【正文】 現(xiàn)象，而且可以回避各種溝蓋、接縫等的影響，平地效果好。由于該參照面是處于一定空間高度的穩(wěn)定平面，因而不受機(jī)群作業(yè)和其它因素的干擾。激光 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)由激光發(fā)射器、激光接收器、自動(dòng)控制器組成。通過(guò)比較實(shí)時(shí)平均距離與設(shè)定基準(zhǔn)距離之間的偏差，產(chǎn)生校正信號(hào)控制調(diào)平油缸的升降，使實(shí)時(shí)平均距離與設(shè)定基準(zhǔn)距離之間的偏差處于設(shè)定的范圍內(nèi)。采用的是超聲波測(cè)距原理，每側(cè)牽引大臂上固定一條鋁合金梁 (平均梁 )，朝下布置多個(gè)聲納傳感器 (一般為四個(gè) )。 非接觸式 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的分析與比較 近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施投入增大，對(duì)高等級(jí)公路建設(shè)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高， 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)是現(xiàn)代 車(chē)載 的重要標(biāo)志之一，對(duì) 車(chē)載 的性能及路面的平整質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)見(jiàn)圖所示。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)比較容易構(gòu)造，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。工業(yè)上用的控制系統(tǒng)，根據(jù)有無(wú)反饋?zhàn)饔每煞譃閮深?lèi)：開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。脈沖信號(hào)根據(jù)偏差的大小成正比例變化，其變化方式主要有改變脈沖寬度 (PWM)和脈沖頻率 (PFW)。 (2)比例式 這種系統(tǒng)是以液壓比例控制閥取代電磁換向閥演化而來(lái)的，他根據(jù)偏差信號(hào)的大小以相應(yīng)的快慢速度進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)。超調(diào)需要反方向的修正，這樣在不斷的超調(diào)和修正之間，系統(tǒng)就在“死區(qū)’’附近來(lái)回的搜索零點(diǎn)，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，由此而影響到路面的平整度。國(guó)內(nèi)外從 20世紀(jì) 70年代開(kāi)始，先后研制出了多種找平系統(tǒng)，根據(jù)檢測(cè)裝置可分為： 1)“機(jī)一電 式以機(jī)械杠桿和電子元件作為檢測(cè)裝置； 2)“機(jī)一液 式以機(jī)械電子和液壓元件作為檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 3)“激光 式以激光束參照平面作為參考基準(zhǔn)，控制液壓系統(tǒng)鏟刀的升降高度，達(dá)到精確整平的效果； 4)“超聲波”式以超聲波及其感應(yīng)元件作為檢測(cè)裝置，后 2種屬于非接觸式的自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)。工作時(shí)油泵輸出壓力經(jīng)過(guò) 2個(gè)流量閥排出定量的油液，在電磁閥的控制下經(jīng)液控單向閥進(jìn)入油缸，油缸活塞桿的伸縮控制牽引架的降低與抬高，保持刮刀的位置不變，達(dá)到路面的平整度標(biāo)準(zhǔn)。 縱向傳感器安裝在牽引臂上，當(dāng)路面不平引起牽引點(diǎn)上下移動(dòng)從而使刮刀位置發(fā)生變化時(shí)，與基準(zhǔn)線(xiàn)接觸的縱向傳感器就會(huì)感知這一變化，并將這一變化量經(jīng)過(guò)處理變成變幅寬的脈沖電信號(hào)進(jìn)入電磁閥，控制其開(kāi)關(guān)時(shí)間的長(zhǎng)短，在液壓系統(tǒng)的作用下變成牽引臂的機(jī)械動(dòng)作，從而消除這種偏差，使刮刀始終處于預(yù)先設(shè)定的位置。因此，分析研究自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)的工作原理，將有助于我們對(duì)自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)有更深刻的理解。 