浅析摊铺机控制系统技术的发展

许宏健

摘要：控制系统的进步与发展是工程机械产品科技含量和技术水平的重要标志之一，是行业发展的风向标。随着传感器的小型化和多样化，以及微处理器的应用，尤其是信息技术的采用，工程机械控制系统已从原来的为减轻驾驶员操作强度的单一角色，逐渐转变成集各种角色于一身的控制中心。在实现产品的节能、降噪、减振，提高舒适性、环保性、安全性能，以及故障的自诊断功能和数据通讯等方面起着重要的作用。摊铺机是工程机械产品中功能较多，结构比较复杂，各功能间的协同作业要求比较高的机种，因此，对控制系统有较大的依赖性，控制系统的设计在摊铺机产品开发中占据突出的地位。本文主要分析探讨了摊铺机控制系统技术的发展情况，以供参阅。

关键词：摊铺机;控制系统;技术;发展

引言

现代交通对路面质量提出了更高要求，隨着崭新的铺路设备与铺路材料的出现，摊铺机作为一种重要的工程机械，也面临着紧迫的技术革新。摊铺机控制系统是整个摊铺机的核心，控制系统的性能直接决定了摊铺机的作业质量。传统的摊铺机控制系统存在很大局限性，例如同时输入多种信号的能力不足、多点控制能力较低以及缺乏扩展性，在远程控制以及智能化的诊断故障等方面都存在较多不足。研究新型的摊铺机控制系统技术是当下亟待解决的问题。

1国内外摊铺机控制系统技术对比

摊铺机操作质量的影响因素主要有：摊铺速度是否恒定、是否连续输送物料、有效控制物料和路况的干扰等，针对这些影响因素，经过相关技术的发展和开发，我国摊铺机技术发展到一个新水平。我国的摊铺机虽然已经经历过多年发展和创新，但是与国外摊铺机相比较，国内品牌和国外品牌的摊铺机之间仍然存在着巨大的技术差距，这些差别主要有：一是在摊铺机的自动控制技术上存在很大差距;二是摊铺机控制技术的创新进展缓慢，与国外摊铺机新产品不断实现创新不同，我国的摊铺机生产技术更新相对缓慢，新产品研发周期较长，无法满足市场对于摊铺机的技术要求;三是我国的摊铺机的无故障间隔时间较短，设备的可靠性相对较差，导致这种缺陷的原因在于调试和使用的时间较长，同时国内摊铺机生产规模小，缺乏必要而先进的加工设备，对各项技术质变的控制和把关审核不严格。伴随着摊铺机技术的不断更新，摊铺机将沿着智能化的趋势发展，摊铺机控制系统技术将得到进一步发展。智能控制振动将促使压实度更加符合要求，同时还能提高纵向均匀度，根据铺装材料和铺层厚度要求不同，基于振动距离原理，通过合理控制振动频率和摊铺速度，实现在任何情况下都能保证合理控制摊铺速度的变化，进而保证路面的压实均匀，确保每一次操作摊铺机都可以精确的与振动距离相互对应，从而保证了摊铺机的均匀压实度。同时在周期操作环节中，由于受到熨烫板压比和材料的承载能力的影响，可能会出现平压痕、沉降以及爬行等不良现象，影响了路面的整体平整度，根据浮动摊铺原理，实现对熨平板高度的合理控制，增加纵向平滑操作和循环连续操作。

2摊铺机控制系统的功能

提高所摊铺道路的密实度和平整度，以及提高作业过程中的自动化程度和智能化水平，是各摊铺机生产企业一直追求的目标。与摊铺机运动和作业相关的功能主要包括行驶速度、转向、混合料输送、分料、路面熨平与压实等方面，以及用于实现摊铺过程的状态监控、自动调平、故障诊断和信息传递等内容。摊铺机控制系统要完成的功能主要包括：

2.1行走控制

随着公路建设的发展摊铺机的行走控制系统的各项性能得到有效改善，行走控制系统是摊铺机电气控制系统的一项重要组成部分，行走控制系统性能的优劣好坏对摊铺机的运行效率有着直接的影响，进而影响到工程质量，摊铺机驱动通过双泵双马达系统实现，这套系统主要由发动机、变速箱、液压泵、液压马达、轨道等部分组成，促进摊铺机实现前进、后退以及左右转向等动作控制。摊铺机行走控制系统具备以下各项功能：一是可以根据施工环境的需要，适当选择和变换铺设方式或驱动模式;二是实现平稳的转向功能，可以按照电位器或转向开关的状态对摊铺机的驱动方向进行控制和设定;三是具备恒速控制功能，可以按照设定速度实现摊铺机的恒速运行;四是可以与其他机械设备实现数据共享。

2.2输料与分料自动控制

摊铺机的主要功能之一就是自动控制好输料的分配，摊铺机要保证能按照提前设定好的速度对物料进行分配，同时物料的排布要尽量做到均匀。

2.3自动调平

摊铺机的自动调平功能与微电子技术和计算机网络技术的联系十分紧密，摊铺机的自动调平功能依靠的是数字控制器。自动调平功能的发挥极大提升了系统的控制准确度，并有效增强了系统的整体性能。

