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沥青混泥土摊铺机行驶控制系统

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-01-21 摊铺机网
1.摊铺机行驶液压系统
 
        沥青混凝土摊铺机在作业工况下为了保证路面具有一定的初呀实度、平整度、对摊铺机行驶速度的恒速性提出了很高的要求,摊铺过程中速度控制必须采用闭环控制。履带式沥青混凝土摊铺机采用双泵——双马达系统,液压系统的左右两侧为独立的行驶驱动液压回路,图2-1为履带式沥青混凝土摊铺机液压行驶驱动回路,通过对左右两侧的泵和马达进行控制,实现摊铺机前进、后退、左右转向及原地转向等控制,以实现无级变速,以达到恒速控制的目的。
        该回路由主要有变量泵、变量马达、补油泵、滤油器、比例阀、安全阀、单向阀、补油溢流阀及邮箱等组成。


        
         摊铺机左右行驶液压系统相互独立,两个回路既可以联动,实现直线行驶,又可以单独工作,实现转向或在弯道上摊铺作业。每一回路都有一个补油泵,对闭式回路进行补油、散热、提供控制压力油路。 
          通过比例电磁阀二者之一的通电来实现泵的正转或反转,从而实现摊铺机的前后控制行驶。而行驶速度大小的调节则依赖于比例电磁阀工作电流的大小:工作电流越大,则泵的排量越大,行驶速度也就越大;反之亦燃。变量马达采用电磁阀调节其排量,排量大小只有两种状态,既最小和最大。当排量最小时,为高速小扭矩工况;当排量最大时,为低速扭矩工况,既一般的作业工况。
           摊铺机行驶的先决条件为解除制动。只有制动解除了才能建立补油压力和控制压力油。补油泵3是该系统的一个重要的元件,它具有补油、散热、提供控制油压的三个作用。 
           当油路中的压力过高时,安全溢流阀4打开,防止油路过载保护液压元件。单向阀6用于补油泵向回路补油。补油泵安全溢流阀7调定的最高压力,保证足够的补油量。
             当调节左右行驶电磁阀,使的左右行驶速度产生差速,从而实现转向。当左右行驶电磁阀加电既使得两侧速度相反时,可实现原地转向。

2.摊铺机行驶控制系统的控制方案 

  一般来说,摊铺机行驶系统的控制应能满足以下要求:
        1.具备两种工作模式:摊铺模式和行驶模式。 
        2.在两种模式下,无论是前进还是后退,行驶速度均能连续调节,尤其要保证起步平稳,并具有良好的低速稳定性。 
        3.在摊铺作业模式下,能实现两履带无差速直线行驶,两侧履带应能各自独立调整至行驶速度设定值。
        4.在行驶模式下,能实现较快的直线行驶。 
        5.在行驶模式下有原地转向功能,即两侧履带速度大小相等,行驶方向相反,高速时屏蔽原地转向。 
        6.可实现紧急制动。 
        将摊铺机的前进/后退、起步、停车、恒速控制看作是动作控制,主要通过操作杆或旋钮来控制电磁阀的电流的大小和通电方向来实现,而把恒速性、直线性作为控制的品质,在行驶控制中需要通过软件不断校准来实现。 
         采用微控制器自动控制的最基本目的,是保证摊铺作业中行驶速度恒定和保持摊铺机直线行驶性能。如果摊铺机在摊铺负荷变化或受运料卡车撞击时,其行驶速度发生较大的变化,则摊铺层的密实度也必然随之改变;如果摊铺机的直线行驶控制性能不佳,摊铺中时常跑偏,则摊铺机手不得不经常性的调整摊铺机的行驶方向,容易造成摊铺机实际上的蛇行行驶,影响摊铺作业质量,加重操作负担。目前,包括进口的德国ABG公司/VOGELE公司摊铺机和国内各厂家生产的高端摊铺机,均已应用微嵌入式电脑控制器的控制系统。而国产摊铺机也都采用国外摊铺机控制软件,其一般摊铺速度范围在2-8m/min,通常其超低速适应性较差,不能适应大负荷超低速作业需要,而这种大负荷超低速工况是在国内已形成规范的稳定层摊铺作业的经常工况;同时,由于摊铺机的微控制器控制程序多数是国外生产厂商提供,是通用型控制程序,没有基于不同摊铺机的基本运行数据监测与故障诊断、报警功能,亦没有在使用保养等方面的给予明显提示,而这些对于机器的正确使用、故障的及时发现和排除、延长机器的使用寿命都是极为重要的。  
         在摊铺机微控制器系统的功能中,除了上述摊铺机应有的使用功能外,还必须开发一些辅助功能。例如,由于每台摊铺机所配备的液压泵、马达电控阀、检测元件以及操作手柄、电位器的参数分布性,微控制器必须具有相应的参数标定程序,才能适应这种微控制器外围系统的参数变化;此外,微控制器是根据编制程序和若干参量对摊铺机实施精密控制的,如果因为人为的有意或无意的误操作导致微控制器内定的某些关键参量发生改变,这在摊铺机外观上看不到任何变化,却可能导致摊铺机意想不到的控制错误甚至事故发生,因此在微控制器控制程序中还必须增加一些危险和错误的判定程序、防止各种可能误操作的安全保护程序。完成上述控制系统功能必须有微控制器外围硬件系统的配合,一些软件功能也必须由微控制器与显示器协调完成。
          摊铺机左右驱动为两套独立的变量泵-变量马达闭式回路,为实现恒速控制的目的,其根本是对左右两侧独立泵和马达的控制。图2——2为行驶系统基本的控制方案示意图,设Y11、Y12分别为变量泵左前进、左后退比例电磁阀;Y21、Y22分别为变量泵右前进、右后退比例电磁阀;Y3、Y4分别为左右双速马达开关电磁阀,实现摊铺机摊铺/行驶模式的方向转换。控制器的核心就是控制比例电磁阀Y11、Y12、Y21和Y22的电流控制泵的排量,达到控制左右履带行驶速度的目的。控制Y11、Y12、Y21和Y22四个电磁阀以不同的组合方式工作,实现摊铺机行走/摊铺两种工作模式:系统还应设置一个开关量输出,用于制动的实现与解除。  
          数字控制器上的驱动手柄电位器Rp确定摊铺机行驶方向,同时对行驶速度进行无级调节,如果利用驱动手柄电位器将速度从零调整到最大,则不易控制行驶速度大小,因此另外设置一个最大行驶速度电位器Rs,用于设定摊铺机行驶速度的最大值,当驱动手柄推至极限位置时,摊铺机所能达到的速度就是最大行驶速度电位器设定值,驱动手柄电位器要考虑一定的中位死区。 
          为了实现摊铺机的左右转向,设定的转向电位器Rt可以改变电磁阀输入电流,从而利用左右履带速度差视线转向。在数字控制器上专门设置一个原地转向按钮TK,利用PLC外部中断实现摊铺机原地转向,按下原地转向按钮,产生外部中断,给左右电磁阀通一相同大小的小电流进行低速原地转向,转向前左右两履带速度大小,向速度地的一侧进行原地转向。 
           Kp为行走/摊铺二位开关,利用程序判断其工作状态。开关在“行驶”位时,行驶控制为开环状态,不进行恒速和直线控制,此时控制变量马达的电磁阀得电,马达处于最小排量;在“摊铺”位时,为了实现恒速和直线控制,利用速度传感器V1和V2将行驶速度反馈至输入端,行驶控制采用闭环模式,此时控制变量马达的电磁阀失电,马达处于最大排量。 
           紧急制动时Ks切断数字控制器电源,使变量泵排量为零,起到保护泵和马达的作用。

