施工机械及其自动化(下)

1、 施 工 机 械 及 其 自 动 化(下篇) 主讲教师：李浩平第九章施施工机机械自动动化概论论第一节自自动化化技术基基本概念念自动化：机械或设设备在无无人干预预的情况况下按规规定的程程序或指指令进行行操作或或控制的的过程。控制器：用来代替替人完成成控制的的设备。被控对象象：被控制的的机械或或设备。自动控制制系统：被控对象象和控制制器组成成的系统统。自动控制制系统的的组成：a.测量机构构：用来测量量被控量量b.比较机构构：用来比较较被控量量与给定定值，得得出误差差c.执行机构构：按照误差差的性质质作出控控制动作作d.指令机构构：给出被控控量给定定值自动控制制系统原原理：第二节施施工机机械控制制及

2、自动动化施工机械械的控制制：通过机械械、电子子、电气气、液压压和信息息等方式式对施工工机械的的动力、行走、工作等等装置进进行有效效控制，以提高高机械的的动力性性、经济济性。施工机械械的自动动化程度度：a.监控：通过微电电子技术术控制机机械自身身或外界界状态b.遥控：通过有线线或无线线电遥控控操纵机机械c.半自动：部分机构构实现自自动控制制d.全自动：全部实现现自动控控制施工机械械控制分分类：1）按被控控对象分分：a.动力装置置控制b.工作装置置控制c.行走装置置控制 2）按采用用的控制制技术：a.机械控制制b.液压控制制c.电子控制制d.电液控制制e.激光控制制3）按所控控制的自自动化程程度：

3、a.监控控制制b.遥控控制制c.半自动控控制d.全自动控控制第十一章章施施工机械械动力装装置控制制系统一、挖掘掘机的发发动机电电子控制制系统1.电子子功率优优化系统统（EPOS）EPOS是一种闭闭环控制制系统，工作中中它能根根据发动动机负荷荷的变化化，自动动调节液液压泵所所吸收的的功率，使发动动机转速速始终保保持在额额定转速速附近，即发动动机始终终以全功功率投入入工作。这样既既充分利利用了发发动机的的功率，提高了了挖掘机机的作业业效率，又防止止了发动动机过载载熄火。大宇DH280型挖掘机机的电子子功率优优化系统统的组成成：柱塞泵斜斜盘角度度调节装装置、电电磁比例例减压阀阀、EPOS控制器、发动

4、机机转速传传感器及及发动机机油门位位置传感感器等。控制过程程：当工作模模式选择择开关处处于“H方式(最大供油油位置）”位置置，1）装有微微电脑的的EPOS控制器的的端子上上有电压压信号（即油门门拉杆处处于最大大供油位位置）时时，EPOS控制器便便不断地地通过转转速传感感器检测测发动机机的实际际转速，并与控控制器内内所贮存存的发动动机额定定转速值值相比较较。2）实际转转速若低低于设定定的额定定转速，EPOS控制器便便增大驱驱动电磁磁比例减减压阀的的电流，使其输输出压力力增大，通过油油泵斜盘盘角度调调节装置置减小斜斜盘角度度，降低低泵的排排量，使使转速提提高。重重复进行行直到实实测发动动机转速速与

5、设定定的额定定转速相相符为止止。如果实测测的发动动机转速速高于额额定转速速，EPOS控制器便便减小驱驱动电流流，于是是泵的排排量增大大，最终终使发动动机也工工作在额额定转速速附近。工作模式式控制（1）H模式：即即重负荷荷挖掘模模式。发发动机油油门处于于最大供供油位置置，发动动机以全全功率投投入工作作。（2）S模式：即即标准作作业模式式。液压压泵输入入功率的的总和约约为发动动机最大大功率的的85。对于DH280型挖掘机机，当选选择H模式而油油门未处处于最大大供油位位置时，控制器器也将自自动地使使挖掘机机处于S模式，并并且与转转速传感感器所测测得的转转速值无无关。（3）F模式：为为轻载作作业模式式

6、。液压压泵输入入总功率率约为发发动机最最大功率率的60，适合合于挖掘掘机的平平整作业业。在F模式下EPOS控制器向向电磁换换向阀提提供电流流，换向向阀的换换向接通通了安装装在发动动机高压压油泵处处小驱动动油缸的的油路。于是活活塞杆伸伸出，将将发动机机油门关关小，使使发动机机的转速速降至1450r/min左右。自动怠速速控制作用：装装有自动动怠速装装置的挖挖掘机，当操纵纵杆回中中位达数数秒时，发动机机能自动动进入低低速运转转，从而而可减小小液压系系统的空空流损失失和发动动机的磨磨损，起起到节能能和降低低噪声的的作用。大宇DH280型挖掘机机的自动动怠速装装置：在在液压回回路中装装有两个个压力开开

