摊铺机的自动调平系统

        摊铺宽度大于6m的大中型摊铺机，一般配置双纵向自动调平系统（控制器）；摊铺宽度小于6m的中小型摊铺机，一般配置一纵向及一横向自动调平系统（控制器）。目前摊铺机的自动调平系统，主要为模拟式控制，其控制方式为电液式，调节形式为比例脉冲调宽式。从其偏差检测方式上讲，有接触式自动调平系统和非接触式自动调平系统两类。非接触式自动调平系统根据其检测原理和方法的不同，有激光自动调平系统、红外线自动调平系统和超声波自动调平系统。在设计摊铺机自动调平电气系统时，应根据摊铺机总体设计和电气系统设计的要求来确定自动调平系统的方案，合理选用自动调平控制器。随着微电子技术和计算机技术的发展，自动调平系统采用了数字式控制器。这种数字化自动调平系统的应用，不仅提高了系统的控制精度，而且也提高了系统的综合技术性能，如升级方便、人机界面友好、能显示运行状态、能故障报警、能故障诊断等。目前非接触式超声波自动调平系统已广泛应用在整机性能先进的大型摊铺机上，如德国MOBA公司的Super-Matic和美国TSD公司的SystemⅤ非接触式超声波自动调平系统，它采用超声波多组多探头智能控制系统，高精度、高可靠性、能全面补偿校正偏差，能交换使用面基准和线基准。荷兰ROADware公司的RSS（Road Scanning System）非接触式激光自动调平系统也在摊铺机上使用。随着微电子技术和计算机技术的发展，布鲁诺克斯、维特根等已研制出基于微处理器的数字式自动调平系统。如Blaw－KontrolⅡ系统是布鲁诺克斯摊铺机所采用数字式自动调平系统，它配有两套AGS－6.5纵坡／横坡控制器。在确定自动调平系统的方案时，如果所设计的摊铺机是能满足多层结构路面摊铺的大中型摊铺机，尤其是多功能摊铺机，应当考虑所选型配置的自动调平系统必须具有交换使用线基准和面基准的功能，这样可以节省一套自动调平系统。
        摊铺稳定土层、下面层或中面层时采用线基准，单侧或双侧采用纵向控制器；摊铺上面层时采用面基准，单侧或双侧采用纵向控制器。
下面仅简要叙述一下在摊铺机总体方案设计中不可忽视的几个问题。
        第一，熨平板仰角。指摊铺作业时熨平板底面与路面的夹角。经过对各种机型多种摊铺作业条件的实测，摊铺沥青混凝土仰角在0.6°～2°范围内变化，摊铺稳定土仰角可增大到4°。在牵引臂与主机的连接尺寸设计、熨平装置的机械调厚机构设计中，工作角的大小是重要的设计依据。
        第二，牵引力仰角。指牵引臂拖点到熨平装置重心的连线与路面的夹角。在牵引臂与主机的连接尺寸设计、熨平装置的重心位置设计中，应控制牵引力仰角不得小于1.2°，以满足熨平装置作升降运动时，不致于出现俯角。这样作对稳定熨平装置的受力状态有益处。
        第三，拖点动作速度。指自动调平液压缸活塞杆伸缩的速度。该速度由供给液压缸的流量决定。它应保持恒定，并与纵、横向控制器的脉冲频率及摊铺速度相匹配。
