遙控式溝槽振動壓路機(jī)結(jié)構(gòu)及其技術(shù)控制方案

陸忠英

摘要：介紹了遙控式溝槽振動壓路機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式、適用場合及其性能特點(diǎn)；基于遙控實(shí)現(xiàn)方案，闡述了兩種類型油門驅(qū)動器對發(fā)動機(jī)油門大小的控制方式；針對溝槽振動壓路機(jī)自身功能需求，依次分析了液壓行走系統(tǒng)、液壓振動系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的遙控控制方案，可編程控制器不僅向各個(gè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)發(fā)出電信號指令，同時(shí)還對機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反饋式實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警。研究內(nèi)容為國內(nèi)制造和推廣遙控式溝槽振動壓路機(jī)提供了理論依據(jù)與參考。

關(guān)鍵詞：遙控；溝槽；振動壓路機(jī)；控制方案

中圖分類號：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： The basic structural form， application scope and performance characteristics of remote-controlled groove vibratory roller were introduced. Based on remote control implementation scheme， the control pattern of engine throttle involving two kinds of drives was expounded. Aimed at groove vibratory rollers functional requirements， the remote control scheme for hydraulic walking system， vibration system and steering system were analyzed. Programmable logic controller can not only send electrical signals to various motion mechanisms， but also detect the operation state and raise the fault alarm in real time. The research provides theoretical basis and reference for the manufacturing and popularization of remote-controlled groove vibratory roller.

Key words： remote control； groove； vibratory roller； control scheme

0 引 言

遙控式溝槽振動壓路機(jī)打破了常規(guī)自行式和手扶式控制方式，通過操作遙控器實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等一系列動作指令，具有操作簡便、遠(yuǎn)離振動、省時(shí)省力的優(yōu)勢。隨著電子與液壓控制技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)近幾年開始引進(jìn)并制造此類型壓實(shí)機(jī)械，山東濟(jì)寧路德威工程機(jī)械有限公司是國內(nèi)首家制造遙控式溝槽振動壓路機(jī)的廠家。

遙控式溝槽振動壓路機(jī)是壓實(shí)場合需要和技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，本文闡述遙控式溝槽壓路機(jī)的主要結(jié)構(gòu)形式，并針對其行走系統(tǒng)、振動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵控制技術(shù)進(jìn)行技術(shù)方案介紹與分析。

1 遙控式溝槽振動壓路機(jī)

遙控式溝槽振動壓路機(jī)主要用于對建筑地基、溝槽等人工不便于操作的場地進(jìn)行壓實(shí)，工作場所允許活動范圍有限，要求壓實(shí)機(jī)械的整機(jī)尺寸小，機(jī)器機(jī)動性好，便于靈活施工，所以溝槽壓路機(jī)的噸位不能過大。目前市場上噸位主要集中在1.5～2 t之間，例如維克諾森RT82-SC型為1.56 t[1]，寶馬格BMP9500型為1.585 t，路德威RWYL202型為1.53 t，這三款遙控式溝槽壓路機(jī)均為鉸接式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，如圖1所示。前后車架以鉸接架為連接紐帶，以“折腰”方式進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，此形式的轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)彎通道寬度達(dá)到最小化，具有最佳的機(jī)動性能[2]；前后鉸接對稱式機(jī)構(gòu)使得前后鋼輪的靜線壓力更易于相等匹配，激振機(jī)構(gòu)位于鋼輪內(nèi)部，振動輪為整機(jī)振動源，車架支撐在鋼輪中間，鋼輪寬度大于車架外側(cè)板，鋼輪邊緣可直接貼邊壓實(shí)，不留死角且不碰撞機(jī)體。

鉸接式溝槽振動壓路機(jī)體積小，但動力總成、行走、振動、轉(zhuǎn)向等液壓系統(tǒng)均布置在內(nèi)，因而制造成本相對較高。國內(nèi)廠家在吸收國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對手扶式振動壓路機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，制造出了遙控式壓路機(jī)，此種機(jī)型車架為整體式，通過前輪擺動進(jìn)行轉(zhuǎn)向，振動機(jī)構(gòu)在車架體內(nèi)部，車架體與其下兩鋼輪之間是剛性連接，與其上的支撐體彈性連接，彈性體上布置動力總成、液壓元件等部件，車架體和兩鋼輪作為整體參與振動（圖2）。

