遙控式溝槽振動壓路機結構及其技術控制方案

陸忠英

摘要：介紹了遙控式溝槽振動壓路機的基本結構形式、適用場合及其性能特點；基于遙控實現方案，闡述了兩種類型油門驅動器對發動機油門大小的控制方式；針對溝槽振動壓路機自身功能需求，依次分析了液壓行走系統、液壓振動系統、液壓轉向系統的遙控控制方案，可編程控制器不僅向各個運動機構發出電信號指令，同時還對機器運行狀態進行反饋式實時監測與報警。研究內容為國內制造和推廣遙控式溝槽振動壓路機提供了理論依據與參考。

關鍵詞：遙控；溝槽；振動壓路機；控制方案

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

Abstract： The basic structural form， application scope and performance characteristics of remote-controlled groove vibratory roller were introduced. Based on remote control implementation scheme， the control pattern of engine throttle involving two kinds of drives was expounded. Aimed at groove vibratory rollers functional requirements， the remote control scheme for hydraulic walking system， vibration system and steering system were analyzed. Programmable logic controller can not only send electrical signals to various motion mechanisms， but also detect the operation state and raise the fault alarm in real time. The research provides theoretical basis and reference for the manufacturing and popularization of remote-controlled groove vibratory roller.

Key words： remote control； groove； vibratory roller； control scheme

0 引 言

遙控式溝槽振動壓路機打破了常規自行式和手扶式控制方式，通過操作遙控器實現壓路機前進、后退、轉向等一系列動作指令，具有操作簡便、遠離振動、省時省力的優勢。隨著電子與液壓控制技術的發展，國內近幾年開始引進并制造此類型壓實機械，山東濟寧路德威工程機械有限公司是國內首家制造遙控式溝槽振動壓路機的廠家。

遙控式溝槽振動壓路機是壓實場合需要和技術發展的產物，本文闡述遙控式溝槽壓路機的主要結構形式，并針對其行走系統、振動系統、轉向系統的關鍵控制技術進行技術方案介紹與分析。

1 遙控式溝槽振動壓路機

遙控式溝槽振動壓路機主要用于對建筑地基、溝槽等人工不便于操作的場地進行壓實，工作場所允許活動范圍有限，要求壓實機械的整機尺寸小，機器機動性好，便于靈活施工，所以溝槽壓路機的噸位不能過大。目前市場上噸位主要集中在1.5～2 t之間，例如維克諾森RT82-SC型為1.56 t[1]，寶馬格BMP9500型為1.585 t，路德威RWYL202型為1.53 t，這三款遙控式溝槽壓路機均為鉸接式轉向機構，如圖1所示。前后車架以鉸接架為連接紐帶，以“折腰”方式進行轉彎，此形式的轉彎半徑和轉彎通道寬度達到最小化，具有最佳的機動性能[2]；前后鉸接對稱式機構使得前后鋼輪的靜線壓力更易于相等匹配，激振機構位于鋼輪內部，振動輪為整機振動源，車架支撐在鋼輪中間，鋼輪寬度大于車架外側板，鋼輪邊緣可直接貼邊壓實，不留死角且不碰撞機體。

鉸接式溝槽振動壓路機體積小，但動力總成、行走、振動、轉向等液壓系統均布置在內，因而制造成本相對較高。國內廠家在吸收國外經驗的基礎上，通過對手扶式振動壓路機進行改進，制造出了遙控式壓路機，此種機型車架為整體式，通過前輪擺動進行轉向，振動機構在車架體內部，車架體與其下兩鋼輪之間是剛性連接，與其上的支撐體彈性連接，彈性體上布置動力總成、液壓元件等部件，車架體和兩鋼輪作為整體參與振動（圖2）。

遙控式溝槽壓路機主要適用于壓實地基、道路和停車場的挖掘物與底基層，尤其是對溝槽、建筑地基底部等空間比較狹小的場合壓實效果較好，這主要是因為其所壓實材料以粘性軟土土壤為主，振動輪普遍帶有凸塊壓實結構。無線遙控使得壓路機振幅和振動頻率適當增大，以提高效率和質量。操縱人員在溝槽外（遠離惡劣施工環境的條件下）完成對壓路機所有功能的操作控制，安全系數較高，整機工作狀態參數實時檢測，反饋到遙控器上的報警燈或顯示屏，解放施工人員的同時，壓實效果也有質的飛躍。

