履带式摊铺机行驶控制系统设计分析

2022-01-17黎培杰

电子元器件与信息技术 2021年9期

黎培杰

（广西柳工机械股份有限公司，广西柳州 545007）

0 引言

履带式摊铺机主要是用于实施道路铺摊作业的施工设备，其能够将提前拌制好的混合料根据设计中的平整度、厚度以及宽度进行密实摊铺。现阶段随着道路质量要求和相应施工标准的提升，对摊铺机的行驶控制质量也有着更高的需求。当前履带式摊铺机行驶控制系统方面还存在一些运行问题，包括低速行驶时不稳定、直线行驶易跑偏以及难以在突变的大负载下保持持续的稳定。针对这种由于不稳定速度导致摊铺道路材料均匀性及平整性较差的问题，需要对履带式摊铺机设计较为稳定的控制系统，确保其高效的解决作业问题。

1 履带式摊铺机行驶系统控制存在的问题

1.1 低速直线行驶容易跑偏

在沥青混凝土结构道路上，履带式摊铺机的作业形式通常是边走边进行作业。摊铺机在行驶过程中，需要将搅拌好的混合料按照设定形状，均匀的铺在路基上，并且对铺过的混合料进行压实。所以在道路作业中，摊铺机的直线行驶性能对作业道路质量通常可以产生决定性的影响。而摊铺机在自身作业过程中属于大负载机械，其作业过程中的工作重心会随着自身重量和受力的不同，来处于一种随时变化的状态，这就会导致摊铺机在直线作业行驶过程中容易出现跑偏的问题。

1.2 低速行驶时系统转向不稳定

履带式摊铺机行驶系统的转向功能，主要是通过左右两侧履带，提供不同的速度来实现。但是摊铺机作业过程中，一些负载阻力和料车阻力都比较大，所以在摊铺作业时都会保持一种低速作业[1-2]。低速情况下要想实现灵活的转向，就必须要履带式摊铺机左右履带控制系统进行严密配合和机械性能的高度配合。然而当前很多摊铺机都普遍采用的是液压控制系统，这种液压控制系统在实现无级变速的同时，其还存在一些问题。因为摊铺机的作业条件通常是对控制性能要求非常高的重载以及高压环境。所以很多履带式摊铺机都存在转向笨重和转向系统不稳定等问题，对摊铺机的作业效率产生了较大影响。

2 履带式摊铺机行驶控制系统重要作用

2.1 大负载下的稳定的液压系统压力

履带式摊铺机的液压行驶控制系统，是整个摊铺机必不可或缺的一部分。首先，液压行驶控制系统能够起到稳定大负载下摊铺机液压系统压力的作用。摊铺机的主要工作原理就是保持摊铺机整体匀速行驶，所以即便是在大负载情况下，需要对液压系统压力进行有效的控制[3]。履带式摊铺机由于内部应用的是履带式运动方式，往往在作业过程中内部会受到不规律的外部阻力和负载影响，这些对实际机械运行效率会造成较大影响，所以在大负载情况下对摊铺机的液压系统压力进行稳定设计有着积极意义。

2.2 控制履带式摊铺机的转向问题

履带式摊铺机的行驶控制系统可以对摊铺机当前作业是否有着跑偏状态进行检测。由于履带式摊铺机有着一定的阻力影响，主要包括外部因素和自身设备内部的阻力。

外部因素无法从根本上进行消除，需要采取一些缓解的方法，例如规范料车卸料过程，避免在倒车、制动、卸料等过程对机器产生额外的阻力。还有需要人工清理履带行驶前方料车漏下的物料，避免其中一个履带因为要跨过漏料而产生两个履带行驶的路程差异。

设备阻力，主要是以机器内部的液压工作系统因为需要稳定的分配功率，以及可能产生的机器故障产生的内部阻力。可以通过行驶控制系统检测来找到解决方法，控制器对阻力值情况进行一致反映，如果阻力值偏高，就证明摊铺机内部有阻力较大的设备在工作，就可以采取一些低阻力和高精度设备组装的方式进行解决。

