施工机械及其自动化下

施工机械及其自动化

(下篇)

主讲教师：李浩平第九章施工机械自动化概论第一节自动化技术基本概念自动化：机械或设备在无人干预的情况下按规定的程序或指令进行操作或控制的过程。控制器：用来代替人完成控制的设备。被控对象：被控制的机械或设备。自动控制系统：被控对象和控制器组成的系统。自动控制系统的组成：

a.测量机构：用来测量被控量

b.比较机构：用来比较被控量与给定值，得出误差

c.执行机构：按照误差的性质作出控制动作

d.指令机构：给出被控量给定值自动控制系统原理：第二节施工机械控制及自动化施工机械的控制：通过机械、电子、电气、液压和信息等方式对施工机械的动力、行走、工作等装置进行有效控制，以提高机械的动力性、经济性。施工机械的自动化程度：

a.监控：通过微电子技术控制机械自身或外界状态

b.遥控：通过有线或无线电遥控操纵机械

c.半自动：部分机构实现自动控制

d.全自动：全部实现自动控制施工机械控制分类：1）按被控对象分：a.动力装置控制

b.工作装置控制

c.行走装置控制

2）按采用的控制技术：a.机械控制

b.液压控制

c.电子控制

d.电液控制

e.激光控制3）按所控制的自动化程度：

a.监控控制

b.遥控控制

c.半自动控制

d.全自动控制第十一章施工机械动力装置控制系统

一、挖掘机的发动机电子控制系统1.电子功率优化系统（EPOS）EPOS是一种闭环控制系统，工作中它能根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率投入工作。这样既充分利用了发动机的功率，提高了挖掘机的作业效率，又防止了发动机过载熄火。

