǒng)，需要通過采集的數(shù)據(jù)和程序來完成軌跡仿真，并以單步、斷點(diǎn)、連續(xù)方式試運(yùn)行程序。

2.3攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用

2.3.1工程案例

廈蓉高速貴州境織金至納雍第十四合同段路線起訖樁號(hào)K66+060～K100+520，全線長34.411 131 km，路基寬度24.5 m，設(shè)計(jì)速度按80 km/h雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建。

主線為4 cm厚細(xì)粒式改性瀝青瑪蹄脂碎石（SMA-13）+6 cm厚中粒式瀝青混凝土（AC-20）+ 8 cm厚粗粒式瀝青混凝土（AC-25）+稀漿下封層+ 40 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm厚級(jí)配碎石底基層，總厚度78 cm。

2.3.2級(jí)配碎石底基層攤鋪

級(jí)配碎石底基層的施工采用攤鋪機(jī)攤鋪，根據(jù)試驗(yàn)路段確定松鋪系數(shù)。底基層根據(jù)規(guī)范要求及設(shè)計(jì)厚度，攤鋪機(jī)攤鋪混合料時(shí)，其松鋪系數(shù)約為1.25～1.35。檢查松鋪材料層的厚度是否符合預(yù)計(jì)要求，必要時(shí)進(jìn)行減料和補(bǔ)料工作，在整形后，當(dāng)混合料的含水量等于或大于最佳含水量時(shí)，立即用振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2遍，直線和不設(shè)超高的平曲線段，由內(nèi)兩側(cè)路肩開始向路中心進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)，后輪應(yīng)重疊1/2輪寬；后輪必須超過兩段的接縫處。

2.3.3水泥穩(wěn)定碎石攤鋪

攤鋪過程中應(yīng)按設(shè)計(jì)的路拱不斷調(diào)整攤鋪機(jī)熨平板，使攤鋪出的混合料具有規(guī)定的路拱橫坡，在攤鋪機(jī)后應(yīng)派人專門消除攤鋪過后粗細(xì)集料離析的現(xiàn)象，對(duì)局部粗細(xì)集料堆積的“窩”應(yīng)進(jìn)行鏟除后用新混合料填補(bǔ)。攤鋪時(shí)混合料的含水量應(yīng)高于最佳含水量0.5%～1.0%，以補(bǔ)償攤鋪及碾壓過程中的水份損失；攤鋪機(jī)在施工中以均勻的速度行駛，保證混和料均勻、不間斷的攤鋪，對(duì)外形不規(guī)則、路面厚度不同、空間受限制以及人工構(gòu)造物接頭等攤鋪機(jī)無法工作的地方，可采用人工攤鋪。第一層攤鋪結(jié)束并報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，將先攤鋪的第一層表面拉毛后再繼續(xù)攤鋪第二層。

2.3.4瀝青混合料的攤鋪

瀝青混合料的攤鋪采用攤鋪機(jī)兩臺(tái)攤鋪機(jī)成梯隊(duì)聯(lián)合作業(yè)，半幅一次鋪筑成型的施工方法。該設(shè)備兩側(cè)安裝有可調(diào)活動(dòng)的平行滑車，能按照規(guī)定的典型斷面和圖紙所示的厚度在車道寬度內(nèi)攤鋪。攤鋪機(jī)具有一套夯板和可調(diào)整振幅的整平板的組合裝置，夯板與震動(dòng)整平板的頻率，可隨傳感通過外面的平行滑車參考線探出縱坡和整平板的橫坡，能自動(dòng)發(fā)出信號(hào)來操縱整平板，使攤鋪機(jī)能鋪筑出理想的縱橫坡度。兩臺(tái)攤鋪機(jī)成梯隊(duì)攤鋪時(shí)，使縱向接縫重疊3～5 cm，前一臺(tái)靠近中央分隔帶先行，后一臺(tái)攤鋪機(jī)在縱向接縫附近采用滑靴調(diào)平，結(jié)合自動(dòng)橫坡控制儀，控制橫向坡度，前后兩臺(tái)攤鋪機(jī)相距15～20 m。

