履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

黎培杰

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

履帶式攤鋪機(jī)主要是用于實(shí)施道路鋪攤作業(yè)的施工設(shè)備，其能夠?qū)⑻崆鞍柚坪玫幕旌狭细鶕?jù)設(shè)計(jì)中的平整度、厚度以及寬度進(jìn)行密實(shí)攤鋪?，F(xiàn)階段隨著道路質(zhì)量要求和相應(yīng)施工標(biāo)準(zhǔn)的提升，對(duì)攤鋪機(jī)的行駛控制質(zhì)量也有著更高的需求。當(dāng)前履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)方面還存在一些運(yùn)行問題，包括低速行駛時(shí)不穩(wěn)定、直線行駛易跑偏以及難以在突變的大負(fù)載下保持持續(xù)的穩(wěn)定。針對(duì)這種由于不穩(wěn)定速度導(dǎo)致攤鋪道路材料均勻性及平整性較差的問題，需要對(duì)履帶式攤鋪機(jī)設(shè)計(jì)較為穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，確保其高效的解決作業(yè)問題。

1 履帶式攤鋪機(jī)行駛系統(tǒng)控制存在的問題

1.1 低速直線行駛?cè)菀着芷?/h3>

在瀝青混凝土結(jié)構(gòu)道路上，履帶式攤鋪機(jī)的作業(yè)形式通常是邊走邊進(jìn)行作業(yè)。攤鋪機(jī)在行駛過程中，需要將攪拌好的混合料按照設(shè)定形狀，均勻的鋪在路基上，并且對(duì)鋪過的混合料進(jìn)行壓實(shí)。所以在道路作業(yè)中，攤鋪機(jī)的直線行駛性能對(duì)作業(yè)道路質(zhì)量通?？梢援a(chǎn)生決定性的影響。而攤鋪機(jī)在自身作業(yè)過程中屬于大負(fù)載機(jī)械，其作業(yè)過程中的工作重心會(huì)隨著自身重量和受力的不同，來處于一種隨時(shí)變化的狀態(tài)，這就會(huì)導(dǎo)致攤鋪機(jī)在直線作業(yè)行駛過程中容易出現(xiàn)跑偏的問題。

1.2 低速行駛時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定

履帶式攤鋪機(jī)行駛系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向功能，主要是通過左右兩側(cè)履帶，提供不同的速度來實(shí)現(xiàn)。但是攤鋪機(jī)作業(yè)過程中，一些負(fù)載阻力和料車阻力都比較大，所以在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)都會(huì)保持一種低速作業(yè)[1-2]。低速情況下要想實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)向，就必須要履帶式攤鋪機(jī)左右履帶控制系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密配合和機(jī)械性能的高度配合。然而當(dāng)前很多攤鋪機(jī)都普遍采用的是液壓控制系統(tǒng)，這種液壓控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的同時(shí)，其還存在一些問題。因?yàn)閿備仚C(jī)的作業(yè)條件通常是對(duì)控制性能要求非常高的重載以及高壓環(huán)境。所以很多履帶式攤鋪機(jī)都存在轉(zhuǎn)向笨重和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，對(duì)攤鋪機(jī)的作業(yè)效率產(chǎn)生了較大影響。

2 履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)重要作用

2.1 大負(fù)載下的穩(wěn)定的液壓系統(tǒng)壓力

履帶式攤鋪機(jī)的液壓行駛控制系統(tǒng)，是整個(gè)攤鋪機(jī)必不可或缺的一部分。首先，液壓行駛控制系統(tǒng)能夠起到穩(wěn)定大負(fù)載下攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)壓力的作用。攤鋪機(jī)的主要工作原理就是保持?jǐn)備仚C(jī)整體勻速行駛，所以即便是在大負(fù)載情況下，需要對(duì)液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行有效的控制[3]。履帶式攤鋪機(jī)由于內(nèi)部應(yīng)用的是履帶式運(yùn)動(dòng)方式，往往在作業(yè)過程中內(nèi)部會(huì)受到不規(guī)律的外部阻力和負(fù)載影響，這些對(duì)實(shí)際機(jī)械運(yùn)行效率會(huì)造成較大影響，所以在大負(fù)載情況下對(duì)攤鋪機(jī)的液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行穩(wěn)定設(shè)計(jì)有著積極意義。

2.2 控制履帶式攤鋪機(jī)的轉(zhuǎn)向問題

履帶式攤鋪機(jī)的行駛控制系統(tǒng)可以對(duì)攤鋪機(jī)當(dāng)前作業(yè)是否有著跑偏狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。由于履帶式攤鋪機(jī)有著一定的阻力影響，主要包括外部因素和自身設(shè)備內(nèi)部的阻力。

外部因素?zé)o法從根本上進(jìn)行消除，需要采取一些緩解的方法，例如規(guī)范料車卸料過程，避免在倒車、制動(dòng)、卸料等過程對(duì)機(jī)器產(chǎn)生額外的阻力。還有需要人工清理履帶行駛前方料車漏下的物料，避免其中一個(gè)履帶因?yàn)橐邕^漏料而產(chǎn)生兩個(gè)履帶行駛的路程差異。

設(shè)備阻力，主要是以機(jī)器內(nèi)部的液壓工作系統(tǒng)因?yàn)樾枰€(wěn)定的分配功率，以及可能產(chǎn)生的機(jī)器故障產(chǎn)生的內(nèi)部阻力。可以通過行駛控制系統(tǒng)檢測(cè)來找到解決方法，控制器對(duì)阻力值情況進(jìn)行一致反映，如果阻力值偏高，就證明攤鋪機(jī)內(nèi)部有阻力較大的設(shè)備在工作，就可以采取一些低阻力和高精度設(shè)備組裝的方式進(jìn)行解決。