7、关，挖挖掘机工工作过程程中两开开关都处处于开启启状态。当左右右两操纵纵杆都处处于中立立位置，即挖掘掘机停止止作业时时，两开开关闭合合。如果此时时自动怠怠速开关关是处于于接通位位置，并并且两个个压力开开关闭合合4S以上，EPOS控制器便便向自动动怠速电电磁换向向阀（和和F模式用同同一换向向阀）提提供电流流，接通通自动怠怠速小驱驱动油缸缸的油路路，油缸缸活塞杆杆推动油油门拉杆杆减小发发动机的的供油量量，使发发动机自自动进入入低速运运转。扳扳动操纵纵杆重新新作业时时，发动动机将自自动快速速地恢复复到原来来的转速速状态。2.电喷喷系统的的概念柴油机电电喷系统统（即电子子控制柴柴油喷射射系统）是指柴油油

8、机供给给系，利利用各种种传感器器，将影影响发动动机性能能的全部部（或部部分）信信号转换换成电信信号，通通过控制制装置对对输入的的电信号号进行的的处理，然后产产生新的的信号输输给执行行器，控控制柴油油机供给给系的工工作。作用：对喷油系系统进行行电子控控制，实实现对喷喷油量以以及喷油油定时等等运行工工况的实实时控制制。（1）结结构电子控制制柴油喷喷射系统统由3个部分组组成：即即传感器、控制器器与执行行器。传感器将柴油机机工作中中各种工工况的信信息，如如转速、各种介介质的温温度、运运转工况况等，转转换成电电信号输输入到控控制器。控制器按预定的的程序对对各种传传感器的的输入信信号进行行处理、计算、判断

9、或或决策。然后，产生新新的信号号输给执执行器（输出装装置）。 执行器将控制器器输入的的信号转转换为机机械运动动，即通通过电能能、液压压、气压压等或它它们之间间的组合合作用，对外作作功，推推动柴油油机的某某个装置置运动，以完成成所需要要的控制制任务。例如，实现喷喷油量、喷油定定时与排排气再循循环的控控制等。3.挖掘掘机电子子油门控控制系统统以小松PC2005挖掘机为为例：电子油门门控制系系统由油油门控制制器、调调速器马马达、燃燃油控制制盘、监监控仪表表盘、蓄蓄电池继继电器等等组成。该系统的的功能有有三个：发动机机转速的的控制、自动升升温控制制和发动动机停车车控制。(1)发发动机转转速的控控制发动

10、机的的转速通通过燃油油控制盘盘来选定定。装有有微电脑脑的油门门控制器器根据电电压计算算出所选选定的发发动机转转速的大大小。继继而控制制调节调调速器马马达，达达到调节节喷油泵泵的供油油量，最最终控制制发动机机转速的的目的。整个过程程如下：控制器根根据所测测得的燃燃油控制制盘电位位器的输输出电压压大小，驱动调调速器马马达使其其正转或或反转，通过连连杆机构构驱动供供油拉杆杆，调节节供油量量（柱塞塞行程），即调调节发动动机转速速。直到到马达转转角电位位器所反反馈回的的马达实实际转角角位置（即实际际循环供供油量或或发动机机转速）与燃油油控制盘盘的位置置相符为为止。(2)自自动升温温控制如果冷却却水的温温

11、度低于于30并且燃油油控制盘盘所选定定的发动动机转速速低于1200r/min，监控仪仪表盘中中的电脑脑便向发发动机油油门控制制器电脑脑发出“升温温”信号号。油门门控制器器电脑收收到此信信号后，便驱动动调速器器马达使使发动机机转速上上升至1200r/min，以便缩缩短发动动机的暖暖机时间间。以下三个个条件之之一满足足时，发发动机的的自动升升温功能能被取消消：冷却水水温度超超过30；燃油控控制盘处处于满量量程的70以上、发动机机高速空空转超过过3S；升温时时间超过过l0min。(3)发发动机停停车控制制当检测到到起动开开关转至至“切断断”位置置，油门门控制器器输出电电流，驱驱动蓄电电池继电电器使其