大宇DH280型挖掘机的电子功率优化系统的组成：柱塞泵斜盘角度调节装置、电磁比例减压阀、EPOS控制器、发动机转速传感器及发动机油门位置传感器等。控制制过过程程：：当工工作作模模式式选选择择开开关关处处于于““H方式式(最大大供供油油位位置置））””位位置置，，1）装装有有微微电电脑脑的的EPOS控制制器器的的端端子子上上有有电电压压信信号号（（即即油油门门拉拉杆杆处处于于最最大大供供油油位位置置））时时，，EPOS控制制器器便便不不断断地地通通过过转转速速传传感感器器检检测测发发动动机机的的实实际际转转速速，，并并与与控控制制器器内内所所贮贮存存的的发发动动机机额额定定转转速速值值相相比比较较。。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：即标标准作业模模式。液压压泵输入功功率的总和和约为发动动机最大功功率的85％。对于DH280型挖掘机，，当选择H模式而油门门未处于最最大供油位位置时，控控制器也将将自动地使使挖掘机处处于S模式，并且且与转速传传感器所测测得的转速速值无关。。（3）F模式：为轻轻载作业模模式。液压压泵输入总总功率约为为发动机最最大功率的的60％，适合于于挖掘机的的平整作业业。在F模式下EPOS控制器向电电磁换向阀阀提供电流流，换向阀阀的换向接接通了安装装在发动机机高压油泵泵处小驱动动油缸的油油路。于是是活塞杆伸伸出，将发发动机油门门关小，使使发动机的的转速降至至1450r/min左右。自动怠速控控制作用：装有有自动怠速速装置的挖挖掘机，当当操纵杆回回中位达数数秒时，发发动机能自自动进入低低速运转，，从而可减减小液压系系统的空流流损失和发发动机的磨磨损，起到到节能和降降低噪声的的作用。大宇DH280型挖掘机的的自动怠速速装置：在在液压回路路中装有两两个压力开开关，挖掘掘机工作过过程中两开开关都处于于开启状态态。当左右右两操纵杆杆都处于中中立位置，，即挖掘机机停止作业业时，两开开关闭合。。如果此时自自动怠速开开关是处于于接通位置置，并且两两个压力开开关闭合4S以上，EPOS控制器便向向自动怠速速电磁换向向阀（和F模式用同一一换向阀））提供电流流，接通自自动怠速小小驱动油缸缸的油路，，油缸活塞塞杆推动油油门拉杆减减小发动机机的供油量量，使发动动机自动进进入低速运运转。扳动动操纵杆重重新作业时时，发动机机将自动快快速地恢复复到原来的的转速状态态。2.电喷系系统的概念念柴油机电喷喷系统（即电子控控制柴油喷喷射系统））是指柴油机机供给系，，利用各种种传感器，，将影响发发动机性能能的全部（（或部分））信号转换换成电信号号，通过控控制装置对对输入的电电信号进行行的处理，，然后产生生新的信号号输给执行行器，控制制柴油机供供给系的工工作。作用：对喷油系统进进行电子控制制，实现对喷喷油量以及喷喷油定时等运运行工况的实实时控制。（1）结构电子控制柴油油喷射系统由由3个部分组成：：即传感器、控制制器与执行器器。传感器将柴油机工作作中各种工况况的信息，如如转速、各种种介质的温度度、运转工况况等，转换成成电信号输入入到控制器。。控制器按预定的程序序对各种传感感器的输入信信号进行处理理、计算、判判断或决策。。然后，产生生新的信号输输给执行器（（输出装置））。执行器将控制器输入入的信号转换换为机械运动动，即通过电电能、液压、、气压等或它它们之间的组组合作用，对对外作功，推推动柴油机的的某个装置运运动，以完成成所需要的控控制任务。例例如，实现喷喷油量、喷油油定时与排气气再循环的控控制等。3.挖掘机电电子油门控制制系统以小松PC200－－5挖掘机为例：：电子油门控制制系统由油门门控制器、调调速器马达、、燃油控制盘盘、监控仪表表盘、蓄电池池继电器等组组成。该系统的功能能有三个：发发动机转速的的控制、自动动升温控制和和发动机停车车控制。(1)发动机机转速的控制制发动机的转速速通过燃油控控制盘来选定定。装有微电电脑的油门控控制器根据电电压计算出所所选定的发动动机转速的大大小。继而控控制调节调速速器马达，达达到调节喷油油泵的供油量量，最终控制制发动机转速速的目的。整个过程如下下：控制器根据所所测得的燃油油控制盘电位位器的输出电电压大小，驱驱动调速器马马达使其正转转或反转，通通过连杆机构构驱动供油拉拉杆，调节供供油量（柱塞塞行程），即即调节发动机机转速。直到到马达转角电电位器所反馈馈回的马达实实际转角位置置（即实际循循环供油量或或发动机转速速）与燃油控控制盘的位置置相符为止。。(2)自动升升温控制如果冷却水的的温度低于30℃并且燃油控制制盘所选定的的发动机转速速低于1200r/min，监控仪表盘盘中的电脑便便向发动机油油门控制器电电脑发出““升温”信号号。油门控制制器电脑收到到此信号后，，便驱动调速速器马达使发发动机转速上上升至1200r/min，以便缩短发发动机的暖机机时间。