遙控式溝槽壓路機(jī)主要適用于壓實(shí)地基、道路和停車場的挖掘物與底基層，尤其是對溝槽、建筑地基底部等空間比較狹小的場合壓實(shí)效果較好，這主要是因?yàn)槠渌鶋簩?shí)材料以粘性軟土土壤為主，振動輪普遍帶有凸塊壓實(shí)結(jié)構(gòu)。無線遙控使得壓路機(jī)振幅和振動頻率適當(dāng)增大，以提高效率和質(zhì)量。操縱人員在溝槽外（遠(yuǎn)離惡劣施工環(huán)境的條件下）完成對壓路機(jī)所有功能的操作控制，安全系數(shù)較高，整機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測，反饋到遙控器上的報(bào)警燈或顯示屏，解放施工人員的同時(shí)，壓實(shí)效果也有質(zhì)的飛躍。

2 遙控技術(shù)方案

2.1 整體控制方案

遙控器以紅外線或無線電的形式向接收機(jī)發(fā)出控制信號，接收機(jī)接收到信號后將其傳遞給控制器，控制器處理信號后向各個(gè)執(zhí)行元件發(fā)出指令，進(jìn)而控制各個(gè)執(zhí)行元件的動作。針對振動壓路機(jī)的性能特點(diǎn)，溝槽式振動壓路機(jī)需要遙控實(shí)現(xiàn)以下功能：發(fā)動機(jī)啟動、熄火以及油門大小控制；壓路機(jī)前進(jìn)、后退以及行走速度大小控制；壓路機(jī)振動輪起振、停振控制；壓路機(jī)左、右轉(zhuǎn)向控制；實(shí)時(shí)檢測柴油機(jī)水溫、機(jī)油壓力、燃油量等附屬功能。

功能控制如圖3所示，接收機(jī)與控制器之間通過CAN總線連接，控制器可編程，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的指令編寫相應(yīng)的語言程序并輸入到控制器中，控制器生產(chǎn)廠家所用程序語言均有所差別，主要包括梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊圖語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）等?？刂破骺煽刂瓢l(fā)動機(jī)啟動電機(jī)通電，進(jìn)而控制發(fā)動機(jī)啟動，同時(shí)還控制著發(fā)動機(jī)電子輸油泵的通電與斷電。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動時(shí)，電子輸油泵得電給發(fā)動機(jī)供給燃油；當(dāng)需要發(fā)動機(jī)熄火時(shí)，手動按下遙控器熄火按鈕，信號經(jīng)處理后發(fā)出電子輸油泵斷電指令，燃油系統(tǒng)中斷后發(fā)動機(jī)熄火。實(shí)時(shí)監(jiān)測的發(fā)動機(jī)水溫和機(jī)油壓力通過對應(yīng)傳感器反饋信號從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警，發(fā)動機(jī)啟動與熄火是最基本的遙控要求，其他控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、行走、振動、轉(zhuǎn)向等功能均需要配置額外電氣液壓元件并進(jìn)行組合而實(shí)現(xiàn)。endprint

2.2 發(fā)動機(jī)油門控制

控制發(fā)動機(jī)油門大小即控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到功率與燃油消耗最佳組合的工作狀態(tài)。目前市場上大多數(shù)發(fā)動機(jī)油門的大小是通過直接或間接推動發(fā)動機(jī)機(jī)體上的油門拉板來實(shí)現(xiàn)的，少數(shù)全電控發(fā)動機(jī)采用電子油門控制。針對油門拉板的結(jié)構(gòu)形式，主要有兩種類型的電動油門驅(qū)動器，一種是輸出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)式，一種是直線往復(fù)伸縮式。油門拉板一端固定在發(fā)動機(jī)機(jī)體上，拉動另一端使之繞定軸轉(zhuǎn)動，拉板的運(yùn)動軌跡是圓弧。旋轉(zhuǎn)式油門驅(qū)動器輸出的是轉(zhuǎn)軸角度的變化，垂直于轉(zhuǎn)軸固定有撥動板，撥動板與油門拉板同相位連接，輸出的轉(zhuǎn)動角度即是油門拉桿擺動角度，該驅(qū)動器對油門控制精確度較高，需要根據(jù)油門拉板的實(shí)際位置確定撥動板和驅(qū)動器固定位置，布置完成后根據(jù)油門拉板的行程對轉(zhuǎn)軸輸出角度進(jìn)行調(diào)整，以防止油門行程調(diào)節(jié)過大或過小。圖4所示是一種自帶程序調(diào)節(jié)控制的旋轉(zhuǎn)式油門驅(qū)動器，電腦可對其輸出旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)角速度進(jìn)行調(diào)整，以匹配與其相連的發(fā)動機(jī)。此種類型的油門驅(qū)動器對安裝和調(diào)試要求較高，優(yōu)點(diǎn)是安裝完成后對發(fā)動機(jī)油門的控制精度較高，機(jī)械結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)故障，后期調(diào)整只需要對驅(qū)動器進(jìn)行程序調(diào)節(jié)輸出角度即可。

