调平传感器在摊铺机中的应用

1、COMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.1 , 2008 ( IS S UE No.173)周玉甲( 湖南交通职业技术学院, 湖南 长沙 410004)摘要: 为了克服摊铺机在施工作业中各种因素对路面平整度的影响, 现在生产的摊铺机普遍采用能自动调节纵坡和横坡的自动调平电控系统。按调节原理, 自动调平装置可分为: 开关式自控系统、比例自控系统、比例- 脉冲式自控系统。其中, 比例- 脉冲式自控系统是在开关式自控系统的基础上改进的新型调平方式, 它综合了上述两种型式的优点, 控制精度高、价 格便宜、经济耐用, 目前应用广泛。关键词: 摊铺机; 电控系统; 调平;

2、传感器中图分类号: U415.521文献标识码: A文章编号: 1002- 4786( 2008) 06- 0054- 04Application of Leveling Sensor in PaverZHOU Yu- jia( Hunan Communication Polytechnic, Changsha 410004, China)Abstr act : In order to overcome the effect of various factors existing in construction operation ofpavers on pavement evenness,c

3、urrent pavers commonly use automatic leveling electric control system which can self - regulate longitudinal slope and transverse slope. According to principle of regulation, automatic leveling device can be divided intoswitch type automatic control system, proportion automaticcontrolsystem cheap,sy

4、stem, and proportion- pulse type automatic control system. Proportion- pulse type automatic controlis a new type leveling mode, which combines the advantages of the two other types, and it is economical, durable and is of high control precision, so it is applied widely at present.Key wor ds: paver;

5、electric control system; leveling; sensor浮动熨平板的工作特性摊铺机的主要工作装置是由基础车牵引的熨平 板总成。熨平板的主要机能是熨平摊铺的混合料。 为保证摊铺质量、拱度和初级密实度要求, 熨平板 上装有夯锤、拱度调节装置、加热装置和熨平板底不平, 两大臂牵引铰点在摊铺过程中也会上下波1动, 使熨平板上下偏移;如果作用在熨平板上的外力发生变化, 如供料数量、温度、粒度、摊铺机行走速度等发生变化, 将引起熨平板与路基基准之间 工作仰角的变化, 从而造成铺层表面的不平整。板。多数摊铺机使用的熨平板与机架是铰接的,可1.2当原有的路基起伏变化的波长较短时,熨平

6、以上下摆动, 因此亦称为浮动熨平板, 浮动熨平板由于其受力特点, 具有如下三种特性。板所移动的轨迹并不完全“再现”其变化的幅度, 而使其趋于平缓, 即浮动熨平板能填充坑洼并减少凸1.1在工作过程中,如果摊铺机运行的路基表面起的高度,熨平板的浮动会对原有路基不平整度起是平整的,并且作用在熨平板上的外力不发生变到滤波作用, 这一特征称为浮动熨平板的“自找平”特性。化, 熨平板将以不变的工作倾角向前移动, 此时摊铺的路面正好是平整的。反之,如果路基表面起伏浮动熨平板将在摊铺过程中减少凹凸起伏的1.3COMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.6 , 2008 ( IS S

7、 UE No.178)54调平传感器在摊铺机中的应用COMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.1 , 2008 ( IS S UE No.173)S M颠簸, 使其面层平顺, 这就是自找平式的浮动熨平板。自找平能力的强弱, 取决于熨平装置大臂的长短。大臂越长, 自找平能力越强; 大臂越短,自找平 能 力 越 弱 。 图1 表 示 了 浮 动 熨 平 板 的 自 找 平 原理射线原理。对于一定臂长的熨平装置来说, 其自找平效果的好坏, 取决于原有路基的坡长。坡长越短, 效果 越好; 坡长越长, 效果越差。若坡长达到一定长度, 则自找平作用完全消失。因此,摊铺机熨平板

8、的自找平能力有限, 为保证摊铺层的平整度和精确与回油,即具有12V或24V电源的电磁阀,根据纵的断面形状,现在生产的摊铺机普遍采用能自动调坡传感器送来的纵坡偏差信号使油缸工作。开关式自动调平装置的工作情况如下:节纵坡和横坡的自动调平电控系统。当牵引自动调平电控系统按调节原理, 自动调平装置可分为:点因路基表面不平而升降时,它带着熨平板一起升2开关式自降。另外, 当沥青混合料的配比、温度、数量和作业速度等发生变化而改变力的平衡时也会引起熨平控系统、比例自控系统、比例- 脉冲式自控系统。无论什么型式的调平装置,其工作原理完全相板的自动升降,进而导致牵引大臂及其上面的纵坡同: 首先由调平装置的传感器