MOBA— matic數(shù)字控制器采用數(shù)字化控制技術(shù)，控制精度高，安裝方便，操作簡(jiǎn)單方便。此系統(tǒng)采用微處理器來(lái)自動(dòng)控制縱坡和橫坡。激光傳感器出現(xiàn)在 20世紀(jì) 70年代，由于其本身的復(fù)雜性以及受外界影響較大，沒(méi)有得到發(fā)展。 基準(zhǔn)線(xiàn)式 調(diào) 平效果較好，但容易受外界影響 (如本身?yè)隙燃爸亓τ绊懙?)； 當(dāng)基準(zhǔn)路面比較軟時(shí)，多采用滑靴式隨動(dòng)裝置；輪式隨動(dòng)裝置常用于比較硬的地面為基準(zhǔn)時(shí)的作業(yè)，如瀝青路面等。 工作原理：該自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)由傳感器、控制箱、操作面板、執(zhí)行機(jī)構(gòu) (液壓馬達(dá)或液壓缸 )等部件組成。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 20世紀(jì) 70年代初期，研究人員在手動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)出早期的自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)?？v坡調(diào)節(jié) 工作原理：基準(zhǔn)線(xiàn)掛在 車(chē)載 N，指示器裝在牽引梁樞鉸點(diǎn)附近并作為參考點(diǎn)搭在基準(zhǔn)線(xiàn)上。基于以上的討論，本論文主要研究了超聲波自動(dòng) 調(diào) 平技術(shù)。 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)在工程機(jī)械中得到更為廣泛的應(yīng)用，基于微處理器或單片機(jī)的控制系統(tǒng)以及嵌入式控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程機(jī)械中正在逐漸普及，并成為施工質(zhì)量的保證。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言 1． 1 選題的依據(jù) ： 車(chē)載 是一種以刮土鏟刀為主，并配有其他多種輔助作業(yè)裝置，進(jìn)行土壤的切削、刮送和整平等作業(yè)的土方工程建設(shè)機(jī)械，其效率高、作業(yè)精度高、功用多，可進(jìn)行路基、路面的整形；礫石或砂石路的維修；挖溝、草皮或表層土的剝離；修刮邊坡等切削平整作業(yè)，被廣泛用于公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)等大面積場(chǎng)地的整平，也被用于進(jìn)行農(nóng)田整地、路堤整形及林區(qū)道路的整修等。國(guó)外一些公司己經(jīng)研制出基于微處理器的數(shù)字式自動(dòng) 調(diào) 平控制器，并已成功應(yīng)用到產(chǎn)品中去，取得了比較滿(mǎn)意的效果；國(guó)內(nèi)也有采用數(shù)字式 自動(dòng) 調(diào) 平控制器的，數(shù)字化自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅提高了系統(tǒng)的控制精度，而且也提高了系統(tǒng)的綜合技術(shù)性能。 （含文獻(xiàn)綜述）： 手動(dòng)調(diào)平系統(tǒng) 20世紀(jì) 50年代末期，美國(guó) AKNSAS州高速公路委員會(huì)的一名工程師發(fā)明了 第一套 自動(dòng)調(diào)平 裝置。當(dāng) 車(chē)載 行走在高低不平的基層上時(shí)，指示器隨著上下移動(dòng)，此時(shí)，操作人員通過(guò)旋轉(zhuǎn)手動(dòng)厚度調(diào)節(jié)螺釘即可保證較平整的面層。它是靠移動(dòng)牽引架 來(lái)改變平地鏟刀的升降。在整平之前，首先設(shè)定所需要的整平高度，工作時(shí)，控制面板、縱坡和橫坡傳感器產(chǎn)生電脈沖信號(hào)并傳給控制箱，控制箱發(fā)出電信號(hào)使油缸做出相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)改變鏟刀 的位置，這樣即可保證鏟刀始終保持在某一固定高度，達(dá)到整平目的。 近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等的發(fā)展， 車(chē)載 在性能上得到了進(jìn)一步的完善，具體涉及到自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)、行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等方面的改進(jìn)。 20世紀(jì) 90年代，美國(guó)一些公司正致力于激光傳感器的研究，有望成為將來(lái)使用的重點(diǎn)。