2 遙控技術方案

2.1 整體控制方案

遙控器以紅外線或無線電的形式向接收機發出控制信號，接收機接收到信號后將其傳遞給控制器，控制器處理信號后向各個執行元件發出指令，進而控制各個執行元件的動作。針對振動壓路機的性能特點，溝槽式振動壓路機需要遙控實現以下功能：發動機啟動、熄火以及油門大小控制；壓路機前進、后退以及行走速度大小控制；壓路機振動輪起振、停振控制；壓路機左、右轉向控制；實時檢測柴油機水溫、機油壓力、燃油量等附屬功能。

功能控制如圖3所示，接收機與控制器之間通過CAN總線連接，控制器可編程，根據執行機構所需要的指令編寫相應的語言程序并輸入到控制器中，控制器生產廠家所用程序語言均有所差別，主要包括梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊圖語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結構化文本語言（ST）等。控制器可控制發動機啟動電機通電，進而控制發動機啟動，同時還控制著發動機電子輸油泵的通電與斷電。當發動機啟動時，電子輸油泵得電給發動機供給燃油；當需要發動機熄火時，手動按下遙控器熄火按鈕，信號經處理后發出電子輸油泵斷電指令，燃油系統中斷后發動機熄火。實時監測的發動機水溫和機油壓力通過對應傳感器反饋信號從而實現報警，發動機啟動與熄火是最基本的遙控要求，其他控制發動機轉速、行走、振動、轉向等功能均需要配置額外電氣液壓元件并進行組合而實現。endprint

2.2 發動機油門控制

控制發動機油門大小即控制發動機的轉速，使之達到功率與燃油消耗最佳組合的工作狀態。目前市場上大多數發動機油門的大小是通過直接或間接推動發動機機體上的油門拉板來實現的，少數全電控發動機采用電子油門控制。針對油門拉板的結構形式，主要有兩種類型的電動油門驅動器，一種是輸出轉軸旋轉式，一種是直線往復伸縮式。油門拉板一端固定在發動機機體上，拉動另一端使之繞定軸轉動，拉板的運動軌跡是圓弧。旋轉式油門驅動器輸出的是轉軸角度的變化，垂直于轉軸固定有撥動板，撥動板與油門拉板同相位連接，輸出的轉動角度即是油門拉桿擺動角度，該驅動器對油門控制精確度較高，需要根據油門拉板的實際位置確定撥動板和驅動器固定位置，布置完成后根據油門拉板的行程對轉軸輸出角度進行調整，以防止油門行程調節過大或過小。圖4所示是一種自帶程序調節控制的旋轉式油門驅動器，電腦可對其輸出旋轉角度和旋轉角速度進行調整，以匹配與其相連的發動機。此種類型的油門驅動器對安裝和調試要求較高，優點是安裝完成后對發動機油門的控制精度較高，機械結構不易出現故障，后期調整只需要對驅動器進行程序調節輸出角度即可。

工程機械中手動控制油門機構是推拉軟軸裝置，依靠油門拉板的自動回位力減小油門，軟軸末端直接連接在拉板上，在直線方向上拉動油門拉板，直線往復式油門驅動器正是基于此方式而產生，如圖5所示。油門驅動器輸出的是軟軸拉索，通電（斷電）時驅動器輸出桿直線運動拉動（釋放）拉索，拉索尾端的U型件與發動機油門拉板相連，完成對油門大小的控制。這種帶有軟軸拉索的油門驅動器需要根據發動機油門拉板的行程選擇伸縮行程，其布置方式較為靈活，驅動器可在遠離發動機的合適位置放置，此類型驅動器直線控制油門拉板并且伸縮速度不受控制，控制油門精度相對程序可調的旋轉式驅動器較粗糙，但是其成本較低，由于工程機械對油門靈敏度要求不高，因此深受主機廠家青睞。

2.3 液壓行走系統控制

隨著液壓傳動技術的發展和液壓元件可靠性的不斷提升，壓路機的傳動系統越來越多地采用液壓傳動技術。與傳統機械傳動相比較，液壓傳動系統具有可實現無級調速、易于實現正反轉、系統傳動平穩、便于空間布置等優勢[3]。壓路機液壓行走系統普遍采用的是變量泵與定量馬達組合的方式，變量泵依靠流量控制手柄調節液壓油的輸出流量，液壓油可正向或反向輸出，進而控制著行走馬達正轉或反轉，馬達驅動鋼輪轉動實現整機行走的前進或后退。控制壓路機行走速度的關鍵是對變量泵的流量實現控制，遙控技術最終是要用電信號控制執行機構，因此電控排量的變量泵成為遙控機械的首選。