2.3 從作業(yè)狀態(tài)上分析瀝青原材料的鋪平壓實(shí)

履帶式攤鋪機(jī)在瀝青原材料鋪平壓實(shí)過程中，如果行駛控制系統(tǒng)在應(yīng)用中檢測(cè)到攤鋪機(jī)不勻速或者是方向上出現(xiàn)了跑偏的狀態(tài)，這和阻力問題以及瀝青原材料壓實(shí)狀態(tài)不滿足安全標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)[4]。所以在履帶式攤鋪機(jī)施工過程中，需要保證瀝青原材料的壓實(shí)程度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。履帶式攤鋪機(jī)和原材料的接觸面積比較大，通過行駛控制系統(tǒng)上可以對(duì)路面的壓實(shí)狀態(tài)進(jìn)行很好感知，在作業(yè)過程中對(duì)一些行駛問題能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且找到準(zhǔn)確位置。

2.4 履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)解決作業(yè)問題

履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)在作業(yè)問題解決上，主要需要做好以下幾個(gè)步驟。首先履帶式攤鋪機(jī)和一些信息化設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)來控制攤鋪機(jī)，然后再下達(dá)相關(guān)的指令。其次在檢測(cè)內(nèi)部設(shè)備完好并且符合安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將運(yùn)料車的材料倒入到料斗中，然后再進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。在作業(yè)過程中計(jì)算機(jī)需要注意保持同步跟蹤，如果有著路面原材料壓實(shí)不均勻情況出現(xiàn)，應(yīng)該及時(shí)停止整個(gè)作業(yè)過程，并且進(jìn)行材料的補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)高相應(yīng)的閉環(huán)的控制系統(tǒng)是施工質(zhì)量的重要保證，如圖1所示。

圖1 履帶式攤鋪就行駛控制系統(tǒng)

3 提高履帶式攤鋪機(jī)行駛系統(tǒng)控制穩(wěn)定性的策略

3.1 建立穩(wěn)定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

攤鋪機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定性的產(chǎn)生，主要是由于左右履帶在行駛過程中不能高度配合，或者是液壓系統(tǒng)本身被外部環(huán)境所影響。因此可以采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)相結(jié)合的原理，在履帶式攤鋪機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)連接中采用一種CAN總線控制的方法，讓各個(gè)系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)資源共享，讓主操作面板、輸料控制器、系統(tǒng)連線以及其他可選部件緊密配合，提高系統(tǒng)工作效率。這張控制方法條理清晰并且簡(jiǎn)單直觀，可以很好地將左右履帶行駛控制系統(tǒng)連接起來，確保其能夠在同一時(shí)間接收到轉(zhuǎn)向命令，針對(duì)液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)所帶來的可變性和不穩(wěn)定性能夠及時(shí)進(jìn)行避免，從內(nèi)在控制方面減少了轉(zhuǎn)向的不穩(wěn)定系數(shù)。并且轉(zhuǎn)向控制過程中的及時(shí)穩(wěn)定，還能夠避免機(jī)械多余磨損情況的出現(xiàn)，這種機(jī)械的完整性是保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)條件。

3.2 保證履帶式攤鋪機(jī)恒速運(yùn)行

履帶式攤鋪機(jī)行駛過程中的跑偏問題解決，主要就是解決攤鋪機(jī)行駛過程中左右履帶行駛距離的問題。并且由于攤鋪機(jī)作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜，很多時(shí)候作業(yè)道路都是一些尚沒有修好的路面。所以在直線行駛條件下，一些作業(yè)履帶的行駛距離也不盡相同，往往并不具備可觀測(cè)線和規(guī)律性，無法進(jìn)行預(yù)先處理。針對(duì)在這種問題可以采用反饋式閉環(huán)控制系統(tǒng)，將攤鋪機(jī)左右側(cè)里程計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)第一時(shí)間在攤鋪機(jī)反饋控制系統(tǒng)中得到顯示[5]?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，來發(fā)出合適的命令控制左右履帶行駛控制系統(tǒng)，對(duì)攤鋪機(jī)的行駛方向和行駛距離都作出精準(zhǔn)控制，達(dá)到攤鋪機(jī)保持直線行駛的目的。

另外履帶式攤鋪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，還需要從減小大負(fù)載對(duì)履帶式攤鋪機(jī)行駛系統(tǒng)造成的影響入手，將其干擾降到最低，利用一些大排量的馬達(dá)、精準(zhǔn)度比較高的元器件以及增大馬達(dá)減速箱的機(jī)械效率，或者是增加輪邊減速比等，這些都是減少大負(fù)載干擾的行之有效措施。這些方法主要是從機(jī)械效率層面來實(shí)施，一定程度上會(huì)增加運(yùn)行成本。所以也可以在恒速運(yùn)行方法上，通過攤鋪機(jī)的大量運(yùn)行實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)數(shù)據(jù)，通過模糊算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)合數(shù)據(jù)將攤鋪機(jī)的負(fù)載特性轉(zhuǎn)化為彈簧模型，在對(duì)彈簧模型的具體參數(shù)做出有效控制以后，就可以利用PID控制器來進(jìn)行閉環(huán)控制，這種方法也可以保證履帶式攤鋪機(jī)即便是在大負(fù)載情況下，也能保持自身的恒定運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上，履帶式攤鋪機(jī)會(huì)經(jīng)常性的出現(xiàn)大負(fù)荷下速度狀態(tài)不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定甚至是轉(zhuǎn)向跑偏的問題。需要履帶式攤鋪機(jī)行駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上建立穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并且對(duì)履帶式攤鋪機(jī)的受力情況和跑偏問題進(jìn)行分析解決，采取一些保證履帶式攤鋪機(jī)恒速運(yùn)行的方法，對(duì)攤鋪機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展有著積極意義。