工程機(jī)械中手動控制油門機(jī)構(gòu)是推拉軟軸裝置，依靠油門拉板的自動回位力減小油門，軟軸末端直接連接在拉板上，在直線方向上拉動油門拉板，直線往復(fù)式油門驅(qū)動器正是基于此方式而產(chǎn)生，如圖5所示。油門驅(qū)動器輸出的是軟軸拉索，通電（斷電）時(shí)驅(qū)動器輸出桿直線運(yùn)動拉動（釋放）拉索，拉索尾端的U型件與發(fā)動機(jī)油門拉板相連，完成對油門大小的控制。這種帶有軟軸拉索的油門驅(qū)動器需要根據(jù)發(fā)動機(jī)油門拉板的行程選擇伸縮行程，其布置方式較為靈活，驅(qū)動器可在遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)的合適位置放置，此類型驅(qū)動器直線控制油門拉板并且伸縮速度不受控制，控制油門精度相對程序可調(diào)的旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器較粗糙，但是其成本較低，由于工程機(jī)械對油門靈敏度要求不高，因此深受主機(jī)廠家青睞。

2.3 液壓行走系統(tǒng)控制

隨著液壓傳動技術(shù)的發(fā)展和液壓元件可靠性的不斷提升，壓路機(jī)的傳動系統(tǒng)越來越多地采用液壓傳動技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械傳動相比較，液壓傳動系統(tǒng)具有可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易于實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、系統(tǒng)傳動平穩(wěn)、便于空間布置等優(yōu)勢[3]。壓路機(jī)液壓行走系統(tǒng)普遍采用的是變量泵與定量馬達(dá)組合的方式，變量泵依靠流量控制手柄調(diào)節(jié)液壓油的輸出流量，液壓油可正向或反向輸出，進(jìn)而控制著行走馬達(dá)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，馬達(dá)驅(qū)動鋼輪轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走的前進(jìn)或后退。控制壓路機(jī)行走速度的關(guān)鍵是對變量泵的流量實(shí)現(xiàn)控制，遙控技術(shù)最終是要用電信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此電控排量的變量泵成為遙控機(jī)械的首選。

圖6是一款電控變量泵，由主泵體和電控模塊組成，電控模塊取代了流量控制手柄，內(nèi)部電動機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)泵的輸出流量，接插件與控制器之間線束連接，變量泵未通電時(shí)內(nèi)置斜盤自動復(fù)位到豎直中位狀態(tài)，此時(shí)無流量輸出，當(dāng)通電時(shí)斜盤傾斜輸出液壓油，馬達(dá)在油液的驅(qū)動下開始工作。遙控器上的前進(jìn)和后退控制信號在控制器的處理下控制著斜盤兩個(gè)方向的傾斜，和汽車換向方式一樣，必須在停車的情況下進(jìn)行前進(jìn)或后退的轉(zhuǎn)換。行駛速度可以是多擋位有級設(shè)置，反映在遙控器是多擋按鈕；也可以是無級調(diào)速，反應(yīng)在遙控器上是調(diào)速搖桿。針對不同速度需要編寫對應(yīng)程序輸入控制器可實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速功能。