        第四，纵、横向控制器固定位置。指纵、横向控制器在摊铺机纵向上相对于熨平板后沿的安装位置。这个位置是检测偏差信号的位置，是为获得自动调平系统最佳工作性能而需要考虑的一个重要问题。在确定这个最佳位置时，应当明白，偏差信号是由拖点及熨平板两个地方传递进来的，是两种干扰产生的偏差。因此控制器的位置应该设在两种偏差都能够被检测到的地方。若将纵、横向控制器设置在邻近拖点的地方，可以最敏感的检测出路基起伏产生的偏差信号，但不能检测出诸如摊铺速度、熨平板前面的堆料量、混合料温度、输料量的均匀性、夯实机构运动平稳性等摊铺作业条件变化引起熨平装置上下摆动而产生的偏差信号。若将纵、横向控制器设置在邻近熨平板后沿的地方，与前者的后果一样，能最敏感的测出这一种干扰产生的偏差信号，就不能检测出另一种干扰产生的偏差信号。位置的选择还应考虑浮动熨平装置自调平的滞后性及控制器安装支架的结构（尺寸）产生的干扰。综合考虑这些因素，实践验证，纵向控制器适宜的安装位置（距熨平板后沿的距离）在牵引臂长度（拖点到熨平板后沿的距离）的三分之一的附近；横向控制器适宜的安装位置在牵引臂长度的四分之一的附近。
3.11 电气系统
       早期机械传动的摊铺机没有电控功能，不配置自动调平装置，而且熨平装置的浮动、升降、伸缩及料斗的开合都是靠手动换向阀操纵，其电气系统很简单，只包括发动机启动、电磁气阀开关、仪表灯光、行驶照明等电路。后来机械传动的摊铺机有所发展，用电磁换向阀替代了手动换向阀，并配置了接触式自动调平装置，但电气系统仍较简单，只是增加了部分开关控制电路。
       现代化的摊铺机已经发展成为集机电液为一体的高科技产品，电气系统成了摊铺机的一个重要组成部分，几乎所有的操作都是采用电控方式控制的。摊铺机的左右独立驱动的行走调速液压回路，依靠电控实现摊铺速度预选、恒速摊铺、直线行驶、园滑转向及前后行驶等功能。左右独立驱动的刮板及螺旋调速液压回路，依靠电控分别实现速度预选及输料量比例(或开关)控制等功能。振捣和振动调速液压回路，依靠电控实现频率预选功能。熨平装置提升液压回路，依靠电控实现熨平装置的浮动、上升、下降、锁定、增压、减压、延时等功能。自动调平液压回路，依靠电控实现平整摊铺的功能。摊铺机的防爬升、防下沉、防压痕等功能，依靠电控来实现。振捣频率与摊铺速度的等振距比例控制，依靠电控来实现。左右大臂高差限位控制，依靠电控来实现。电气故障报警和故障部位识别，也是依靠电控来实现。带沥青洒布装置摊铺机的沥青洒布量与摊铺速度的比例控制，依靠电控来实现。双层摊铺机（1个主机、2个料斗、2个螺旋输料器、2个熨平装置、1个移动给料机）各部分的协调动作，依靠电控来实现。抗离析、大厚度、大宽度、整幅作业摊铺机各部分的协调动作，依靠电控来实现。电气控制已成为衡量摊铺机技术水平的一个重要标志。电气系统的品质（首先是电气系统设计的品质）将直接影响到摊铺机的可靠性、摊铺路面的质量以及摊铺作业的效率。
随着智能化技术在摊铺机上的应用，功能先进的新型专用控制器已在国外摊铺机上使用。国内对摊铺机行走电控技术的研究起步较晚，选择高性能新型单片机作为控制CPU，开发基于PLC的行驶控制系统，还处于初期研究阶段。但该项研究在满足摊铺机行驶系统日益增长的高性能要求及改变控制系统长期依赖国外技术的被动局面上，具有较强的现实意义。
       目前国内外的主流摊铺机其电气系统是以相互独立的子系统控制为主。在摊铺作业中，行走、刮板输料、螺旋输料、振捣、振动、自动调平、料斗、熨平板伸缩等等，都得同时动作。它们都是在发动机的牵动下完成着各自的动作，消耗着功率，似乎是独立的。但是，摊铺机在作业时，包括发动机在内，它们必须既相互联系又相互制约。因为，摊铺机是一个系统，整机性能不仅取决于各分系统本身的性能，而且也与各分系统之间的工作是否协调有着密切的关系。因此，在摊铺机的总体参数之间存在着相互匹配是否合理的问题。