與此同時(shí)，還提供一個(gè)自身故障診斷系統(tǒng)。它具有通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以和多種傳感器配合使用； SonicSki超聲波傳感器是世界上第一部并聯(lián)式多超聲波束裝置，共有 6個(gè)超聲波傳感器，其中 5個(gè)超聲波傳感器組成一個(gè)滑動(dòng)靴，以確保較大范圍地測(cè)量寬度和工作精度，第 6只傳感器則起著溫度和其他因素補(bǔ)償?shù)淖饔?，它能不斷的補(bǔ)償和消除由于溫度變化對(duì)超聲波傳感器的影 響，從而提高控制精度；數(shù)字式旋轉(zhuǎn)傳感器是利用鋼絲、路肩等基準(zhǔn)，通過(guò)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度變化的數(shù)據(jù)，與MOBAmatic數(shù)字控制器一起使用起到控制自動(dòng) 調(diào) 平的作用，配套設(shè)備包括傳感器臂、傳感器桿、傳感器靴。 自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的基本構(gòu)造 自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)一般由檢測(cè)裝置、執(zhí)行裝置和工作裝置等幾部分組成。 橫向傳感器安裝在刮土鏟刀前端的橫梁上，用來(lái)檢測(cè)路面橫向坡度的變化，工作原理同縱向傳感器。 工作裝置：工作裝置即鏟刀。； 按照控制方式的不同，自動(dòng) 調(diào) 平系統(tǒng)又可分為以下三種類(lèi)型： (1) 開(kāi)關(guān)式 開(kāi)關(guān)式控制形式是 以“開(kāi)關(guān)”的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，不管檢測(cè)到的偏差大小，均以恒速進(jìn)行斷續(xù)控制。為了消除振蕩所引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺陷，“死區(qū) 要足夠?qū)?，讓系統(tǒng) 在反向修正時(shí)可由最高值趨向于零速，不會(huì)再?zèng)_向一邊，但是“死區(qū) 過(guò)寬又降低了系統(tǒng)的精確度。當(dāng)系統(tǒng)偏差為零時(shí)，相應(yīng)的調(diào)節(jié)速度也趨于零，因此在這種調(diào)節(jié)方式下，基本上消除了系統(tǒng)因?yàn)槌{(diào)而引起的振蕩現(xiàn)象。傳感器檢測(cè)出偏差信號(hào)進(jìn)入脈沖區(qū)后，調(diào)節(jié)器根據(jù)信號(hào)的大小，以不同寬度或頻率的脈沖信號(hào)推動(dòng)電磁閥動(dòng)作，使得油缸工作。 (1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 (2)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng) 其中： w一設(shè)定的基準(zhǔn)高度； E一偏差信號(hào)； H．一檢測(cè)的實(shí)際高度。非接觸式 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)在 20世紀(jì) 90年代就被用于工程機(jī)械的找平控制中，它的許多優(yōu)點(diǎn)使 車(chē)載 的質(zhì)量和效益得到了極大的提高，為施工企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此從推廣以來(lái)已逐步地在世界各地得到了廣泛使用。整平作業(yè)時(shí)，聲納傳感器向作為參考基準(zhǔn)的地面發(fā)出聲納信號(hào)并接收返回信號(hào)，計(jì)算出距離地面的高度均值， 以此來(lái)控制油缸的升降，進(jìn)而控制鏟刀的升降，從而達(dá)到平整土地的目的。由于傳感器安裝于 車(chē)載 的大臂上，鏟刀將隨大臂按基準(zhǔn)線(xiàn)的高程作相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)路面高程的控制。 工作原理：激光控制 自動(dòng)調(diào)平 技術(shù)是利用激光束參照平面作為非視覺(jué)控制手段，代替常規(guī)機(jī)械設(shè)備中操作人員的目測(cè)判斷方法，自動(dòng)控制鏟刀的升降高度，以便達(dá)到精確整平的效果。激光接收器的功用是接收激光發(fā)射器發(fā)來(lái)的高程光信號(hào)，并根據(jù)相對(duì)基準(zhǔn)參照面的高度變化將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成變化的電信號(hào)，并傳輸?shù)娇刂破鳌? (3)非接觸平衡梁工作時(shí)長(zhǎng)度短，控制電路采用先進(jìn)的數(shù)字電路，反饋信息快，能夠及時(shí)地控制鏟刀位置調(diào)整，保證有較好的平整度效果。