2.4 液壓振動系統(tǒng)控制

壓路機(jī)振動系統(tǒng)多采用開式液壓系統(tǒng)，不管是單頻率振動還是多頻率振動，普遍采用電磁閥控制油路實(shí)現(xiàn)起振和停振，操縱平臺上的振動開關(guān)對電磁閥通電或斷電進(jìn)行控制，圖7是振動系統(tǒng)簡化液壓原理。電磁閥得電時(shí)電磁鐵吸力克服閥芯彈簧力，油液P口進(jìn)B口出，油液經(jīng)振動馬達(dá)驅(qū)動鋼輪振動；電磁閥斷電時(shí)電磁鐵失去吸力，在彈簧力作用下閥芯回位，此時(shí)油液P口進(jìn)A口出，直接回到液壓油箱，振動輪停止振動。振動電信號控制是實(shí)現(xiàn)遙控的最佳途徑，而控制器所能實(shí)現(xiàn)的正是對電信號的控制，所以振動系統(tǒng)的遙控相對容易實(shí)現(xiàn)，控制器直接控制電磁閥通電或斷電即可。

2.5 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制

轉(zhuǎn)向器是轉(zhuǎn)向盤式壓路機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必備液壓元件之一，轉(zhuǎn)向盤帶動轉(zhuǎn)向器左右旋轉(zhuǎn)，液壓油輸出方向發(fā)生變化，轉(zhuǎn)向油缸伸長或縮短，壓路機(jī)向左或向右轉(zhuǎn)。遙控壓路機(jī)沒有轉(zhuǎn)向盤機(jī)構(gòu)，因此轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn)控制難以實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)向器引導(dǎo)液壓油通向轉(zhuǎn)向油缸大腔或小腔，轉(zhuǎn)向停止時(shí)液壓油返回液壓油箱，轉(zhuǎn)向即時(shí)停止，大腔和小腔供油是實(shí)現(xiàn)油液換向，此功能可等同三位四通電磁閥，電信號驅(qū)動機(jī)構(gòu)均可通過控制器進(jìn)行控制。圖8是三位四通電磁閥控制轉(zhuǎn)向油缸的液壓原理。

圖8中，控制轉(zhuǎn)向油缸運(yùn)動的是M型三位四通換向閥，且具有正反兩組電磁鐵，兩路線束獨(dú)立控制，控制轉(zhuǎn)向油缸的兩個(gè)運(yùn)動方向：電磁閥不通電時(shí)，閥芯處于中位狀態(tài)，液壓油P口進(jìn)T口出，直接回到液壓油箱，此時(shí)油缸不運(yùn)動；當(dāng)控制左位電路通電時(shí)，液壓油P口進(jìn)A口出，此時(shí)轉(zhuǎn)向油缸處于收縮狀態(tài)；當(dāng)控制右位電路通電時(shí)，液壓油P口進(jìn)B口出，此時(shí)轉(zhuǎn)向油缸處于伸長狀態(tài)。經(jīng)分析可知，三位四通電磁閥可完全控制油缸兩個(gè)方向的運(yùn)動，遙控轉(zhuǎn)向方案可采用上述原理，遙控器上的左右轉(zhuǎn)向按鈕分別操縱控制器對兩個(gè)電磁鐵的通電或斷電，不通電時(shí)油路及時(shí)切斷，保證轉(zhuǎn)向正常進(jìn)行。

3 結(jié) 語

（1） 遙控式溝槽振動壓路機(jī)改善了施工人員的工作環(huán)境，提高了壓實(shí)效率和壓實(shí)質(zhì)量，其良好的機(jī)動性能是壓實(shí)溝槽、建筑地基底部等受空間限制場地較理想的壓實(shí)機(jī)械。

（2） 遙控技術(shù)以紅外線或無線電的方式發(fā)出功能指令，信號經(jīng)可編程控制器處理后均是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供電信號，因此實(shí)現(xiàn)遙控的關(guān)鍵是根據(jù)功能需要選擇合適的電控執(zhí)行元件。

（3） 直線往復(fù)伸縮式油門驅(qū)動器空間布置靈活、調(diào)試簡單容易且成本較低，可完全滿足壓實(shí)機(jī)械的工作需要。

（4） 壓路機(jī)行走速度的控制主要是對變量泵的排量實(shí)現(xiàn)控制，電控變量泵的排量變化比例均勻且易于電控，無級調(diào)速平穩(wěn)，是實(shí)現(xiàn)遙控操縱的首選液壓元件；液壓振動系統(tǒng)和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均可通過電磁閥實(shí)現(xiàn)鋼輪振動和整機(jī)轉(zhuǎn)向的控制，遙控技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]endprint