（1）瀝青面層施工分三層施工，在鋪筑下面層前應(yīng)認(rèn)真清潔下封層的表面。瀝青面層施工應(yīng)連續(xù)，防止中下面層受污染。攤鋪上層前應(yīng)清潔下層澆灑粘層瀝青后再鋪筑。

（2）混合料必須采用機(jī)械攤鋪機(jī)，在攤鋪前應(yīng)檢查確認(rèn)下層的質(zhì)量，質(zhì)量不合格時(shí)，不得進(jìn)行鋪筑作業(yè)。

（3）進(jìn)行作業(yè)的攤鋪機(jī)必須具有自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)節(jié)厚度及找平的裝置，必須具有振動(dòng)熨平板或振動(dòng)夯實(shí)等初步壓實(shí)裝置，攤鋪幅面宜全幅型。

（4）攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)調(diào)整到與供料、壓實(shí)速度平衡，保證連續(xù)不斷的均衡的攤鋪，中間不致停頓等候。對(duì)外形不規(guī)則、空間受限制以及與人工構(gòu)造物接頭等攤鋪機(jī)無法工作的地方，可采用人工攤鋪。

（5）普通瀝青混凝土運(yùn)至現(xiàn)場溫度應(yīng)不低于145℃，正常攤鋪溫度不低于135℃，低溫?cái)備仠囟炔坏陀?50℃。SMA瀝青混合料攤鋪溫度宜大于160℃，低于是140℃溫度的混合料禁止使用，混合料攤鋪溫度在卡車卸料到攤鋪機(jī)上時(shí)測量。當(dāng)路表溫度低于15℃時(shí)，不宜攤鋪SMA瀝青混合料。

（6）SMA瀝青混合料的壓實(shí)系數(shù)要比普通的瀝青混凝土小得多，松鋪系數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)來確定，約為1.15。攤鋪過程中應(yīng)隨時(shí)檢查攤鋪厚度及路供、橫坡，達(dá)不到要求時(shí)，立即進(jìn)行調(diào)整。

（7）已經(jīng)離析或結(jié)成不能壓碎的硬殼、團(tuán)塊或運(yùn)料車輛卸料時(shí)留于車上混和料，以及低于或高于規(guī)定鋪筑溫度或被雨水淋濕的混和料都必須廢除。運(yùn)至鋪筑現(xiàn)場的混和料，應(yīng)在當(dāng)天或當(dāng)班完成壓實(shí)，否則現(xiàn)場多余的混和料予以廢除。

（8）瀝青混凝土的攤鋪分為三層攤鋪，瀝青混凝土下面層采用拉線走鋼絲施工，確保路面高程和平整度，中面層和上面層采用激光平衡梁施工保證路面平整度。

3　結(jié)　語

攤鋪機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能都十分的特殊，為了進(jìn)一步增強(qiáng)攤鋪機(jī)的功能，務(wù)必要了解影響控制系統(tǒng)功能發(fā)揮的因素，還要做好不同區(qū)域的控制工作，制定系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，確保攤鋪機(jī)功能的正常發(fā)揮。

［1］郭光生.瀝青攤鋪機(jī)找平系統(tǒng)研究 ［J］.價(jià)值工程，2015，34（33）: 109-110.

［2］任志亮.淺談攤鋪機(jī)自動(dòng)找平應(yīng)用 ［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（34）:87-88.

［3］楊庚.新型行走控制系統(tǒng)在瀝青攤鋪機(jī)上的應(yīng)用［J］.建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2015（7）:95-98.

U415.52+1

B

1009-7716（2016）07-0252-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.075

2016-03-11

王瑛（1987-），男，貴州貴陽人，助理工程師，從事項(xiàng)目機(jī)料管理工作。