12、其触点保保持闭合合，以保保持主电电路的继继续接通通。同时时，控制制器驱动动调速器器马达，将喷油油泵的供供油拉杆杆拉向停停止供油油位置，从而使使发动机机熄火。供油拉拉杆处于于“停油”位置之之后，控控制器延延时2.5S，然后使使蓄电池池继电器器断电，切断主主电路。第十二章章施施工机械械工作装装置控制制系统12-1液压挖掘掘机工作作装置控控制系统统一、工作作装置自自动挖掘掘系统原原理对挖掘机机工作装装置的轨轨迹控制制就是对对动臂L1、斗杆L2和铲斗L3在液压油油缸驱动动下绕关关节（销销轴）转转动的相相对转角角:动臂角1、斗杆角角2、铲斗角角3进行控制制。二、挖掘掘轨迹的的计算机机控制将要求的的工作面

13、面倾角和铲斗切切削角输入计算机输入所希希望的速速度V算出（1）与目标值一一致的斗斗齿切削削速度的的水平分分量Vx和垂直分量Vy（2）动臂角角、斗杆杆角、铲铲斗角求求得各液压缸缸的伸缩缩量及速速度计算结果果作为液液压伺服系统统的输入入，送进进伺服放放大器，经过伺伺服阀和伺服液液压缸而而启动换换向阀工作液压压缸作所所需的相应应伸缩。液压缸的的伸缩又又被反馈馈到伺服服放大器器和计算算机，作作为后续续计算及及动作修修正依据据。三、自动动挖掘系系统组成成及工作作原理自动挖掘掘系统由角度传传感器（动臂、斗柄、铲斗和和机体倾倾斜）、电磁比比例阀、控制器器、角度度设定器器和自动动掘削开开关等组组成。1.平整精

14、加加工：修修整斜坡坡和铲平平地面。根据设定定的坡角角和指定定的切削削角，由由角度传传感器测测得的0、1、2、3角和作业业开始时时的斗尖尖位置，将这些些信号传传给控制制器，通通过控制制器内的的微机进进行运算算，求得得目标切切削面。在掘削削中，根根据斗尖尖位置偏偏离目标标切削面面的偏差差，计算算出动臂臂应处的的位置，由控制制器发出出信号操操纵控制制动臂油油缸，使使斗尖沿沿着目标标切削面面运动。2.压实平整整：斗底底紧贴并并且沿着着斜坡运运动进行行压实平平整。要求：动动臂、斗斗柄和铲铲斗三者者同时动动作。司司机只操操纵斗柄柄，要求求动臂连连动，以以保证斗斗柄端铰铰沿平行行于斜坡坡面的面面运动；同时也

15、也要求斗斗连动，使斗底底接地角角度保持持一定。3.控制制斗倾角角：动臂臂举升的的过程中中斗倾角角保持不不变，以以防斗内内物料撒撒落。要求：电电子控制制系统在在动臂举举升时，控制器器发出信信号，控控制斗倾倾角，随随着动臂臂举升斗斗跟着相相应运动动。4.卸土后斗斗复归控控制：当斗卸完完土后，应自动动回复到到新的挖挖掘位置置。要求:动臂、斗斗柄、斗斗和机体体回转四四者配合合运动，没有不不必要的的调整动动作。12-2自动调平平控制系系统自动调平平系统的的控制对对象：各各种工程程机械上上的工作作装置，如沥青青摊铺机机的熨平平板、水水泥摊铺铺机的机机架、推推土机的的推土刀刀、铣刨刨机的铣铣刨滚等等等。一、

16、控制制原理工作装置置由液压压缸来控控制其升升降的位位移量，液压缸缸在电液液转换元元件的控控制下，输出所所需的运运动和动动力。二、类型型(1)电电机式式。由传传感器检检测路基基的不平平度，用用伺服电电机作为为执行机机构进行行调节。(2)电电液式式。与电电机式式的主要要区别是是其用液液压元件件作为执执行机构构，调节节牵引点点的垂直直位置。(3)全全液压式式。其特特点是检检测装置置和执行行机构都都采用液液压元件件。(4)激激光式。以激光光作为参参考基准准，以光光敏元件件作为转转换器，最后借借助于电电子与液液压元件件来实现现调节。三、摊铺铺机自动动调平系系统电液式式自动调调平系统统又分为为开关式式、比