圖6是一款電控變量泵，由主泵體和電控模塊組成，電控模塊取代了流量控制手柄，內部電動機構可調節泵的輸出流量，接插件與控制器之間線束連接，變量泵未通電時內置斜盤自動復位到豎直中位狀態，此時無流量輸出，當通電時斜盤傾斜輸出液壓油，馬達在油液的驅動下開始工作。遙控器上的前進和后退控制信號在控制器的處理下控制著斜盤兩個方向的傾斜，和汽車換向方式一樣，必須在停車的情況下進行前進或后退的轉換。行駛速度可以是多擋位有級設置，反映在遙控器是多擋按鈕；也可以是無級調速，反應在遙控器上是調速搖桿。針對不同速度需要編寫對應程序輸入控制器可實現各種調速功能。

2.4 液壓振動系統控制

壓路機振動系統多采用開式液壓系統，不管是單頻率振動還是多頻率振動，普遍采用電磁閥控制油路實現起振和停振，操縱平臺上的振動開關對電磁閥通電或斷電進行控制，圖7是振動系統簡化液壓原理。電磁閥得電時電磁鐵吸力克服閥芯彈簧力，油液P口進B口出，油液經振動馬達驅動鋼輪振動；電磁閥斷電時電磁鐵失去吸力，在彈簧力作用下閥芯回位，此時油液P口進A口出，直接回到液壓油箱，振動輪停止振動。振動電信號控制是實現遙控的最佳途徑，而控制器所能實現的正是對電信號的控制，所以振動系統的遙控相對容易實現，控制器直接控制電磁閥通電或斷電即可。

2.5 液壓轉向系統控制

轉向器是轉向盤式壓路機轉向系統必備液壓元件之一，轉向盤帶動轉向器左右旋轉，液壓油輸出方向發生變化，轉向油缸伸長或縮短，壓路機向左或向右轉。遙控壓路機沒有轉向盤機構，因此轉向器的旋轉控制難以實現。轉向器引導液壓油通向轉向油缸大腔或小腔，轉向停止時液壓油返回液壓油箱，轉向即時停止，大腔和小腔供油是實現油液換向，此功能可等同三位四通電磁閥，電信號驅動機構均可通過控制器進行控制。圖8是三位四通電磁閥控制轉向油缸的液壓原理。

圖8中，控制轉向油缸運動的是M型三位四通換向閥，且具有正反兩組電磁鐵，兩路線束獨立控制，控制轉向油缸的兩個運動方向：電磁閥不通電時，閥芯處于中位狀態，液壓油P口進T口出，直接回到液壓油箱，此時油缸不運動；當控制左位電路通電時，液壓油P口進A口出，此時轉向油缸處于收縮狀態；當控制右位電路通電時，液壓油P口進B口出，此時轉向油缸處于伸長狀態。經分析可知，三位四通電磁閥可完全控制油缸兩個方向的運動，遙控轉向方案可采用上述原理，遙控器上的左右轉向按鈕分別操縱控制器對兩個電磁鐵的通電或斷電，不通電時油路及時切斷，保證轉向正常進行。

3 結 語

（1） 遙控式溝槽振動壓路機改善了施工人員的工作環境，提高了壓實效率和壓實質量，其良好的機動性能是壓實溝槽、建筑地基底部等受空間限制場地較理想的壓實機械。

（2） 遙控技術以紅外線或無線電的方式發出功能指令，信號經可編程控制器處理后均是向執行機構提供電信號，因此實現遙控的關鍵是根據功能需要選擇合適的電控執行元件。

（3） 直線往復伸縮式油門驅動器空間布置靈活、調試簡單容易且成本較低，可完全滿足壓實機械的工作需要。

（4） 壓路機行走速度的控制主要是對變量泵的排量實現控制，電控變量泵的排量變化比例均勻且易于電控，無級調速平穩，是實現遙控操縱的首選液壓元件；液壓振動系統和液壓轉向系統均可通過電磁閥實現鋼輪振動和整機轉向的控制，遙控技術方案得以實現。

參考文獻：

[1] 王 方. 威克RT82-SC溝槽振動壓路機[J].工程機械與維修，2004（12）：130-131.

[2] 姜右良.壓路機最小轉彎半徑和通道寬度的計算[J].建筑機械化，2012（1）：73-75.

[3] 尹繼瑤.壓路機設計與應用[M].北京：機械工業出版社，2000.

[責任編輯：王玉玲]endprint