以下三个条件件之一满足时时，发动机的的自动升温功功能被取消：：①冷却水温度度超过30℃；②燃油控制盘盘处于满量程程的70％以上、发动动机高速空转转超过3S；③升温时间超超过l0min。(3)发动机机停车控制当检测到起动动开关转至““切断”位置置，油门控制制器输出电流流，驱动蓄电电池继电器使使其触点保持持闭合，以保保持主电路的的继续接通。。同时，控制制器驱动调速速器马达，将将喷油泵的供供油拉杆拉向向停止供油位位置，从而使使发动机熄火火。供油拉杆杆处于““停油”位置置之后，控制制器延时2.5S，然后使蓄电电池继电器断断电，切断主主电路。第十二章施施工机械工工作装置控制制系统§12-1液压挖掘机工工作装置控制制系统一、工作装置置自动挖掘系系统原理对挖掘机工作作装置的轨迹迹控制就是对对动臂L1、斗杆L2和铲斗L3在液压油缸驱驱动下绕关节节（销轴）转转动的相对转转角:动臂角θ1、斗杆角θ2、铲斗角θ3进行控制。二、挖掘轨迹迹的计算机控控制将要求的工作作面倾角和铲斗切削角角输入计算机输入所希望的的速度V算出（1）与目标值一致的的斗齿切削速速度的水平分分量Vx和垂直分量Vy（2）动臂角、斗斗杆角、铲斗斗角求求得各液压缸的伸伸缩量及速度度计算结果作为为液压伺服系统的输输入，送进伺伺服放大器，，经过伺服阀阀和伺服液压缸缸而启动换向向阀工作液压缸作作所需的的相相应应伸伸缩缩。。液压压缸缸的的伸伸缩缩又又被被反反馈馈到到伺伺服服放放大大器器和和计计算算机机，，作作为为后后续续计计算算及及动动作作修修正正依依据据。。三、、自自动动挖挖掘掘系系统统组组成成及及工工作作原原理理自动动挖挖掘掘系系统统由角角度度传传感感器器（（动动臂臂、、斗斗柄柄、、铲铲斗斗和和机机体体倾倾斜斜））、、电电磁磁比比例例阀阀、、控控制制器器、、角角度度设设定定器器和和自自动动掘掘削削开开关关等等组组成成。。1.平整整精精加加工工：：修修整整斜斜坡坡和和铲铲平平地地面面。。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θ0、θ1、θ2、θ3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、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、比例例式和比比例－脉脉冲式三三种。1）开开关关式自自动调调平系系统开关式式自动动调平平系统统由参参考基基准、、纵坡坡传感感器、、横坡坡传感感器、、调平平油缸缸及电电磁阀阀等组组成。。控制阀阀：普普通电电磁换换向阀阀工作过过程：：（1））推铺过过程中中，当当左侧侧路面面不平平而使使左牵牵引臂臂的牵牵引点点产生生升降降时，，安装装在左左牵引引臂上上的纵纵坡传传感器器也将将随之之升降降，这这就改改变了了传感感器的的传感感臂与与基准准线之之间的的初始始夹角角（一一般为为45º）），从从而产产生高高度偏偏差信信号。。（2））纵纵坡坡传传感感器器将将此此高高度度偏偏差差信信号号转转变变为为电电信信号号，，并并经经驱驱动动电电路路推推动动左左侧侧电电磁磁阀阀，，使使调调平平油油缸缸带带动动牵牵引引臂臂的的牵牵引引点点上上升升或或下下降降，，直直到到熨熨平平板板恢恢复复原原来来的的工工作作仰仰角角，，传传感感器器也也回回到到原原位位。。此此时时偏偏差差信信号号消消失失，，油油缸缸停停止止调调节节。。（3））右右侧侧的的调调节节与与左左侧侧相相似似，，不不同同之之处处是是它它用用横横坡坡传传感感器器检检测测横横向向坡坡度度的的变变化化，，只只要要有有坡坡度度偏偏差差，，右右侧侧调调平平油油缸缸便便进进行行调调节节，，直直到到横横向向坡坡度度恢恢复复设设定定值值。。特点点：：开开关关式式自自动动调调平平系系统统只只有有““开开””和和““关关””两两种种状状态态，，不不管管所所检检测测到到的的偏偏差差大大小小，，只只要要有有偏偏差差，，调调平平油油缸缸便便以以恒速进行调节。由由于液压系统统的惯性，易易产生超调，很难使偏差为为零，系统易易发生振荡，，影响铺设路路面的平整度度。结构简单单，对元器件件性能要求不不高，价格低低。2）比例式自自动调平系统统控制阀：比例电磁换向向阀特点：根据偏偏差信号的大大小以相应的的快慢速度进进行连续调节节，偏差为零零时，调节速速度也为零，，因此不存在在因“搜索””和超调引起起的振荡，性性能较好。2）比例脉冲冲式自动调平平系统控制阀：高频开关型电电磁换向阀工作原理：在“恒速调节节区”和“死死区”之间设设立“脉冲区区”。当偏差差较小，位于于“死区”时时，系统不调调节；当偏差差进入“脉冲冲区”时，控控制器以与偏偏差大小成比比例的脉冲信信号推动电磁磁阀工作；当当偏差进入““恒速调节区区”时，控制制器输出连续续调节信号以以恒速调节液液压缸。特点:价格便宜，经经济实用，不不会“超调””。但存在““死区”，调调节精度不如如比例式自动动调节系统。。