2.3 从作业状态上分析沥青原材料的铺平压实

履带式摊铺机在沥青原材料铺平压实过程中，如果行驶控制系统在应用中检测到摊铺机不匀速或者是方向上出现了跑偏的状态，这和阻力问题以及沥青原材料压实状态不满足安全标准有关[4]。所以在履带式摊铺机施工过程中，需要保证沥青原材料的压实程度能够符合标准质量。履带式摊铺机和原材料的接触面积比较大，通过行驶控制系统上可以对路面的压实状态进行很好感知，在作业过程中对一些行驶问题能够及时发现，并且找到准确位置。

2.4 履带式摊铺机行驶控制系统解决作业问题

履带式摊铺机行驶控制系统在作业问题解决上，主要需要做好以下几个步骤。首先履带式摊铺机和一些信息化设备进行结合，通过计算机来控制摊铺机，然后再下达相关的指令。其次在检测内部设备完好并且符合安全标准的基础上，将运料车的材料倒入到料斗中，然后再进行相关作业。在作业过程中计算机需要注意保持同步跟踪，如果有着路面原材料压实不均匀情况出现，应该及时停止整个作业过程，并且进行材料的补充。实现高相应的闭环的控制系统是施工质量的重要保证，如图1所示。

图1 履带式摊铺就行驶控制系统

3 提高履带式摊铺机行驶系统控制稳定性的策略

3.1 建立稳定转向系统

摊铺机系统转向不稳定性的产生，主要是由于左右履带在行驶过程中不能高度配合，或者是液压系统本身被外部环境所影响。因此可以采用液压传动系统和智能控制系统相结合的原理，在履带式摊铺机的各个系统连接中采用一种CAN总线控制的方法，让各个系统之间实现资源共享，让主操作面板、输料控制器、系统连线以及其他可选部件紧密配合，提高系统工作效率。这张控制方法条理清晰并且简单直观，可以很好地将左右履带行驶控制系统连接起来，确保其能够在同一时间接收到转向命令，针对液压传统系统所带来的可变性和不稳定性能够及时进行避免，从内在控制方面减少了转向的不稳定系数。并且转向控制过程中的及时稳定，还能够避免机械多余磨损情况的出现，这种机械的完整性是保证转向系统稳定的基础条件。

3.2 保证履带式摊铺机恒速运行

履带式摊铺机行驶过程中的跑偏问题解决，主要就是解决摊铺机行驶过程中左右履带行驶距离的问题。并且由于摊铺机作业环境比较复杂，很多时候作业道路都是一些尚没有修好的路面。所以在直线行驶条件下，一些作业履带的行驶距离也不尽相同，往往并不具备可观测线和规律性，无法进行预先处理。针对在这种问题可以采用反馈式闭环控制系统，将摊铺机左右侧里程计数器中的数据第一时间在摊铺机反馈控制系统中得到显示[5]。控制系统可以根据反馈数据进行相应的处理，来发出合适的命令控制左右履带行驶控制系统，对摊铺机的行驶方向和行驶距离都作出精准控制，达到摊铺机保持直线行驶的目的。

另外履带式摊铺机的稳定运行，还需要从减小大负载对履带式摊铺机行驶系统造成的影响入手，将其干扰降到最低，利用一些大排量的马达、精准度比较高的元器件以及增大马达减速箱的机械效率，或者是增加轮边减速比等，这些都是减少大负载干扰的行之有效措施。这些方法主要是从机械效率层面来实施，一定程度上会增加运行成本。所以也可以在恒速运行方法上，通过摊铺机的大量运行实验得到相关数据，通过模糊算法对数据进行分析。结合数据将摊铺机的负载特性转化为弹簧模型，在对弹簧模型的具体参数做出有效控制以后，就可以利用PID控制器来进行闭环控制，这种方法也可以保证履带式摊铺机即便是在大负载情况下，也能保持自身的恒定运行。