淺析攤鋪機控制系統技術的發展

許宏健

摘要：控制系統的進步與發展是工程機械產品科技含量和技術水平的重要標志之一，是行業發展的風向標。隨著傳感器的小型化和多樣化，以及微處理器的應用，尤其是信息技術的采用，工程機械控制系統已從原來的為減輕駕駛員操作強度的單一角色，逐漸轉變成集各種角色于一身的控制中心。在實現產品的節能、降噪、減振，提高舒適性、環保性、安全性能，以及故障的自診斷功能和數據通訊等方面起著重要的作用。攤鋪機是工程機械產品中功能較多，結構比較復雜，各功能間的協同作業要求比較高的機種，因此，對控制系統有較大的依賴性，控制系統的設計在攤鋪機產品開發中占據突出的地位。本文主要分析探討了攤鋪機控制系統技術的發展情況，以供參閱。

關鍵詞：攤鋪機;控制系統;技術;發展

引言

現代交通對路面質量提出了更高要求，隨著嶄新的鋪路設備與鋪路材料的出現，攤鋪機作為一種重要的工程機械，也面臨著緊迫的技術革新。攤鋪機控制系統是整個攤鋪機的核心，控制系統的性能直接決定了攤鋪機的作業質量。傳統的攤鋪機控制系統存在很大局限性，例如同時輸入多種信號的能力不足、多點控制能力較低以及缺乏擴展性，在遠程控制以及智能化的診斷故障等方面都存在較多不足。研究新型的攤鋪機控制系統技術是當下亟待解決的問題。

1國內外攤鋪機控制系統技術對比

攤鋪機操作質量的影響因素主要有：攤鋪速度是否恒定、是否連續輸送物料、有效控制物料和路況的干擾等，針對這些影響因素，經過相關技術的發展和開發，我國攤鋪機技術發展到一個新水平。我國的攤鋪機雖然已經經歷過多年發展和創新，但是與國外攤鋪機相比較，國內品牌和國外品牌的攤鋪機之間仍然存在著巨大的技術差距，這些差別主要有：一是在攤鋪機的自動控制技術上存在很大差距;二是攤鋪機控制技術的創新進展緩慢，與國外攤鋪機新產品不斷實現創新不同，我國的攤鋪機生產技術更新相對緩慢，新產品研發周期較長，無法滿足市場對于攤鋪機的技術要求;三是我國的攤鋪機的無故障間隔時間較短，設備的可靠性相對較差，導致這種缺陷的原因在于調試和使用的時間較長，同時國內攤鋪機生產規模小，缺乏必要而先進的加工設備，對各項技術質變的控制和把關審核不嚴格。伴隨著攤鋪機技術的不斷更新，攤鋪機將沿著智能化的趨勢發展，攤鋪機控制系統技術將得到進一步發展。智能控制振動將促使壓實度更加符合要求，同時還能提高縱向均勻度，根據鋪裝材料和鋪層厚度要求不同，基于振動距離原理，通過合理控制振動頻率和攤鋪速度，實現在任何情況下都能保證合理控制攤鋪速度的變化，進而保證路面的壓實均勻，確保每一次操作攤鋪機都可以精確的與振動距離相互對應，從而保證了攤鋪機的均勻壓實度。同時在周期操作環節中，由于受到熨燙板壓比和材料的承載能力的影響，可能會出現平壓痕、沉降以及爬行等不良現象，影響了路面的整體平整度，根據浮動攤鋪原理，實現對熨平板高度的合理控制，增加縱向平滑操作和循環連續操作。

2攤鋪機控制系統的功能

提高所攤鋪道路的密實度和平整度，以及提高作業過程中的自動化程度和智能化水平，是各攤鋪機生產企業一直追求的目標。與攤鋪機運動和作業相關的功能主要包括行駛速度、轉向、混合料輸送、分料、路面熨平與壓實等方面，以及用于實現攤鋪過程的狀態監控、自動調平、故障診斷和信息傳遞等內容。攤鋪機控制系統要完成的功能主要包括：

2.1行走控制

隨著公路建設的發展攤鋪機的行走控制系統的各項性能得到有效改善，行走控制系統是攤鋪機電氣控制系統的一項重要組成部分，行走控制系統性能的優劣好壞對攤鋪機的運行效率有著直接的影響，進而影響到工程質量，攤鋪機驅動通過雙泵雙馬達系統實現，這套系統主要由發動機、變速箱、液壓泵、液壓馬達、軌道等部分組成，促進攤鋪機實現前進、后退以及左右轉向等動作控制。攤鋪機行走控制系統具備以下各項功能：一是可以根據施工環境的需要，適當選擇和變換鋪設方式或驅動模式;二是實現平穩的轉向功能，可以按照電位器或轉向開關的狀態對攤鋪機的驅動方向進行控制和設定;三是具備恒速控制功能，可以按照設定速度實現攤鋪機的恒速運行;四是可以與其他機械設備實現數據共享。

