建筑机械自动化的关键技术研究和发展

王志卫

（河北 沧州 061000）

一、建筑机械自动化的应用现状

建筑机械自动化的研究和开发开端与上世纪五六十年代，八十年代后期建筑机械自动化的开发和应用步伐加快。当前来说，在建筑机械领域采用自动化技术的装备主要有：在摊铺机上使用的保证纵向和横线找平的自动调平装置，以及混合料自动供料装置和摊铺层厚度控制与自动调节系统；自动化在推土机上的先进应用主要是电子检测控制系统PIC，它可以实现推土机的自动监控；在液压挖掘机上最新的载荷检测、故障诊断、自动怠速以及工作方式电控功能等，都是自动化系统和理念在建筑机械中应用的典范。以下以自动化在压实机和推土机、挖掘机应用情况为典型，简要说明建筑机械自动化应用的现状。

（一）自动化压路机

压路机是水库大坝的混凝土浇筑施工中所用的主要设备，当前其自动化技术方面已经引入了检测装置、数据处理装置、远程通讯装置和中央控制系统等功能模块，可以实现作业过程中以预设的地面基准点为依据，采用光波距离测算仪和机载自动跟踪仪进行工作位置的测定，然后将测得的位置数据通过通讯模块传输到中央控制系统，该系统可将设备位置信号转换为设备控制指令，以无线通讯的形式调整和校准设备，从而精准的完成一系列大规模的压实作业。

（二）推土机、挖掘机作业的自动化

推土机、挖掘机等建筑土方施工机械的自动化改造会很大程度上提升施工质量和效率土。最早在推土机的铲刀和挖掘机的铲斗上使用的自动化控制装置是1976 年研制成功的以开关系统为基准的反馈控制系统，该系统由投光器、感光器和控制系统构成，由于装置本身存在的速度响应问题，最终未能投入实际应用；但随后由日本学者北郁夫研究开发的KOMATSULaserlevelingsustem 实现了在推入机作业中车速为5Km/h 时，施工平整度误差保持在3cm 以内，因此获得了良好的效果。该系统结构上由自动直线加工系统和激光系统两部分组成，其中的激光感光器可以测出作业面的位置，激光系统可以检测出设备的车体高度，然后将测得的综合信息传输给自动掘削系统，系统将该信息和各传感器信号通过综合分析形成对各电磁比例阀的控制指令，最终实现对各油缸的控制。该系统大大提高了作业精度和施工能力。

二、建筑机械自动化控制的关键技术

在施工过程中，建筑机械的大多都在地形复杂、作业环境恶劣的作业面实施土、石方作业，要实现建筑机械的自动化，首先要在以下这些关键技术上有所探索和突破。

（一）机身位置识别技术

建筑机械位置识别技术是指机械设备具备自动辨识自身所处位置的能力，目前主要采用的方式有内部位置识别方式和外部位置识别方式，内部位置识别方式运用速度传感器和回转式角传感器相互配合，来检测机械行驶的路径数据，然后将测得数据反馈到计算机中心后根据运动和方位的变化，获得设备所处位置数据；而外部识别方式主要是采依赖于在施工现场预先设定的几个位置基准点，通过超声波或电磁波来确定机械设备所处位置的方法。

（二）位置诱导机能

位置诱导机能是机械设备在实施作业过程中按照预先设定好的作业路径进行作业，并以机身位置识别系统的反馈数据为依据，适时的校准或消除与预先设定作业路径误差的闭环控制技术，建筑机械在作业过程中，如果偏离了既定的路径，机械设备启动自动复位功能可以最大限度恢复到既定路径，该系统可以保证设备在位置、速度、方向上均能够实时的矫正和恢复。

（三）作业对象识别与评价技术

识别和评价作业对象是建筑机械实现自动化最重要的一个基础功能，没有这个系统的支持将无从谈起机械的作业方式的判断与决策，该技术一般以平面超声波信号感知器为核心器件，可以使机械设备具备实时反馈施工对象的位置、形状、大小及姿态等信息，认识和评价施工对象的能力。比如安装在液压挖掘机铲斗上超声传感器可以识别比如土方、沙石、岩块的形状，从而为后续的作业方式选择提供前提和信息。

（四）安全保障机能

建筑施工一般会动用大量各种类型的施工设备，同时施工场地又有大量的建筑用材和作业器具等障碍物，给建筑设备的施工运行带来一定的困难，为了确保运行中的多台设备之间互不干涉，并协调高效运行就必须引入一套集识别、报警、停止作业、安全域确定的诱导控制机能。

（五）机群协作控制技术

在众多建筑机械设备联合作业现场，要实现自动化，就必须有一套能将各个作业设备包括运输车辆的位置、运行轨迹、工作状态实时监测，并及时反馈到中央控制室，由中央控制室通过计算制定出最优化分配形式，然后形成作业指令传输给各个设备或运输车辆，机械设备或运输车辆接收到作业指令按照指令进行作业的全方位、全过程的控制体统。

结束语：近年来，世界各国在建筑机械自动化方面开展了大量的科研工作，取得了一些喜人的成果，随着计算机与信息技术的飞速发展，必将推动建筑机械向更加运行高效、操作便捷的高度自动化方向发展。