淺析攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

許宏健

摘要：控制系統(tǒng)的進(jìn)步與發(fā)展是工程機(jī)械產(chǎn)品科技含量和技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，是行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。隨著傳感器的小型化和多樣化，以及微處理器的應(yīng)用，尤其是信息技術(shù)的采用，工程機(jī)械控制系統(tǒng)已從原來(lái)的為減輕駕駛員操作強(qiáng)度的單一角色，逐漸轉(zhuǎn)變成集各種角色于一身的控制中心。在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的節(jié)能、降噪、減振，提高舒適性、環(huán)保性、安全性能，以及故障的自診斷功能和數(shù)據(jù)通訊等方面起著重要的作用。攤鋪機(jī)是工程機(jī)械產(chǎn)品中功能較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各功能間的協(xié)同作業(yè)要求比較高的機(jī)種，因此，對(duì)控制系統(tǒng)有較大的依賴性，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在攤鋪機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中占據(jù)突出的地位。本文主要分析探討了攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展情況，以供參閱。

關(guān)鍵詞：攤鋪機(jī);控制系統(tǒng);技術(shù);發(fā)展

引言

現(xiàn)代交通對(duì)路面質(zhì)量提出了更高要求，隨著嶄新的鋪路設(shè)備與鋪路材料的出現(xiàn)，攤鋪機(jī)作為一種重要的工程機(jī)械，也面臨著緊迫的技術(shù)革新。攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)攤鋪機(jī)的核心，控制系統(tǒng)的性能直接決定了攤鋪機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)存在很大局限性，例如同時(shí)輸入多種信號(hào)的能力不足、多點(diǎn)控制能力較低以及缺乏擴(kuò)展性，在遠(yuǎn)程控制以及智能化的診斷故障等方面都存在較多不足。研究新型的攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)是當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題。

1國(guó)內(nèi)外攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)對(duì)比

攤鋪機(jī)操作質(zhì)量的影響因素主要有：攤鋪速度是否恒定、是否連續(xù)輸送物料、有效控制物料和路況的干擾等，針對(duì)這些影響因素，經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和開(kāi)發(fā)，我國(guó)攤鋪機(jī)技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新水平。我國(guó)的攤鋪機(jī)雖然已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)多年發(fā)展和創(chuàng)新，但是與國(guó)外攤鋪機(jī)相比較，國(guó)內(nèi)品牌和國(guó)外品牌的攤鋪機(jī)之間仍然存在著巨大的技術(shù)差距，這些差別主要有：一是在攤鋪機(jī)的自動(dòng)控制技術(shù)上存在很大差距;二是攤鋪機(jī)控制技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)展緩慢，與國(guó)外攤鋪機(jī)新產(chǎn)品不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新不同，我國(guó)的攤鋪機(jī)生產(chǎn)技術(shù)更新相對(duì)緩慢，新產(chǎn)品研發(fā)周期較長(zhǎng)，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)于攤鋪機(jī)的技術(shù)要求;三是我國(guó)的攤鋪機(jī)的無(wú)故障間隔時(shí)間較短，設(shè)備的可靠性相對(duì)較差，導(dǎo)致這種缺陷的原因在于調(diào)試和使用的時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)國(guó)內(nèi)攤鋪機(jī)生產(chǎn)規(guī)模小，缺乏必要而先進(jìn)的加工設(shè)備，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)變的控制和把關(guān)審核不嚴(yán)格。伴隨著攤鋪機(jī)技術(shù)的不斷更新，攤鋪機(jī)將沿著智能化的趨勢(shì)發(fā)展，攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)將得到進(jìn)一步發(fā)展。智能控制振動(dòng)將促使壓實(shí)度更加符合要求，同時(shí)還能提高縱向均勻度，根據(jù)鋪裝材料和鋪層厚度要求不同，基于振動(dòng)距離原理，通過(guò)合理控制振動(dòng)頻率和攤鋪速度，實(shí)現(xiàn)在任何情況下都能保證合理控制攤鋪速度的變化，進(jìn)而保證路面的壓實(shí)均勻，確保每一次操作攤鋪機(jī)都可以精確的與振動(dòng)距離相互對(duì)應(yīng)，從而保證了攤鋪機(jī)的均勻壓實(shí)度。同時(shí)在周期操作環(huán)節(jié)中，由于受到熨燙板壓比和材料的承載能力的影響，可能會(huì)出現(xiàn)平壓痕、沉降以及爬行等不良現(xiàn)象，影響了路面的整體平整度，根據(jù)浮動(dòng)攤鋪原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)熨平板高度的合理控制，增加縱向平滑操作和循環(huán)連續(xù)操作。

2攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)的功能

提高所攤鋪道路的密實(shí)度和平整度，以及提高作業(yè)過(guò)程中的自動(dòng)化程度和智能化水平，是各攤鋪機(jī)生產(chǎn)企業(yè)一直追求的目標(biāo)。與攤鋪機(jī)運(yùn)動(dòng)和作業(yè)相關(guān)的功能主要包括行駛速度、轉(zhuǎn)向、混合料輸送、分料、路面熨平與壓實(shí)等方面，以及用于實(shí)現(xiàn)攤鋪過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)平、故障診斷和信息傳遞等內(nèi)容。攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)要完成的功能主要包括：

2.1行走控制

隨著公路建設(shè)的發(fā)展攤鋪機(jī)的行走控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能得到有效改善，行走控制系統(tǒng)是攤鋪機(jī)電氣控制系統(tǒng)的一項(xiàng)重要組成部分，行走控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣好壞對(duì)攤鋪機(jī)的運(yùn)行效率有著直接的影響，進(jìn)而影響到工程質(zhì)量，攤鋪機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)雙泵雙馬達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這套系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、液壓泵、液壓馬達(dá)、軌道等部分組成，促進(jìn)攤鋪機(jī)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退以及左右轉(zhuǎn)向等動(dòng)作控制。攤鋪機(jī)行走控制系統(tǒng)具備以下各項(xiàng)功能：一是可以根據(jù)施工環(huán)境的需要，適當(dāng)選擇和變換鋪設(shè)方式或驅(qū)動(dòng)模式;二是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向功能，可以按照電位器或轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)的狀態(tài)對(duì)攤鋪機(jī)的驅(qū)動(dòng)方向進(jìn)行控制和設(shè)定;三是具備恒速控制功能，可以按照設(shè)定速度實(shí)現(xiàn)攤鋪機(jī)的恒速運(yùn)行;四是可以與其他機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.2輸料與分料自動(dòng)控制

攤鋪機(jī)的主要功能之一就是自動(dòng)控制好輸料的分配，攤鋪機(jī)要保證能按照提前設(shè)定好的速度對(duì)物料進(jìn)行分配，同時(shí)物料的排布要盡量做到均勻。

2.3自動(dòng)調(diào)平

攤鋪機(jī)的自動(dòng)調(diào)平功能與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)系十分緊密，攤鋪機(jī)的自動(dòng)調(diào)平功能依靠的是數(shù)字控制器。自動(dòng)調(diào)平功能的發(fā)揮極大提升了系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度，并有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性能。

2.4輔助功能

攤鋪機(jī)的輔助功能包含如下幾方面：人機(jī)信息共享與交流、攤鋪機(jī)的自動(dòng)診斷故障、對(duì)于振動(dòng)頻率進(jìn)行控制，此外當(dāng)操作人員和攤鋪機(jī)相隔一定距離時(shí)可以進(jìn)行遙控作業(yè)。

3攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1平整度的控制

對(duì)平整度的控制主要通過(guò)采用調(diào)平儀或平衡梁來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前使用最多的是接觸式調(diào)平儀（2個(gè)縱波調(diào)平儀+1個(gè)橫波調(diào)平儀）或平衡梁。其工作原理為：當(dāng)攤鋪機(jī)在攤鋪過(guò)程中，（橫）縱坡傳感器感應(yīng)路面的高低起伏，同步輸出一個(gè)與路面起伏程度成正比的電壓信號(hào)，這個(gè)信號(hào)與一個(gè)設(shè)定的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行差分放大，識(shí)別出路面是升高了還是降低了，在相應(yīng)的升或降端口輸出一個(gè)與路面起伏程度成正比的電壓信號(hào)，與一個(gè)三角波進(jìn)行比較生成一個(gè)脈沖信號(hào)，其脈寬與輸入電壓成正比，控制電磁閥的吸合。接觸式調(diào)平儀是模擬式調(diào)平儀，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也沒(méi)有掉線保護(hù)，當(dāng)調(diào)平儀的擺臂從拉線處脫落時(shí)，攤鋪機(jī)攤鋪的物料很容易出現(xiàn)波浪，影響攤鋪的平整度質(zhì)量。20世紀(jì)90年代末，國(guó)外出現(xiàn)的數(shù)字式調(diào)平儀和超聲波調(diào)平儀，可以濾掉誤差值，能很好地解決因外界干擾而導(dǎo)致的平整度問(wèn)題。而若使用超聲波平衡梁，則可使平整精度由±2.5mm/3mm提高到±1.0mm/3mm。因超聲波受溫度影響較大，所以超聲波調(diào)平儀都有溫度補(bǔ)償?，F(xiàn)今溫度補(bǔ)償?shù)慕鉀Q辦法有兩種，一種是MOBA公司的增加一個(gè)超聲波等距測(cè)量;另一種是TSD公司生產(chǎn)的帶有溫度補(bǔ)償環(huán)的超聲波調(diào)平儀。目前激光掃描平衡梁正在試制，它能掃描攤鋪機(jī)前后70m的距離，這會(huì)使攤鋪機(jī)連續(xù)攤鋪路面的能力得到極大程度的提高。