9、检测出摊铺机因道路不平而离开基准平面的偏差, 然后由处理器将该偏传感器的共同升降。由于传感器下面的触臂一般以45角搭在基准线上, 因此它也随着传感器而升降,差信号进行放大、运算、比较、处理,并及时发出这就改变了它搭置的角度,使传感器内部的旋转臂脉冲调节信号作用于相应的高频电磁阀,控制牵引转动, 经电气系统向电磁阀输送偏差信号。电磁阀根据此信号使牵引点的工作油缸上端或下端进油,让牵引点回复到原来的高度, 于是熨平板也随之恢大臂调平油缸升降, 使熨平板恢复到初始仰角。开关式自动调平电控系统及其使用的传感器如图2所示, 它由检测装置( 基准线、纵坡传感 器及支架、触臂、横坡传感器及其底座、电源及电

10、气系统) 和执行机构( 液压缸、电磁换向阀) 两部分 组成。基准线是按照规定纵向布置并张紧的钢丝或2.1复原来的工作仰角,传感器的触臂又恢复到原设置的角度, 至此偏差信号消失, 油缸停止工作, 铺层仍维持在原来的厚度。在一般情况下,基准线只是放置在摊铺机的一尼龙绳( 见图3) ,纵坡传感器的触臂紧靠在它上面侧, 所以纵坡调整也只发生在一侧。对于另一侧则依靠横坡传感器的检测, 使之发生同样的调平作 用。横坡传感器置于横梁的中央, 横梁搭在左、右 牵引大臂上, 并平行于熨平板的底板。当摊铺机处 于水平状态时, 通过可调底座将横坡传感器调至零并随摊铺机移动, 通过其支架安装在熨平板的左侧牵引大臂上。

11、横坡传感器通过其可调底座安装在横梁的中央, 横梁与熨平板底面平行,并且安装减振橡胶块, 左、右工作油缸的活塞杆外端铰接在牵引大臂的牵引点上, 由电磁阀来控制工作油缸的进油COMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.6 , 2008 ( IS S UE No.178)55交 通 标 准 化公 路 工 程 与 运 输2008 年第 6 期( 总第 178 期)COMMUNICATIONS STANDARDIZATIONCOMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.1 , 2008 ( IS S UE No.173)注: 1、15- 液压缸; 2

12、、16- 伺服 控 制 止 回 阀 ; 3、14- 比 例 伺 服 阀 ;4- 支架; 5、10- 插头; 6- 纵坡基准线; 7- 横坡传感器; 8- 横坡调节 校正元件; 9- 横坡传感器; 11- 油泵; 12- 过滤器; 13- 缸压阀; 17-液压油箱图4 比例式自动调平装置图5 比例脉冲式自动调平装置位。摊铺机作业时如果一侧的牵引点发生升、降位移, 则熨平板以及横梁都会出现横向倾斜, 此时横坡传感器发出偏差信号,侧工作油缸的进油方向,指令另一侧电磁阀改变该驱使该侧牵引点作相应的升降, 直到恢复原来设定的横坡值。由上述可知, 通过纵坡、横坡两个传感器的检 测 , 可 以 使 左 、

13、右 的 牵 引 点 保 持 原 来 设 定 值 ( 标 高) , 铺层可获得平整。如果一次摊铺宽度较大, 路基形状又较复杂,横坡需要频繁地改变时, 摊铺机的另一侧也采用基准线及纵坡传感器等,些。铺层平整度的质量会更好一开关式自动调平装置是以“开关”方式进行调节的, 无论检测到的偏差大小, 均以恒速连续控制。 该装置存在反应误差, 因此必须设置一个调节“死 区”( 或称起阻尼作用的“零区”) , 传感器越过“死 区”之后才有信号输出。为了提高该装置的反应精确度, “死区”范围应尽量缩小。但是,该装置是恒速调节的, 如果“死区”范围过窄,调节容易冲过“死区”而出现误差, 即超调。超调需要反方向的修

14、正, 会引起在“死区”来回“搜索”零点, 使控制系统 发生振荡, 由此而影响到铺层的平整度。为了消除振荡的缺点, “死区”范围要足够宽,让控制系统在反向修正时可由最高值趋向于零时不再冲向另一边。但它又降低了控制系统的精确度,所以开关式自动调平装置的性能是不理想的。由于该装置结构简单, 价格低廉, 使用方便, 可以满足一般的要 求, 因此仍有使用。比例式自动调平装置及其使用的传感器美 国 巴 伯格 林 ( Barber - Greene) 公 司 生 产 的AS- 150 型沥青混合料摊铺机采用比例式自动调平随之上下运动, 使熨平板工作仰角发生变化。与此2.2同时,弓形架或小滑靴与基准线之间的夹