17、例例式和比比例脉脉冲式三三种。 1）开开关式自自动调平平系统开关式自自动调平平系统由由参考基基准、纵纵坡传感感器、横横坡传感感器、调调平油缸缸及电磁磁阀等组组成。控制阀：普通电电磁换向向阀工作过程程：（1）推铺过程程中，当当左侧路路面不平平而使左左牵引臂臂的牵引引点产生生升降时时，安装装在左牵牵引臂上上的纵坡坡传感器器也将随随之升降降，这就就改变了了传感器器的传感感臂与基基准线之之间的初初始夹角角（一般般为45），从而产产生高度度偏差信信号。（2）纵纵坡传感感器将此此高度偏偏差信号号转变为为电信号号，并经经驱动电电路推动动左侧电电磁阀，使调平平油缸带带动牵引引臂的牵牵引点上上升或下下降，直直到

18、熨平平板恢复复原来的的工作仰仰角，传传感器也也回到原原位。此此时偏差差信号消消失，油油缸停止止调节。（3）右右侧的调调节与左左侧相似似，不同同之处是是它用横横坡传感感器检测测横向坡坡度的变变化，只只要有坡坡度偏差差，右侧侧调平油油缸便进进行调节节，直到到横向坡坡度恢复复设定值值。特点：开开关式自自动调平平系统只只有“开开”和“关”两两种状态态，不管管所检测测到的偏偏差大小小，只要要有偏差差，调平平油缸便便以恒速进行调节节。由于于液压系系统的惯惯性，易易产生超调，很难使偏偏差为零零，系统统易发生生振荡，影响铺铺设路面面的平整整度。结结构简单单，对元元器件性性能要求求不高，价格低低。2）比例例式自

19、动动调平系系统控制阀：比例电磁磁换向阀阀特点：根根据偏差差信号的的大小以以相应的的快慢速速度进行行连续调调节，偏偏差为零零时，调调节速度度也为零零，因此此不存在在因“搜搜索”和和超调引引起的振振荡，性性能较好好。2）比例例脉冲式式自动调调平系统统控制阀：高频开关关型电磁磁换向阀阀工作原理理：在“恒速速调节区区”和“死区”之间设设立“脉脉冲区”。当偏偏差较小小，位于于“死区区”时，系统不不调节；当偏差差进入“脉冲区区”时，控制器器以与偏偏差大小小成比例例的脉冲冲信号推推动电磁磁阀工作作；当偏偏差进入入“恒速速调节区区”时，控制器器输出连连续调节节信号以以恒速调调节液压压缸。特点:价格便宜宜，经济

20、济实用，不会“超调”。但存存在“死死区”，调节精精度不如如比例式式自动调调节系统统。四、平地地机刀板板自动调调平系统统电液式式自动调调平系统统组成：由手动操操纵系统统（包括括泵、手手动操纵纵阀、左左右升降降油缸等等）和自自动控制制部分（包括倾倾斜仪、控制箱箱、电磁磁阀和流流量调整整阀等）组成。工作原理理：在刀板上上装有倾倾斜仪，检出刀刀板的倾倾角值，与倾角角设定器器（在控控制箱内内）设定定的倾角角值在运运算放大大器中进进行比较较，产生生纠正信信号，驱驱动电磁磁阀使油油缸升降降，从而而控制刀刀板，保保持所希希望的倾倾角。五、激光式自自动调平平系统激光调平平系统是是利用激激光发射射机发出出的激光光

21、束为调调平基准准，控制制刮刀升升降油缸缸自动地地调节刮刮刀位置置。激光控制制自动找找平系统统由激光光发射器器、激光光接收器器、控制制器和执执行机构构组成。激光发射射器是由有源源电池驱驱动的一一种激光光发生装装置，它它被安置置在作业业面适当当位置的的三角架架上。激光接受受器的功用是是接受激激光发射射器发来来的高程程光信号号，并根根据相对对基准参参照面的的高度变变化将光光信号转转换成变变化的电电信号，并传输输到控制制器。控制器将激光接接受器传传递来的的电位信信号，经经过数据据分析处处理后转转换成控控制信号号，控制制电磁比比例换向向阀通过过对铲刀刀提升液液压缸的的油量和和方向控控制，实实现铲刀刀的自

22、动动升降。激光式调调平系统统有两种种：一种种是显示示加激光光调平型型，另一一种是激激光调平平与电子子调平结结合型。1）显示示加激光光调平型型典型的是是美国Spectra-Physics公司的Laser-Plane（激光调平平）系统统。该系系统由激激光发射射机、激激光接收收机、控控制箱、显示器器和液压压电磁伺伺服阀组组成。2）激光光调平与与电子调调节结合合型它与电子子调平系系统不同同之处是是纵向刮刮平以激激光束为为基准，而电子子调平系系统中纵纵向刮平平是以基基准绳或或者符合合要求的的路面为为基准。刮刀纵向向刮平采采用激光光调平方方式控制制，而斜斜度控制制采用倾倾斜仪测测量控制制，这样样激光接接收