确切讲是牵引性能参数的匹配是否合理，是否能在保证摊铺速度稳定的前提下，充分利用发动机的功率和发挥摊铺机的最大生产率。以往的摊铺机，包括现在的大多数摊铺机，各独立系统预设参数之间的协调优化只能靠操作者人为感觉来完成。因为过去由模拟电路组成的控制系统，这些参数之间的关联、加权、模糊处理，几乎是无法实现的。摊铺作业时，每个系统的负荷变化难以估量，阻力矩经常发生大的波动，发动机的最大平均输出功率超过它的额定功率，发动机严重掉速，不能工作。为了解决这个问题，发动机的功率越选越大，但仍摆脱不了操作者凭着被动的人为感觉来调整。随着计算机控制技术、信息技术、网络技术的发展及不断向工程机械领域渗透，摊铺机的电控技术开始向着系统整体控制的方向转变。通过采用CAN总线技术，使控制系统更加集成化、智能化和信息化。当以微处理器为核心的数字化控制系统介入后，通过摊铺宽度、摊铺厚度、摊铺速度、物料温度、物料高度、压实度等基本参数的输入，数字化控制器依照内置的程序，综合最基本的参数，产生最理想的输出，使摊铺机按照最优化的方式运行。未来摊铺机控制将朝着系统电控化、硬件标准化、软件编程化的方向发展。除了对摊铺机作业精确控制外，还能通过GPS系统将操作记录、报警记录、故障记录等信息传输至信息中心，进行在线智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护。这种将传统控制功能与总线通讯等尖端IT技术融为一体的设计思路，已成为摊铺机电气系统设计的的要点。数字化控制的摊铺机的研究，我国落后于国外，数字化控制技术在摊铺机上的应用也仅限于采用了数字化自动调平系统。
        以上简要阐述了国内外性能先进的大型摊铺机电气系统的概况。在摊铺机电气系统设计时，不能一味追求高精尖、小而全。应根据所设计摊铺机的作业功能和技术档次，确定与其相匹配的电气系统。但是，无论何种摊铺机，自动调平系统是不可缺少的；履带式摊铺机的恒速摊铺系统是不可缺少的。
3.12 抗离析功能
       离析曾是摊铺机大宽度摊铺很难解决的问题。离析时，大小粒料不能填充镶嵌，相互咬合，形成板块结构，路面丧失了承载能力，导致早期损坏。用摊铺机摊铺路面物料离析有四种情况：一是横向离析，摊铺层的边沿大粒料多，细粒料少，呈宽幅带状；二是竖向离析，摊铺层的底部大粒料多，细粒料少，呈层状；三是纵向带状离析，主熨平板中缝或螺旋支撑处大粒料多，细粒料少，呈窄幅带状；四是窝状离析，摊铺层上出现无规律的一窝一窝的大粒料。横向离析最容易产生，危害程度最大。
       摊铺机在摊铺过程中，物料从料斗到熨平板前沿有三个运输环节。一是刮板向螺旋纵向送料，二是螺旋向熨平板前沿横向分料，三是料斗中剩余的物料经料斗收合向刮板上集料。这三个输料环节都能产生离析。螺旋布料是摊铺机摊铺作业过程中的一个十分关键的环节。螺旋布料的工作原理是：摊铺机向前行驶的过程中，带有螺旋叶片的传动轴在由物料围成的料槽内旋转，使进入料槽的物料由于重力、叶片摩擦力、料槽摩擦力及螺旋推力的作用，连续地向料槽的输送方向输料、向螺旋下面的基层上落料、向熨平板的前沿塞料。一个功能完备的螺旋布料器，输送给熨平板的物料应当是连续的、均匀的，即不但能满足整个摊铺宽度上不同部位所需的物料量，而且能使前期工序（配比、储料、装料、运输、卸料）产生的骨料离析和温度离析得到有效的改善。