2.2輸料與分料自動控制

攤鋪機的主要功能之一就是自動控制好輸料的分配，攤鋪機要保證能按照提前設定好的速度對物料進行分配，同時物料的排布要盡量做到均勻。

2.3自動調平

攤鋪機的自動調平功能與微電子技術和計算機網絡技術的聯系十分緊密，攤鋪機的自動調平功能依靠的是數字控制器。自動調平功能的發揮極大提升了系統的控制準確度，并有效增強了系統的整體性能。

2.4輔助功能

攤鋪機的輔助功能包含如下幾方面：人機信息共享與交流、攤鋪機的自動診斷故障、對于振動頻率進行控制，此外當操作人員和攤鋪機相隔一定距離時可以進行遙控作業。

3攤鋪機控制系統的關鍵技術

3.1平整度的控制

對平整度的控制主要通過采用調平儀或平衡梁來實現，目前使用最多的是接觸式調平儀（2個縱波調平儀+1個橫波調平儀）或平衡梁。其工作原理為：當攤鋪機在攤鋪過程中，（橫）縱坡傳感器感應路面的高低起伏，同步輸出一個與路面起伏程度成正比的電壓信號，這個信號與一個設定的基準信號進行差分放大，識別出路面是升高了還是降低了，在相應的升或降端口輸出一個與路面起伏程度成正比的電壓信號，與一個三角波進行比較生成一個脈沖信號，其脈寬與輸入電壓成正比，控制電磁閥的吸合。接觸式調平儀是模擬式調平儀，不能進行數據通信，也沒有掉線保護，當調平儀的擺臂從拉線處脫落時，攤鋪機攤鋪的物料很容易出現波浪，影響攤鋪的平整度質量。20世紀90年代末，國外出現的數字式調平儀和超聲波調平儀，可以濾掉誤差值，能很好地解決因外界干擾而導致的平整度問題。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，所以超聲波調平儀都有溫度補償。現今溫度補償的解決辦法有兩種，一種是MOBA公司的增加一個超聲波等距測量;另一種是TSD公司生產的帶有溫度補償環的超聲波調平儀。目前激光掃描平衡梁正在試制，它能掃描攤鋪機前后70m的距離，這會使攤鋪機連續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

攤鋪時維持一個恒定的速度依靠的是計算機系統對兩個行走泵排量的控制。具體操作時，在兩個行走泵的驅動作用下，左右兩側負責行進的馬達得以運轉，行走馬達繼而驅動輪胎或是履帶，使之帶動攤鋪機前進。一旦外界負載出現變動導致履帶行進速度與既定的速度值出現偏差，則行走馬達中安裝的速度傳感器會感應到速度的偏差，并將其轉化為信號傳導至控制器中，從而使控制器將速度調整到既定值，速度調節完后可以將調節結果輸出為電信號，這種輸出信號可以影響變量泵的排量，最終維持攤鋪機的恒定速度。此外，為了保證攤鋪機啟動后加速至既定速度時較為平穩且很快達到目標速度，可以對行走器和電位器進行標定，除了平穩而較快的加速外，還可以在攤鋪機停止工作時減小由于慣性而多行進的距離。

3.3物料供給控制技術

攤鋪機的物料供給控制由左、右刮料板的控制和左、右螺旋輸送器的無級變速控制兩部分組成，通過由料位傳感器和液壓系統組成的電液閉環控制回路實現。刮料板的料位傳感器有兩種：一種為開關量式傳感器，另一種為無級式傳感器;螺旋輸送器的料位傳感器為無級式傳感器。現在，隨著超聲波技術的應用，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間，實時算出料位的高度，通過換能器轉換成電流信號，再進行放大，輸出-）3信號來控制電磁閥。其最大的好處是傳感器與物料不接觸，免污染，使用壽命長，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題，而且該傳感器可以安裝在攤鋪機熨平板的任何位置上。

4攤鋪機控制系統技術的發展前景

隨著對攤鋪機的研究不斷深入以及相關技術的優化和創新，攤鋪機的控制系統將更加智能化。例如，智能化手段控制振動可以優化壓實度，使之更加滿足要求。攤鋪機的縱向均勻度也會增強。智能控制振動的理論基礎是振動距離原理，將振動頻率和攤鋪機的作業速度控制在合理范圍內從而確保攤鋪速度可以實時被控制，使路面能被壓實且壓的更加均勻。此外，智能機器人在未來工業機械領域也必將被重視，未來攤鋪機控制系統可以通過植入藍牙技術和通信技術的方式，將行走控制系統、輸料與分料系統以及液壓系統等諸多子系統集合在一起，并能實時遠程通信。

結束語

總而言之，對攤鋪機控制系統的研究具有顯著的現實意義，攤鋪機能否靈活調節驅動方向、能否連續供應物料以及能否以恒定功率、恒定速度進行攤鋪等諸多因素共同決定了攤鋪機的性能與作業質量。未來攤鋪機控制系統技術必將涵蓋更多領域，在提高攤鋪路面的平整度與緊實性的基礎上，具備更豐富的功能，使攤鋪機更加智能、更加可靠。