四、平地机刀刀板自动调平平系统电－液式自动动调平系统组成：由手动操纵系系统（包括泵泵、手动操纵纵阀、左右升升降油缸等））和自动控制制部分（包括括倾斜仪、控控制箱、电磁磁阀和流量调调整阀等）组组成。工作原理：在刀板上装有有倾斜仪，检检出刀板的倾倾角值，与倾倾角设定器（（在控制箱内内）设定的倾倾角值在运算算放大器中进进行比较，产产生纠正信号号，驱动电磁磁阀使油缸升升降，从而控控制刀板，保保持所希望的的倾角。五、激光式自动调调平系统激光调平系统统是利用激光光发射机发出出的激光束为为调平基准，，控制刮刀升升降油缸自动动地调节刮刀刀位置。激光控制自动动找平系统由由激光发射器器、激光接收收器、控制器器和执行机构构组成。激光发射器是由有源电池池驱动的一种种激光发生装装置，它被安安置在作业面面适当位置的的三角架上。。激光接受器的功用是接受受激光发射器器发来的高程程光信号，并并根据相对基基准参照面的的高度变化将将光信号转换换成变化的电电信号，并传传输到控制器器。控制器将激光接受器器传递来的电电位信号，经经过数据分析析处理后转换换成控制信号号，控制电磁磁比例换向阀阀通过对铲刀刀提升液压缸缸的油量和方方向控制，实实现铲刀的自自动升降。激光式调平系系统有两种：：一种是显示示加激光调平平型，另一种种是激光调平平与电子调平平结合型。1）显示加激激光调平型典型的是美国国Spectra-Physics公司的Laser-Plane（激光调平）系系统。该系统统由激光发射射机、激光接接收机、控制制箱、显示器器和液压电磁磁伺服阀组成成。2）激光调平平与电子调节节结合型它与电子调平平系统不同之之处是纵向刮刮平以激光束束为基准，而而电子调平系系统中纵向刮刮平是以基准准绳或者符合合要求的路面面为基准。刮刀纵向刮平平采用激光调调平方式控制制，而斜度控控制采用倾斜斜仪测量控制制，这样激光光接收机只需需要安装一个个，装在纵向向刮平控制一一侧的牵引架架上，以激光光束为基准调调节这一侧的的刮刀高度，，倾斜仪装在在牵引架上，，可以检测刮刮刀的横向斜斜度，按照设设置的斜度要要求控制另一一侧升降油缸缸。第十三三章施施工工机械械行走走装置置控制制系统统施工机机械行行走装装置的的控制制，就就是对对施工工机械械的传传动、、行驶驶、转转向及及制动动系统统装置置进行行控制制，将将动力力装置置的动动力进进行适适当转转化和和传递递，以以适合合机械械行驶驶和作作业的的需要要，同同时达达到改改善机机械操操纵性性能、、减轻轻司机机劳动动强度度等的的目的的。常用控控制系系统类类型：：1.自动换换挡系系统：：用于机机械驱驱动行行驶的的车辆辆中，，实现现自动换换挡变变速。。2.无级变变速系系统：：用于全全液压压驱动动行驶驶的车车辆中中，实实现无无级变变速。。§13-1施工机机械自自动换换挡系系统自动换换挡系系统：：车辆在在行驶驶过程程中，，操纵纵者按按行驶驶需要要控制制操纵纵手柄柄，系系统可可根据据发动动机负负荷和和车辆辆运行行工况况，自自动换换入不不同档档位，，达到到变速速的目目的。。自动动换换挡挡系系统统的的工工作作原原理理：：按照照换换挡挡规规律律的的要要求求，，随随着着控控制制参参数数的的变变化化，，自自动动地地选选择择最最佳佳换换挡挡点点，，发发出出换换挡挡信信号号，，换换挡挡信信号号操操纵纵换换挡挡执执行行机机构构，，完完成成挡挡位位的的自自动动变变换换。。自动动换换挡挡系系统统根根据据其其换换挡挡信信号号的的产产生生及及控控制制换换挡挡阀阀方方式式的的不不同同，，可可分分为为液压式和电液式。液压式：：是将车辆辆的行驶驶速度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的控制。换挡规律是指各排挡间间随工况参数数自动进行换换挡的变化规规律；换挡品质是指换挡过程程的平稳性，，常以冲击度度来衡量。3.自动换挡挡系统的基本本组成电液式：（1）供油系系统：油滤器器、油泵、变变矩器、减压压阀、背压阀阀、锁止阀、、顺序阀、冷冷却器等（2）执行机机构：制动器器、离合器、、闭锁离合器器等组成。制制动器和离合合器不同组合合的接合，可可构成变速器器的各前进挡挡和倒退挡。。(3)换挡控控制机构：是一个计算机机控制的开关关电路，它以以速度传感器器、油门开度度传感器为依依据，接受车车辆的行驶状状况参数，再再根据变速选选择器的电信信号，自动计计算合适的换换挡时刻。(4)信号转转换系统：速度传感器、、油门开度电电位计、定位位器和变速选选择器将车辆辆行驶状态参参数及其它选选择参数转换换成电信号送送至计算机或或电子控制机机构。4.自动换挡挡变速器控制制系统1）系统的组组成及功用控制系统包括括速度传感器器、定位传感感器、变速控控制器（内装装计算机）、、各电磁阀及及执行元件。。工程机械自动动换挡系统一一般采用双参参数控制：油油门开度x和车速v，或发动机转转速ne和车速v。变速控制器的功用：按照速度传感感器信号和选选择器设定的的位置