3.系统控制方式的选择 
         摊铺机恒速控制系统的核心是对比例电磁阀的控制。作为行驶系统的核心部件,电液比例电磁阀是具有流量控制功能和液流方向控制功能的复合阀。而数字式电液比例控制系统,根据脉冲信号的特征参数选用脉宽调制(PWM)。系统采用脉宽调制方式控制比例电磁阀,调节PWM信号占空比来改变输出到电磁阀上电磁铁的电流,从而改变系统流量。在摊铺过程中,将速度设定电位器所设定的摊铺速度和位于马达输出轴端的霍尔传感器采集来得速度信号进行比较,通过相应的算法调整PWM信号的占空比,保证工作速度的恒定性。   
         在脉冲调制方式中用的最多的是脉宽调制,它是通过改变时间t与工作周期T的比值,即调节占空比,使一个周期时间内输出的平均值与相应时刻采样得到的脉冲信号经过功率驱动电路放大,在比例电磁铁线圈两端产生与之同向的的脉冲电压,由于电磁铁线圈电感的滤波作用而变为同频率小幅度充电的近似直流电流信号。  
          PWM信号的调制频率的选择应考虑阀本身的响应特征,例如固有频率和过度时间。因为响应PWM信号颤振分量不能单独调节,它是由脉宽调制频率、脉冲宽度、阀芯运动响应时间等因素综合决定,一般颤振分量的振幅大约为额定控制信号10%。这样,PWM信号的调制频率不超过1KHz为宜,工程机械上使用的比例阀其脉宽调制频率一般选用150Hz-----200Hz。采用PWM信号控制比例电磁铁有很多优点,阀芯的运动响应PWM信号的平均值,使阀芯处于微振动状态,大大减小比例阀的滞环。另外PWM信号的电流放大电路为开关式功放电路,放大器只工作在导通和截至状态,节能效果好。  
          由此可见,如果把模拟控制电压信号转换成脉宽可调而幅值恒定的调制信号,经功率放大后,利用该信号控制比例阀,通过阀控变量机构改变变量泵斜盘倾角,也就改变了变量泵排量,由于假定发动机转速基本不变,从而最终改变了泵控马达系统中马达的输出转速,这就是脉宽调制在电液比例控制技术中的应用。图2-3为脉宽调制数字控制系统框图,在构成闭环系统时需要加入虚线部分,如果直接利用霍尔速度传感器测量马达转速,将转转换为脉冲个数,则可以构成全数字式闭环控制系统。

 


          因此,把模拟控制电压转换成脉宽可调而幅值恒定的调制信号,经过功率放大后,利用该信号控制比例阀,通过阀控变量机构改变变量泵斜盘倾角,也就改变了变量泵在排量,由于假定发动机转速基本不变,从而最终改变了泵控马达系统中马达的输出转速,这就是脉宽调制在电液比例控制技术中的应用。在构成闭环系统时,利用霍尔传感器测量马达转速,将转速转换为脉冲个数,则可以构成全数字式闭环控制系统。
 
 
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