15、角也相应地发生变化,因此与弓形架或小滑靴相连接的纵波装置,如图4所示。该装置与开关式的主要区别是,传感器便发出相应的电信号,经控制系统处理对它以比例控制( 伺服) 阀代替简单的电磁换向阀。它比, 再发出执行电信号给电磁阀,操纵供给调平油是根据偏差信号的大小,以相应的快慢速度进行连缸的液压油量和方向,使牵引大臂向上或向下运续调节的, 偏差为零时调节速度也趋于零, 因此不会产生超调及其引起的振荡现象。该装置可以使铺 层表面十分平整, 但其结构精度要求高、造价高, 所以使用较少。动, 使熨平板工作仰角尽快地恢复到初始设定值,以达到铺层表面平整度要求的目的。同理,横坡传感器用于检测熨平板 的 横 坡

16、变化, 若横坡发生变化时, 它将发出电信号,通过控比例脉冲式自动调平装置及其使用的传感器德国伏格勒( VOGELE) 公司生产的Super系列沥 青混合料摊铺机采用的比例脉冲式自动调平装置,制另一侧的控制电磁阀和调平油缸,定值。使之恢复到设2.3比例脉冲式自动调平装置是在上述开关式自动调平装置的“恒速调节区”与“死区”之间设一“脉冲如图5所示。 当路基表面出现起伏时,调平油缸将COMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.6 , 2008 ( IS S UE No.178)56交 通 标 准 化2008 年第 6 期( 总第 178 期)公路工程与运输COMMUNIC

17、ATIONS STANDARDIZATIONCOMMUNICATIONS S TANDARDIZATION. No.1 , 2008 ( IS S UE No.173)区”。脉冲信号根据偏差的大小成正比地变化。其变化方式有改变脉冲宽度和频率两种。偏差信号由 传感器带进脉冲区后, 调节器即根据信号的大小,且高频电磁阀只要打开便基本上是全开口, 不像比例电磁阀那样在零开口附近, 容易堵塞卡死。因此相对连续模拟量控制的比例电磁阀来说,其抗干扰以不同宽度或频率的脉冲信号推动电磁阀,使调平能力强、工作可靠,特别是对油液清洁度要比比例油缸工作。该装置兼备了上述两种自动调平装置的优点, 大大缩小了“死区”,

18、 精确度高, 价格低且耐 用, 故得到了广泛的应用。该系统的脉冲信号随偏差的不同而成比例地变 化。前已述及, 其变化方式有两种: 改变脉冲宽度 和频率( 见图6) 。当偏差较小、位于“死区”内时, 电控系统不起调节作用。当偏差越过“死区”而进入 脉冲区时, 控制器便以宽度或频率与偏差大小成比 例的脉冲信号推动电磁阀, 使调平油缸以相应的速 度调节牵引大臂的牵引点的垂直高度。当路基不平电磁阀的低, 而且使用的范围广, 对环境的要求也低。另外, 因不需要像比例电磁阀那样对行程信号 比及线性有特殊要求, 因此电磁阀的价格便宜。其缺点是, 为避免超调, 必然存在“死区”,控制精度要比比例电磁阀的低。此

19、外, 由于受到动作频率的限制, 其响应速度也比比例电磁阀要低。但其性能足以满足目前摊铺机作业的施工要求,制系统被广泛使用。因此这种控自动调平电控系统的比较开关式自控系统 其以“开”、“关”的方式进行调节,33.1度较大而使偏差进人恒速调节区内时,控制器便输无论检测的出连续的调节信号, 使调平油缸恒速调节。改变脉冲宽度时的调节过程如图7所示。偏差大小, 均以恒速进行继续控制, 结构简单, 价格低廉, 使用方便, 但调节的精度较低。比例自控系统其根据信号偏差的大小,3.2以相应的速度进行连续调节, 它不会因“搜索”、超调等原因出现振荡现象, 可使摊铺路面获得很高的平整度。但它的结构 精度要求高, 造价昂贵。3.3比例- 脉冲式自控系统 这是在开关式自控系统的基础上改进的新型调平方式, 它综合了上述两种型式的优点,控制精度高、价格便宜、经济耐用, 目前应用广泛。参考文献1 张