【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 自動調(diào)平 控制系統(tǒng)由激光發(fā)射器、激光接收器、自動控制器組成。通過比較實時平均距離與設(shè)定基準(zhǔn)距離之間的偏差，產(chǎn)生校正信號控制調(diào)平油缸的升降，使實時平均距離與設(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 )，朝下布置多個聲納傳感器 (一般為四個 )。 非接觸式 自動調(diào)平 控制系統(tǒng)的分析與比較 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施投入增大，對高等級公路建設(shè)的質(zhì)量要求也越來越高， 自動調(diào)平 系統(tǒng)是現(xiàn)代 車載 的重要標(biāo)志之一，對 車載 的性能及路面的平整質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。自動 調(diào) 平控制系統(tǒng)見圖所示。開環(huán)控制系統(tǒng)比較容易構(gòu)造，結(jié)構(gòu)也比較簡單。工業(yè)上用的控制系統(tǒng)，根據(jù)有無反饋作用可分為兩類：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。脈沖信號根據(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的，他根據(jù)偏差信號的大小以相應(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)’’附近來回的搜索零點，使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，由此而影響到路面的平整度。國內(nèi)外從 20世紀(jì) 70年代開始，先后研制出了多種找平系統(tǒng)，根據(jù)檢測裝置可分為： 1)“機(jī)一電 式以機(jī)械杠桿和電子元件作為檢測裝置； 2)“機(jī)一液 式以機(jī)械電子和液壓元件作為檢測和執(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)元件作為檢測裝置，后 2種屬于非接觸式的自動 調(diào) 平系統(tǒng)。工作時油泵輸出壓力經(jīng)過 2個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上下移動從而使刮刀位置發(fā)生變化時，與基準(zhǔn)線接觸的縱向傳感器就會感知這一變化，并將這一變化量經(jīng)過處理變成變幅寬的脈沖電信號進(jìn)入電磁閥，控制其開關(guān)時間的長短，在液壓系統(tǒng)的作用下變成牽引臂的機(jī)械動作，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 調(diào) 平系統(tǒng)的工作原理，將有助于我們對自動 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，操作簡單方便。此系統(tǒng)采用微處理器來自動控制縱坡和橫坡。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，沒有得到發(fā)展。 基準(zhǔn)線式 調(diào) 平效果較好，但容易受外界影響 (如本身撓度及重力影響等 )； 當(dāng)基準(zhǔn)路面比較軟時，多采用滑靴式隨動裝置；輪式隨動裝置常用于比較硬的地面為基準(zhǔn)時的作業(yè)，如瀝青路面等。 工作原理：該自動 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 調(diào) 平系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)出早期的自動 調(diào) 平系統(tǒng)。縱坡調(diào)節(jié) 工作原理：基準(zhǔn)線掛在 車載 N，指示器裝在牽引梁樞鉸點附近并作為參考點搭在基準(zhǔn)線上。基于以上的討論，本論文主要研究了超聲波自動 調(diào) 平技術(shù)。 微電子技術(shù)和計算機(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、停車場等大面積場地的整平，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。國外一些公司己經(jīng)研制出基于微處理器的數(shù)字式自動 調(diào) 平控制器，并已成功應(yīng)用到產(chǎn)品中去，取得了比較滿意的效果；國內(nèi)也有采用數(shù)字式 自動 調(diào) 平控制器的，數(shù)字化自動 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）： 手動調(diào)平系統(tǒng) 20世紀(jì) 50年代末期，美國 AKNSAS州高速公路委員會的一名工程師發(fā)明了 第一套 自動調(diào)平 裝置。當(dāng) 車載 行走在高低不平的基層上時，指示器隨著上下移動，此時，操作人員通過旋轉(zhuǎn)手動厚度調(diào)節(jié)螺釘即可保證較平整的面層。