随着我国国民经济的深入发展,高速公路在国家建设中起着日益重要的作用。但高速公路对路面质量要求极高,对设备在精度及可靠性等诸方面要求也较高,一线作业的施工单位通常采用进口摊铺机工作。摊铺机在运行过程中可能由于操作不当或者疲劳作业致使控制系统损坏。由于进口设备公司对其产品的控制电路采取技术封锁政策,在自动系统不能工作及生产任务的压力下,通常操作人员让设备在手动控制状态下工作,这时生产质量受人为因素影响,较难达到指标要求。
意大利MARINI公司生产的沥青混凝土摊铺机在我国拥有一定的市场,其找平系统可使摊铺路面的平整度达到误差1mm/m,精度达到甚至超过高速公路路面平整度的摊铺指标。在维修时我们测绘了此类摊铺机的控制电路,通过波形分析、整理,现将其有关性能及工作特性综述如下。
1 控制系统工作原理
沥青混凝土摊铺机的控制系统分为横波控制系统和纵波控制系统,其中横波控制即找平控制系统的工作结构框图如图1所示,摊铺机的找平控制系统为一典型的电子调节液位伺服闭环系统,主要由水平传感器、参数调整放大、液位伺服、给定坡度及坡度指示系统组成。图1中系统摊铺杆的A侧作为水平基准固定,
通过液压阀T1和T2的开关控制可以改变油路的方向,从而调整靠近油缸一侧(B侧)的位置,使之满足系统设置的要求。以A侧为旋转轴心,设摊铺杆的预设位置与水平线的夹角为θ,实际位置与水平线的夹角为θ′,则两相对位置可用Δθ=θ-θ′表示。在系统工作中当Δθ>0°时,液压阀T2工作;当Δθ<0°时,液压阀T1工作。液压阀工作开关的占空比如图2所示,在纵轴的左边为T1的开关状况,右边为T2的开关状况,两个阀不能同时工作。当Δθ>3°或Δθ<-3°时开关的占空比为1,即液压阀始终处于开通状态;当-3°<Δθ<3°时占空比线性变化,即液压阀开关状态交替出现。
纵波控制方式与横波控制相比,仅仅是控制对象变为摊铺杆的基准一侧(A侧)的液压调节阀,以改A侧对地的位置。整个系统是横波控制与纵波水平调整相配合同时起作用,纵波控制与横波控制相对独立,而系统的工作原理基本相同。
2 控制系统电路
1·主电路流程
沥青混凝土摊铺机的找平控制系统为一闭环系统,操作人员根据路面状况预先设定路面的倾斜角θ,系统根据这一设定值自动调整姿态。系统的工作原理框图如图3所示,首先传感器测试出实际的倾斜角,将其转化为电信号经二阶有源滤波后作为系统的反馈信号与给定值相比较,经误差放大后作为比较分配电路的输入信号。由于两路液压电磁阀独立工作,比较分配电路分别提供正误差驱动(T1)和负误差驱动(T2)给电磁阀。
2·控制系统电路分析
控制电路如图4所示。电路由二阶有源滤波电
路,带有一阶低通滤波的差动放大电路,窗口比较电路和驱动电路组成。
系统的工作电源采用车载发电机通常为+12V。在找平控制系统中,误差信号为正负双向,就要求系统存在正负电源。系统通过采用电压变换电路变换出+17V、+5V、+10V、-7V几种电压供系统工作。其中+5V用来作为基准电位,这样运算放大器的输出电压将在+5V左右变化。+17V和-7V作为运算放大器的工作电压,由于采用+5V作为基准电位,运算放大器的工作电压相当于是±12V。+10V用于电压比较器的反馈电路。
传感器接收到信号首先要进行滤波处理,这里采用二阶有源低通滤波(LRF),其滤波功能由RC网络实现,后接一集成μA741构成同相比例放大器用以提供较大的增益和增强带负载的能力,其滤波的时间常数τ约为1s,响应速度较快。此电路可以有效地滤除传感器中的杂波。
经滤波后的反馈电压如果直接与给定值相比较则信号较弱,需进行放大处理。这里采用带一阶低通滤波的比较器,电路采用电压并联负反馈,RC网络构成意大利MARINI沥青混凝土摊铺机找平控制系统积分器在电路中起延时作用,并具有一定的补偿作用,可消除自激对系统的影响,防止产生误动作。
窗口比较器采用双门限电压比较器,由上行和下行两个迟滞型比较器组成。电路采用正反馈,加速了
电压的翻转过程,减少了由于运放的“增益带宽积”的存在对动态精度的影响。由于基准电压为+5V,双门限比较器的输入电压在+5V左右摆动。当Δθ<0°时,比较器的输入电压Vi<+5V,IC3的输出为高电位,驱动T1工作, IC4的输出为低电位, T2不工作。在这种情况下,电路对于电磁阀的控制分为两种控制状态。
1·当传感器测试的位置与设定的位置偏差较大时,即Δθ<-3°时,V1+始终大于V1-,IC3的输出V01为高电位,液压阀T1始终处于打开状态。
2·当传感器测试的位置接近设定的位置时,即0°>Δθ>-3°时,V1+和V1-交替起作用,T1的开通时间随着Δθ变化而变化,其变化规律如图2所示。与上种情况相对应,当Δθ>0°时,Vi>+5V,V01为低电位,T1不工作。而IC4的输出V02为高电位,T2工作。这时的工作状况与Δθ<0°时相似,同样处于两种控制状态,这里不再做详细论述。
在主电路图中,比较器下部的电路作为比较电路的反馈电路,当-3°<Δθ<3°时,此电路起作用,使运算放大器的电位变化随着Δθ的变化而做线性变化。电磁阀工作的驱动电路为两极功率放大器,可保证信号在不失真情况下提高输出功率,增强带负载的能力。
3 系统响应速度及测绘精度
为防止控制系统工作时由于电路或外界干扰引起电磁阀误动作,系统采用了二阶滤波电路,但由于滤波电路中的电容存在积分效应,在某种程度会影响电路测绘的响应速度。为克服这一缺点,系统适当增加了正反溃,可加快响应速度,系统的工作只需几秒即可完成。
系统由于环境影响而产生的误差很小,但由于对信号进行分级处理,且运算放大器存在零漂问题,系统仍存在累积误差,此误差值较小,经检测精度可达到0·611 25°。
本文分析了意大利MARINI公司的沥青混凝土摊铺机的找平控制系统,对系统的控制原理进行了论述,给出了电路设计图,并对控制电路进行了分析。在市面上出售的各大公司摊铺机的控制系统通常都是根据此设计原则而设计制造的。相信对从事此方面设计、生产、维修的同志有一定的参考价值。