更重要的是，此種找平系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理要求較高。在 車(chē)載 的工作過(guò)程中，惡劣的工作環(huán)境， 車(chē)載 自身狀態(tài)的影響和某些手工操作的誤差 (如基準(zhǔn)線(xiàn)的布置 )影響 車(chē)載自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)精度： 1．在施工中一些操作手對(duì)安裝的 自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)未能正確的掌握其性能要求，未南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 能正確使用、校對(duì)，造成精度不準(zhǔn)，未能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，甚至停用。影響超聲波傳播速度的因素很多，在道路施工中，溫度、風(fēng)力、煙氣是重要的影響因素。顯而易見(jiàn)，油缸運(yùn)動(dòng)位移很難達(dá)到理想的控制效果。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 車(chē)載 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)車(chē)載自動(dòng)調(diào)平裝置的工作原理分析，我們對(duì)車(chē)載的調(diào)平性能有了理論上的認(rèn)識(shí)，但是在 車(chē)載 自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)中，不僅需要分析找平裝置的工作原理，而且對(duì)液壓控制系統(tǒng)、超聲波傳感器、以及自動(dòng) 調(diào) 平控制方案等都需要有進(jìn)行一定深度的理解和分析。要實(shí)現(xiàn)對(duì) 車(chē)載 鏟刀升降的精確控制就要求系統(tǒng)必須采用閉環(huán)控制，通過(guò)反饋來(lái)判斷和調(diào)整控制信號(hào)的準(zhǔn)確性。 系統(tǒng)也應(yīng)該具有控制窗口設(shè)計(jì)功能， 車(chē)載自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)的基準(zhǔn)是通過(guò)超聲波傳感器設(shè)定，在整平的過(guò)程中，由于路基高度的突變，超出了正常的工作范圍，超聲波傳感器會(huì)檢測(cè)到這種變化，輸出的高度信號(hào)也會(huì)突變，于是引起了控制器的強(qiáng)烈反應(yīng)，控制器輸出信號(hào)控制液壓油缸，導(dǎo)致路面出現(xiàn)一個(gè)明顯的凹凸。 在自動(dòng)模式下，應(yīng)能隨時(shí)對(duì)靈敏度和窗口值進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)不同的高度誤差對(duì)鏟刀采用不同的調(diào)整方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)鏟刀的精確控制。 車(chē)載 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的方案 這個(gè)控制系統(tǒng)的框圖基本上反應(yīng)了 車(chē)載 非接觸式 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并且符合當(dāng)前控制系統(tǒng)的大體設(shè)計(jì)趨勢(shì)，同時(shí)能夠基本滿(mǎn)足施工現(xiàn)場(chǎng)的要求。單片機(jī)成本低，易開(kāi)發(fā)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)價(jià)格不斷下降，而其技術(shù)含量卻 不斷提高。 2．可編程控制器 (PLC)：順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等。與此同時(shí)，因?yàn)?PLC是一種時(shí)序性很強(qiáng)的順序式控制器，其計(jì)算能力不是很強(qiáng)，這就限制了一些控制方案的實(shí)現(xiàn)。編程容易，接口簡(jiǎn)單，可以采用高級(jí)語(yǔ)言編程，設(shè)計(jì)友好的工作界面，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，編制復(fù)雜的軟件：另外，其接口都是標(biāo)準(zhǔn)接口，易于與各系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊與連接。 