       摊铺机螺旋输料，当充满系数小于1，即物料未全埋住螺旋叶片输料时，靠近螺旋轴的物料比外层的物料容易跳跃翻滚，较早地到达物料表面；螺旋转速超过最大许用转速时，物料颗粒便开始产生在垂直于输送方向上跳跃。由此可知，如果螺旋不被物料全埋，且又高速旋转布料的话，必然会出现骨料离析现象。另一方面，螺旋接收到的物料带有前期工序产生的离析现象也是难免的，如果不被螺旋布料消解，离析将会加剧。因此，针对离析产生的原因，根据螺旋叶片全埋输料原理，合理地设计螺旋布料器的结构及运动学参数，就能有效地提高摊铺机的抗离析能力。螺旋布料器的设计可以采取以下抗离析措施：
（1）提高料位器的控制点，使物料全埋住螺旋，并在低速输送中被搅拌，避免横向骨料离析及温度离析。
（2）由于物料全埋螺旋，螺旋消耗的功率很大，应配置大功率发动机，使发动机的功率和扭矩有足够的储备，避免因发动机掉速造成摊铺机动力学参数和运动学参数匹配失控所引起的各种离析现象。
（3）螺旋转速采用比例控制方式，设计的最大转速不超过80～90r/min为宜，能实现螺旋全埋在物料内低速稳定旋转，避免离析现象。
（4）采用导料板和螺旋端部低位卸料设计，避免竖向离析。将螺旋前面的导料板设计成上部固定下部活动的组合式结构，离地间隙可调整到很小，降低了卸料高度，这样能防止大粒料向基层表面滚落。螺旋端部的卸料口采用橡胶飘带贴附在物料锥面上，随物料的推挤浮动，防止大粒料向基层表面滚落，避免竖向离析。
（5）采用螺旋高度多级可调设计，根据不同的摊铺厚度，可将螺旋叶片下沿位置调整到略低于摊铺层上表面的高度上，螺旋对即将被熨平夯实的物料表层能起到再次搅拌作用，克服表层细料过多现象，避免竖向离析。
（6）减小螺旋支撑吊板的截面尺寸、适当加宽料槽、加装过渡叶片，改善输料阻滞现象，避免纵向带状离析。
（7）在螺旋减速箱的左右两侧加装角度和数量可调的反向叶片，使物料能向减速箱体下方填充，保持摊铺层中缝处物料均匀、充足，避免纵向带状离析。
（8）由中置的螺旋减速箱向外，螺旋叶片直径设计成阶梯形递减形态，从每个螺旋支撑下方的第2个叶片开始变径，叶片直径由螺旋支撑所在位置的摊铺宽度上所需的物料流量确定，确保整个摊铺宽度上不同部位所需的物料量，能防止发生在螺旋支撑处的纵向带状离析。
（9）螺旋液压驱动采用高性能的低速大扭矩液压马达方式，这种马达具有起动效率高，带载启动能力强，启动平稳等优点，能适应物料全埋螺旋布料工况。
（10）由于物料全埋螺旋，螺旋减速箱传递的功率很大，采用齿轮传动方式，安全可靠，可防止因故障引起的离析现象。
另外，还应合理设计刮板宽度和料斗形状，减少料斗收合时的集料量，减少大粒料滚落成堆，以避免窝状离析。
3.13 熨平装置
       熨平装置是摊铺机的工作装置。摊铺机的作业功能和作业质量是靠熨平装置最终实现的。熨平装置的结构及控制技术决定着摊铺机的性能。国产大中型摊铺机的熨平装置，其结构形式基本上有两种，即机械加宽熨平装置和液压伸缩熨平装置，都与国外同类摊铺机大致雷同。但还有一定差距，如主熨平板没有中缝补偿功能，熨平装置的刚度较小。有的摊铺机进行了改进，如西安筑路机械有限公司生产的LTB900多功能沥青混合料摊铺机，采用整体底板；新筑路桥机械股份有限公司生产的MT9000B多功能摊铺机，加宽熨平板，都对增强熨平装置刚度及提高平整度大有好处。
国产中小型轮胎式摊铺机的熨平装置，多为液压伸缩式。有的伸缩熨平板与主熨平板之间的高差调节，一改传统的调节方式（停机－放松螺栓－调整－紧固螺栓－试摊铺），采用了锥齿轮－蜗轮蜗杆机构，可在摊铺作业中不停机调节。