它是靠移動牽引架 來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，控制面板、縱坡和橫坡傳感器產(chǎn)生電脈沖信號并傳給控制箱，控制箱發(fā)出電信號使油缸做出相應(yīng)的動作來改變鏟刀 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，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)等的發(fā)展， 車載 在性能上得到了進(jìn)一步的完善，具體涉及到自動 調(diào) 平系統(tǒng)、行走驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等方面的改進(jìn)。 20世紀(jì) 90年代，美國一些公司正致力于激光傳感器的研究，有望成為將來使用的重點。與此同時，還提供一個自身故障診斷系統(tǒng)。它具有通用性強(qiáng)的特點，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個超聲波傳感器，其中 5個超聲波傳感器組成一個滑動靴，以確保較大范圍地測量寬度和工作精度，第 6只傳感器則起著溫度和其他因素補(bǔ)償?shù)淖饔茫懿粩嗟难a(bǔ)償和消除由于溫度變化對超聲波傳感器的影 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)，通過檢測旋轉(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 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。 自動調(diào)平系統(tǒng)的基本構(gòu)造 自動 調(diào) 平系統(tǒng)一般由檢測裝置、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，用來檢測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 調(diào) 平系統(tǒng)又可分為以下三種類型： (1) 開關(guān)式 開關(guān)式控制形式是 以“開關(guān)”的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，不管檢測到的偏差大小，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) 在反向修正時可由最高值趨向于零速，不會再沖向一邊，但是“死區(qū) 過寬又降低了系統(tǒng)的精確度。當(dāng)系統(tǒng)偏差為零時，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)因為超調(diào)而引起的振蕩現(xiàn)象。傳感器檢測出偏差信號進(jìn)入脈沖區(qū)后，調(diào)節(jié)器根據(jù)信號的大小，以不同寬度或頻率的脈沖信號推動電磁閥動作，使得油缸工作。 (1)開環(huán)控制系統(tǒng)。 (2)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 自動調(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； H．一檢測的實際高度。非接觸式 自動調(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)點使 車載 的質(zhì)量和效益得到了極大的提高，為施工企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此從推廣以來已逐步地在世界各地得到了廣泛使用。整平作業(yè)時，聲納傳感器向作為參考基準(zhǔn)的地面發(fā)出聲納信號并接收返回信號，計算出距離地面的高度均值， 以此來控制油缸的升降，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 車載 的大臂上，鏟刀將隨大臂按基準(zhǔn)線的高程作相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而實現(xiàn)對作業(yè)路面高程的控制。 工作原理：激光控制 自動調(diào)平 技術(shù)是利用激光束參照平面作為非視覺控制手段，代替常規(guī)機(jī)械設(shè)備中操作人員的目測判斷方法，自動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)來的高程光信號，并根據(jù)相對基準(zhǔn)參照面的高度變化將光信號轉(zhuǎn)換成變化的電信號，并傳輸?shù)娇刂破鳌? (3)非接觸平衡梁工作時長度短，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)對現(xiàn)場的管理要求較高。在 車載 的工作過程中，惡劣的工作環(huán)境， 車載 自身狀態(tài)的影響和某些手工操作的誤差 (如基準(zhǔn)線的布置 )影響 車載自動調(diào)平 系統(tǒng)精度： 1．在施工中一些操作手對安裝的 自動調(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，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，油缸運動位移很難達(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 車載 自動調(diào)平 控制系統(tǒng)的設(shè)計 通過對車載自動調(diào)平裝置的工作原理分析，我們對車載的調(diào)平性能有了理論上的認(rèn)識，但是在 車載 自動 調(diào) 平控制系統(tǒng)中，不僅需要分析找平裝置的工作原理，而且對液壓控制系統(tǒng)、超聲波傳感器、以及自動 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。