3.2恒速攤鋪控制技術(shù)

攤鋪時(shí)維持一個(gè)恒定的速度依靠的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)行走泵排量的控制。具體操作時(shí)，在兩個(gè)行走泵的驅(qū)動(dòng)作用下，左右兩側(cè)負(fù)責(zé)行進(jìn)的馬達(dá)得以運(yùn)轉(zhuǎn)，行走馬達(dá)繼而驅(qū)動(dòng)輪胎或是履帶，使之帶動(dòng)攤鋪機(jī)前進(jìn)。一旦外界負(fù)載出現(xiàn)變動(dòng)導(dǎo)致履帶行進(jìn)速度與既定的速度值出現(xiàn)偏差，則行走馬達(dá)中安裝的速度傳感器會(huì)感應(yīng)到速度的偏差，并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳導(dǎo)至控制器中，從而使控制器將速度調(diào)整到既定值，速度調(diào)節(jié)完后可以將調(diào)節(jié)結(jié)果輸出為電信號(hào)，這種輸出信號(hào)可以影響變量泵的排量，最終維持?jǐn)備仚C(jī)的恒定速度。此外，為了保證攤鋪機(jī)啟動(dòng)后加速至既定速度時(shí)較為平穩(wěn)且很快達(dá)到目標(biāo)速度，可以對(duì)行走器和電位器進(jìn)行標(biāo)定，除了平穩(wěn)而較快的加速外，還可以在攤鋪機(jī)停止工作時(shí)減小由于慣性而多行進(jìn)的距離。

3.3物料供給控制技術(shù)

攤鋪機(jī)的物料供給控制由左、右刮料板的控制和左、右螺旋輸送器的無(wú)級(jí)變速控制兩部分組成，通過(guò)由料位傳感器和液壓系統(tǒng)組成的電液閉環(huán)控制回路實(shí)現(xiàn)。刮料板的料位傳感器有兩種：一種為開(kāi)關(guān)量式傳感器，另一種為無(wú)級(jí)式傳感器;螺旋輸送器的料位傳感器為無(wú)級(jí)式傳感器。現(xiàn)在，隨著超聲波技術(shù)的應(yīng)用，刮板與螺旋供料均采用超聲波傳感器。超聲波傳感器是利用超聲波在空氣中的傳送時(shí)間，實(shí)時(shí)算出料位的高度，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，再進(jìn)行放大，輸出-）3信號(hào)來(lái)控制電磁閥。其最大的好處是傳感器與物料不接觸，免污染，使用壽命長(zhǎng)，控制范圍寬，靈敏度高，精度高，可以很好地解決物料的離析問(wèn)題，而且該傳感器可以安裝在攤鋪機(jī)熨平板的任何位置上。

4攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展前景

隨著對(duì)攤鋪機(jī)的研究不斷深入以及相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，攤鋪機(jī)的控制系統(tǒng)將更加智能化。例如，智能化手段控制振動(dòng)可以優(yōu)化壓實(shí)度，使之更加滿足要求。攤鋪機(jī)的縱向均勻度也會(huì)增強(qiáng)。智能控制振動(dòng)的理論基礎(chǔ)是振動(dòng)距離原理，將振動(dòng)頻率和攤鋪機(jī)的作業(yè)速度控制在合理范圍內(nèi)從而確保攤鋪速度可以實(shí)時(shí)被控制，使路面能被壓實(shí)且壓的更加均勻。此外，智能機(jī)器人在未來(lái)工業(yè)機(jī)械領(lǐng)域也必將被重視，未來(lái)攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)可以通過(guò)植入藍(lán)牙技術(shù)和通信技術(shù)的方式，將行走控制系統(tǒng)、輸料與分料系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等諸多子系統(tǒng)集合在一起，并能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程通信。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)的研究具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，攤鋪機(jī)能否靈活調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)方向、能否連續(xù)供應(yīng)物料以及能否以恒定功率、恒定速度進(jìn)行攤鋪等諸多因素共同決定了攤鋪機(jī)的性能與作業(yè)質(zhì)量。未來(lái)攤鋪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)必將涵蓋更多領(lǐng)域，在提高攤鋪路面的平整度與緊實(shí)性的基礎(chǔ)上，具備更豐富的功能，使攤鋪機(jī)更加智能、更加可靠。