2.4辅助功能

摊铺机的辅助功能包含如下几方面：人机信息共享与交流、摊铺机的自动诊断故障、对于振动频率进行控制，此外当操作人员和摊铺机相隔一定距离时可以进行遥控作业。

3摊铺机控制系统的关键技术

3.1平整度的控制

对平整度的控制主要通过采用调平仪或平衡梁来实现，目前使用最多的是接触式调平仪（2个纵波调平仪+1个横波调平仪）或平衡梁。其工作原理为：当摊铺机在摊铺过程中，（横）纵坡传感器感应路面的高低起伏，同步输出一个与路面起伏程度成正比的电压信号，这个信号与一个设定的基准信号进行差分放大，识别出路面是升高了还是降低了，在相应的升或降端口输出一个与路面起伏程度成正比的电压信号，与一个三角波进行比较生成一个脉冲信号，其脉宽与输入电压成正比，控制电磁阀的吸合。接触式调平仪是模拟式调平仪，不能进行数据通信，也没有掉线保护，当调平仪的摆臂从拉线处脱落时，摊铺机摊铺的物料很容易出现波浪，影响摊铺的平整度质量。20世纪90年代末，国外出现的数字式调平仪和超声波调平仪，可以滤掉误差值，能很好地解决因外界干扰而导致的平整度问题。而若使用超声波平衡梁，则可使平整精度由±2.5mm/3mm提高到±1.0mm/3mm。因超声波受温度影响较大，所以超声波调平仪都有温度补偿。现今温度补偿的解决办法有两种，一种是MOBA公司的增加一个超声波等距测量;另一种是TSD公司生产的带有温度补偿环的超声波调平仪。目前激光扫描平衡梁正在试制，它能扫描摊铺机前后70m的距离，这会使摊铺机连续摊铺路面的能力得到极大程度的提高。

3.2恒速摊铺控制技术

摊铺时维持一个恒定的速度依靠的是计算机系统对两个行走泵排量的控制。具体操作时，在两个行走泵的驱动作用下，左右两侧负责行进的马达得以运转，行走马达继而驱动轮胎或是履带，使之带动摊铺机前进。一旦外界负载出现变动导致履带行进速度与既定的速度值出现偏差，则行走马达中安裝的速度传感器会感应到速度的偏差，并将其转化为信号传导至控制器中，从而使控制器将速度调整到既定值，速度调节完后可以将调节结果输出为电信号，这种输出信号可以影响变量泵的排量，最终维持摊铺机的恒定速度。此外，为了保证摊铺机启动后加速至既定速度时较为平稳且很快达到目标速度，可以对行走器和电位器进行标定，除了平稳而较快的加速外，还可以在摊铺机停止工作时减小由于惯性而多行进的距离。

3.3物料供给控制技术

摊铺机的物料供给控制由左、右刮料板的控制和左、右螺旋输送器的无级变速控制两部分组成，通过由料位传感器和液压系统组成的电液闭环控制回路实现。刮料板的料位传感器有两种：一种为开关量式传感器，另一种为无级式传感器;螺旋输送器的料位传感器为无级式传感器。现在，随着超声波技术的应用，刮板与螺旋供料均采用超声波传感器。超声波传感器是利用超声波在空气中的传送时间，实时算出料位的高度，通过换能器转换成电流信号，再进行放大，输出-）3信号来控制电磁阀。其最大的好处是传感器与物料不接触，免污染，使用寿命长，控制范围宽，灵敏度高，精度高，可以很好地解决物料的离析问题，而且该传感器可以安装在摊铺机熨平板的任何位置上。

4摊铺机控制系统技术的发展前景

随着对摊铺机的研究不断深入以及相关技术的优化和创新，摊铺机的控制系统将更加智能化。例如，智能化手段控制振动可以优化压实度，使之更加满足要求。摊铺机的纵向均匀度也会增强。智能控制振动的理论基础是振动距离原理，将振动频率和摊铺机的作业速度控制在合理范围内从而确保摊铺速度可以实时被控制，使路面能被压实且压的更加均匀。此外，智能机器人在未来工业机械领域也必将被重视，未来摊铺机控制系统可以通过植入蓝牙技术和通信技术的方式，将行走控制系统、输料与分料系统以及液压系统等诸多子系统集合在一起，并能实时远程通信。

结束语

总而言之，对摊铺机控制系统的研究具有显著的现实意义，摊铺机能否灵活调节驱动方向、能否连续供应物料以及能否以恒定功率、恒定速度进行摊铺等诸多因素共同决定了摊铺机的性能与作业质量。未来摊铺机控制系统技术必将涵盖更多领域，在提高摊铺路面的平整度与紧实性的基础上，具备更丰富的功能，使摊铺机更加智能、更加可靠。