23、机只只需要安安装一个个，装在在纵向刮刮平控制制一侧的的牵引架架上，以以激光束束为基准准调节这这一侧的的刮刀高高度，倾倾斜仪装装在牵引引架上，可以检检测刮刀刀的横向向斜度，按照设设置的斜斜度要求求控制另另一侧升升降油缸缸。第十三章章施工工机械行行走装置置控制系系统施工机械械行走装装置的控控制，就就是对施施工机械械的传动动、行驶驶、转向向及制动动系统装装置进行行控制，将动力力装置的的动力进进行适当当转化和和传递，以适合合机械行行驶和作作业的需需要，同同时达到到改善机机械操纵纵性能、减轻司司机劳动动强度等等的目的的。常用控制制系统类类型：1.自动换挡挡系统：用于机械械驱动行行驶的车车辆中，实现自动换

24、挡挡变速。2.无级变速速系统：用于全液液压驱动动行驶的的车辆中中，实现现无级变变速。13-1施工机械械自动换换挡系统统自动换挡挡系统：车辆在行行驶过程程中，操操纵者按按行驶需需要控制制操纵手手柄，系系统可根根据发动动机负荷荷和车辆辆运行工工况，自自动换入入不同档档位，达达到变速速的目的的。自动换挡挡系统的的工作原原理：按照换挡挡规律的的要求，随着控控制参数数的变化化，自动动地选择择最佳换换挡点，发出换换挡信号号，换挡挡信号操操纵换挡挡执行机机构，完完成挡位位的自动动变换。自动换挡挡系统根根据其换换挡信号号的产生生及控制制换挡阀阀方式的的不同，可分为为液压式和电液式。液压式：是将车辆辆的行驶驶速

25、度v、油门开度度x等行驶状状况参数数转换成成油压信信号P，由油压信信号控制制换挡阀阀完成自自动换挡挡。电液式：是将v、x等行驶状状况参数数转换成成电信号号后输入入电子换换挡控制制器，由由电子换换挡控制制器控制制换挡阀阀而实现现自动换换挡。2.自动动换挡系系统的控控制内容容控制的主主要内容容:换挡规律律的控制和和换挡品质质的控制。换挡规律律是指各排排挡间随随工况参参数自动动进行换换挡的变变化规律律；换挡品质质是指换挡挡过程的的平稳性性，常以以冲击度度来衡量量。3.自动动换挡系系统的基基本组成成电液式：（1）供供油系统统：油滤滤器、油油泵、变变矩器、减压阀阀、背压压阀、锁锁止阀、顺序阀阀、冷却却器

26、等（2）执执行机构构：制动动器、离离合器、闭锁离离合器等等组成。制动器器和离合合器不同同组合的的接合，可构成成变速器器的各前前进挡和和倒退挡挡。(3)换换挡控制制机构：是一个计计算机控控制的开开关电路路，它以以速度传传感器、油门开开度传感感器为依依据，接接受车辆辆的行驶驶状况参参数，再再根据变变速选择择器的电电信号，自动计计算合适适的换挡挡时刻。(4)信信号转换换系统：速度传感感器、油油门开度度电位计计、定位位器和变变速选择择器将车车辆行驶驶状态参参数及其其它选择择参数转转换成电电信号送送至计算算机或电电子控制制机构。4.自动动换挡变变速器控控制系统统1）系统统的组成成及功用用控制系统统包括速

27、速度传感感器、定定位传感感器、变变速控制制器（内内装计算算机）、各电磁磁阀及执执行元件件。工程机械械自动换换挡系统统一般采采用双参参数控制制：油门门开度x和车速v，或发动动机转速速ne和车速v。变速控制制器的功用：按照速度度传感器器信号和和选择器器设定的的位置信信号，自自动设定定最佳的的动力变变速挡位位和变速速时刻。速度传感感器及速度传感感器控制制器的功用：测试变速速器输入入和变矩矩器涡轮轮轴的转转速，将将转速转转换成电电信号并并加工放放大，整整形成约约12V的矩形脉脉冲信号号，然后后送到变变速控制制器中。根据速度度传感器器送来的的脉冲信信号及变变速杆位位置信号号，微型型计算机机通过驱驱动电路路驱动相相应的变