要實現(xiàn)對 車載 鏟刀升降的精確控制就要求系統(tǒng)必須采用閉環(huán)控制，通過反饋來判斷和調(diào)整控制信號的準(zhǔn)確性。 系統(tǒng)也應(yīng)該具有控制窗口設(shè)計功能， 車載自動調(diào)平 系統(tǒng)的基準(zhǔn)是通過超聲波傳感器設(shè)定，在整平的過程中，由于路基高度的突變，超出了正常的工作范圍，超聲波傳感器會檢測到這種變化，輸出的高度信號也會突變，于是引起了控制器的強(qiáng)烈反應(yīng)，控制器輸出信號控制液壓油缸，導(dǎo)致路面出現(xiàn)一個明顯的凹凸。 在自動模式下，應(yīng)能隨時對靈敏度和窗口值進(jìn)行設(shè)置，通過系統(tǒng)各項參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)不同的高度誤差對鏟刀采用不同的調(diào)整方式，實現(xiàn)對鏟刀的精確控制。 車載 自動調(diào)平 控制系統(tǒng)的方案 這個控制系統(tǒng)的框圖基本上反應(yīng)了 車載 非接觸式 自動調(diào)平 控制系統(tǒng)的設(shè)計思想，并且符合當(dāng)前控制系統(tǒng)的大體設(shè)計趨勢，同時能夠基本滿足施工現(xiàn)場的要求。單片機(jī)成本低，易開發(fā)，因為單片機(jī)價格不斷下降，而其技術(shù)含量卻 不斷提高。 2．可編程控制器 (PLC)：順序控制、運動控制、過程控制等。與此同時，因為 PLC是一種時序性很強(qiáng)的順序式控制器，其計算能力不是很強(qiáng)，這就限制了一些控制方案的實現(xiàn)。編程容易，接口簡單，可以采用高級語言編程，設(shè)計友好的工作界面，利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算功能，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 1000MHz的工作頻率，非常完善的開發(fā)手段，非常豐富的軟件支持，在這些方面， DPS是無法與之相比的。 單片機(jī)有較高的運算速度，開發(fā)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，易于開發(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，為控制器的設(shè)計帶來方便。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越突出。同時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 自動調(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)說明，超聲波測距傳感器的測試精度是由聲時和聲速兩個參數(shù)的精度決定。如果取 A點所在的水平電信號為觸發(fā)計時電路的閥值，那么，計時電路的觸發(fā)工作時間比接收信號的開始時間滯后約2個周期，在單程測試距離內(nèi)將產(chǎn)生 1個聲波波長的誤差，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 車載 自動 調(diào) 平控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng) 自動調(diào)平液壓系統(tǒng) 的工作原理 自動調(diào)平液壓系統(tǒng)的原理圖 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的 車載 均采用機(jī)電液一體化的自動 調(diào) 平控制系統(tǒng)，其中液壓系統(tǒng)是多種多樣的，但其共同點都是向油缸供定量油液，以保證油缸調(diào)節(jié)的及時性及穩(wěn)定性。 在工作過程中，首先通過控制器設(shè)定整平基準(zhǔn)，當(dāng)平整路面發(fā)生上下起伏的變化時，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 牽引架會發(fā)生上下移動，所以它也會帶著鏟刀一起升降，同時安裝在牽引架上的超聲波傳感器也共同升降。至此，偏差信號消失，控制器切斷電磁閥的控制信號，油缸停止運動?；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)比例脈沖式來對電磁換向閥進(jìn)行控制。當(dāng) fPWM遠(yuǎn)高于電磁鐵線圈的截止頻率時，閥對 PWM信號的響應(yīng)不完全，其響應(yīng)特性近似于對模擬信號的響應(yīng)，但疊加上一個脈動幅值很小的顫振信號 ， fPWM越高，脈動幅值越小。 系統(tǒng)對工作油缸的行程控制采用分步進(jìn)行的方式，通過超聲波傳感器檢測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，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，那么對油缸的運動采取恒速控制 (即使電磁閥始終處于常開狀態(tài) )；若高度誤差在靈敏度范圍