工控機(jī)具有超過(guò) 1000MHz的工作頻率，非常完善的開(kāi)發(fā)手段，非常豐富的軟件支持，在這些方面， DPS是無(wú)法與之相比的。 單片機(jī)有較高的運(yùn)算速度，開(kāi)發(fā)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于開(kāi)發(fā)；另外，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)非常的廣泛，具有許多可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，為控制器的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。特別是在微控制器技術(shù)高速發(fā)展的今天，傳感器的重要性越來(lái)越突出。同時(shí)必須弄明白其工作原理，這樣才能更好的使用它，更好的明白整個(gè) 自動(dòng)調(diào)平 控制系統(tǒng)。 工作原理：非接觸找平系統(tǒng)中的超聲波測(cè)距傳感器是按照脈沖回波方式工作的，其工作原理如圖所示。式 (1)兩邊微分得到 ds=(cdt+tdc)／ 2 （ 2） 式 (2)說(shuō)明，超聲波測(cè)距傳感器的測(cè)試精度是由聲時(shí)和聲速兩個(gè)參數(shù)的精度決定。如果取 A點(diǎn)所在的水平電信號(hào)為觸發(fā)計(jì)時(shí)電路的閥值，那么，計(jì)時(shí)電路的觸發(fā)工作時(shí)間比接收信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間滯后約2個(gè)周期，在單程測(cè)試距離內(nèi)將產(chǎn)生 1個(gè)聲波波長(zhǎng)的誤差，即 △ S=CT (5) 式中： T一超聲波的周 期， s。超聲波的傳播速度是一個(gè)變量，受多種因素影響，即使在傳播介質(zhì)確定的情況下，介質(zhì)溫度、聲壓、風(fēng)力等的改變，也將影響超聲波的傳播速度。 以下肘此超聲波傳感器的主要參數(shù)進(jìn)行說(shuō)明 ： 傳感器性能參數(shù) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 車(chē)載 自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng) 自動(dòng)調(diào)平液壓系統(tǒng) 的工作原理 自動(dòng)調(diào)平液壓系統(tǒng)的原理圖 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的 車(chē)載 均采用機(jī)電液一體化的自動(dòng) 調(diào) 平控制系統(tǒng)，其中液壓系統(tǒng)是多種多樣的，但其共同點(diǎn)都是向油缸供定量油液，以保證油缸調(diào)節(jié)的及時(shí)性及穩(wěn)定性。 在工作過(guò)程中，首先通過(guò)控制器設(shè)定整平基準(zhǔn)，當(dāng)平整路面發(fā)生上下起伏的變化時(shí)，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 牽引架會(huì)發(fā)生上下移動(dòng)，所以它也會(huì)帶著鏟刀一起升降，同時(shí)安裝在牽引架上的超聲波傳感器也共同升降。至此，偏差信號(hào)消失，控制器切斷電磁閥的控制信號(hào)，油缸停止運(yùn)動(dòng)?；谙到y(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性考慮，本系統(tǒng)采用了脈寬調(diào)制 (PWM)比例脈沖式來(lái)對(duì)電磁換向閥進(jìn)行控制。當(dāng) fPWM遠(yuǎn)高于電磁鐵線(xiàn)圈的截止頻率時(shí)，閥對(duì) PWM信號(hào)的響應(yīng)不完全，其響應(yīng)特性近似于對(duì)模擬信號(hào)的響應(yīng)，但疊加上一個(gè)脈動(dòng)幅值很小的顫振信號(hào) ， fPWM越高，脈動(dòng)幅值越小。 系統(tǒng)對(duì)工作油缸的行程控制采用分步進(jìn)行的方式，通過(guò)超聲波傳感器檢測(cè)到的高度信南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 號(hào)，與系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)高度相比較，如果高度誤差超出了系統(tǒng)設(shè)定的靈敏度范圍，那么對(duì)油缸的運(yùn)動(dòng)采取恒速控制 (即使電磁閥始終處于常開(kāi)狀態(tài) )；若高度誤差在靈敏度范圍