沥青混凝土摊铺机行走液压系统的智能控制应用与分析

沥青混凝土摊铺机行走液压系统的智能控制应用与分析

黄才武

广东冠粤路桥有限公司516830

摘要：工程机械作为我国机械制造的一大产业,对机械工业技术进步发挥巨大的牵动作用。路面摊铺机作为一个国家工程机械技术水平的重要标志,受到发达国家的高度重视。在其基本功能和可靠性已完全得到满足的情况下,各国纷纷将现代控制技术运用到摊铺机上,从而实现操作和控制的智能化,减轻工人的劳动强度,实现技术的升级换代,有效增强工程机械产品的市场竞争力,有力推动经济建设的发展。我国现代交通行业发展较为迅速，使得国内的交通网络越来越发达。而公路的质量和使用寿命则与建筑过程中混凝土和沥青的铺设有着重要的关联，而这也成为了现代公路交通施工行业主要的竞争手段之一。本文将通过引入模糊控制理论对沥青混凝土摊铺机的行走液压系统控制进行研究，实现沥青混凝土摊铺机液压行走系统速度控制的智能化。

关键词：沥青混凝土摊铺机；行走液压系统；基本结构；智能控制系统；

引言

工程机械作为我国机械制造的一大产业,对机械工业技术进步发挥巨大的牵动作用。路面摊铺机作为一个国家工程机械技术水平的重要标志,受到发达国家的高度重视。在其基本功能和可靠性已完全得到满足的情况下,各国纷纷将现代控制技术运用到摊铺机上,从而实现操作和控制的智能化,减轻工人的劳动强度,实现技术的升级换代,有效增强工程机械产品的市场竞争力,有力推动经济建设的发展。在我国,智能路面摊铺机的开发处于起步阶段,一些进口的智能化摊铺机已开始在我国公路路面施工中得到应用。随着我国对路面施工质量要求的提高,国内对智能路面摊铺机的需求将越来越大。

沥青混凝土摊铺机是一种集机、电、液一体化的公路工程机械施工设备,已普遍采用全液压驱动。随着电液控制技术的发展,电气和电子技术在信号检测、放大、计算处理和传输等方面具有明显的优势;在功率转换、放大单元、执行部件方面液压元件又具有更多优越性。因此,作为体现最先进控制技术,实现产品技术升级换代的智能化控制技术得到各国工程机械行业的重视。

1沥青混凝土摊铺机行走液压系统的基本结构

沥青混凝土摊铺机主要是将沥青或混凝土材料摊铺在公路施工面上，采用的是恒速摊铺作业。在实际应用过程中，由于负载改变、送料速度变化、油温上升等因素都会导致摊铺机的运行速度改变，使得摊铺平面发生变化，影响路面的整体质量，因此，摊铺机的各结构之间的配合和系统的控制就显得非常重要。

1.1行走液压泵

行走液压泵是摊铺机的主要动力来源，其主要是利用发动机燃烧过程中所产生的热能和动能，将这些能量转化为压力能，向液压系统内提供压力油，进而推动机械进行运转。

1.2行走液压马达

该马达属于两档交变马达，是将压力油所提供的压力能转化为机械动能的重要结构，通过传动轴的带动，使得机械产生了行驶的动力，并将动力附加在驱动链轮上，实现了机械的整体运动。

1.3电液伺服阀

电液伺服阀是整个液压动力控制系统当中的关键元件。当液压系统的负载压差达到一定程度时，电液伺服阀输出压力油流量和电流量呈正相关，如果输入的电流是反向的，那么压力油的输出也必然是反向的。因此，摊铺机的液压马达的转动速度和运动方向都是由电液伺服阀的输出流量来进行控制，使整个系统能够被稳定控制。

1.4电磁溢流阀

电磁溢流阀是整个系统内的安全阀，主要被用来控制电-液系统所产生的压力，使其保持在一个恒定的范围之内，并对系统的最大输出压力值进行限制，保证系统能够在安全的情况下运行，避免压力过大损坏行走液压系统。

1.5控制电路

摊铺机的控制电路与其它机械的控制电路有着相同的作用，主要就是利用传感器所发出的反馈信号向各结构进行传输。控制电路负责输入指令信号，借助控制系统计算机的分析，对信号进行处理，并产生控制信号，进而操作摊铺机的运行。

2沥青混凝土摊铺机行走液压系统的工作原理

在摊铺机的行走液压马达上设有速度传感器，当液压马达开始运转时，其转速的信号就会被传感器检测到，并将其转化为反馈信号发送到控制计算机当中，计算机接收到反馈信号后将其转化为输出信号，将相应的速度指令进行输出，经过D/A转换器将信号放大，进入到驱动电液伺服阀当中，通过伺服阀和电磁溢流阀来输出和控制马达的转速和摊铺机的行走速度。当所输出的速度指令一定时，摊铺机的驱动轮运转速度就会恒定，而传感器接收和反馈出的电压信号则一定，使得计算机分析出的偏差电压恒定，这样就能够保证沥青混凝土摊铺机能够保证在一定的速度内进行恒速运动，使得沥青和混凝土的浇筑均匀，保证路面施工质量。

3沥青混凝土摊铺机行走液压系统的智能控制系统

摊铺机本身属于多系统所组成的耦合系统，其具有反应速度快、精密度高等优点，但授予电液伺服阀等结构会产生非线性参数，导致各类不确定因素影响系统的控制。因此，为了降低这些不确定因素所带来的风险，可以利用智能控制理念当中的模糊控制来完善摊铺机的行走液压系统。模糊控制系统的核心是模糊控制器，其主要由三个环节构成，包括处理输入信号的模糊量化环节、处理输出信号的模糊控制算法功能环节、负责输出模糊化控制信号的模糊判决环节。在构建模糊化控制器的过程中，最重要的就是将该系统的模糊控制算法建立起来，也就是制定模糊规则表，一般采用Mandani规则。在对控制量进行选取的过程中一定要注意防止超调，以系统稳定运行作为大前提。假设系统实际采样的误差量为e，则误差的变化率为ec，而模糊控制规则为R，由此得出的模糊控制量u=e*R。该公式属于合成规则，在应多不同变量的时产生的控制量公式为：un=e，通过该公式可以求得不同情况下的控制量，进而得出模糊集合，根据这一集合数据就能够应对不同情况下系统的控制输出信号，达到智能应对目的。

4系统智能控制的计算机仿真分析

沥青混凝土摊铺机行走液压系统智能控制需经计算机传感器及控制元件组成控制系统来完成,由系统结构及原理可以得出系统的被控对象仅包括电液伺服阀和液压电机。电液伺服动态响应对系统特性的影响一般可忽略,可以将其看成线性环节。液压电机是二阶非线性,所以被控对象可看成线性环节与非线性环节串联。在仿真分析过程中,设沥青混凝土摊铺机作业时的行驶速度为8m/min,输入的速度信号是阶跃信号。由仿真结果可知,通过智能控制器后沥青混凝土摊铺机速度变化率在90%～96%之间,表明沥青混凝土摊铺机的速度控制性能得到明显提高,智能控制系统可根据工况来调整行驶速度,维持速度恒定。

5结束语

智能控制是未来工程机械发展趋势,将智能控制技术应用到沥青混凝土摊铺机行驶液压系统中,可以克服传统PID控制的控制性能较差,运行过程中产生超调、不稳定,不能快速、可靠地跟踪输入等缺点。从一些应用智能控制技术的进口沥青混凝土摊铺机来看,该摊铺机提高了施工路面的平整度和压实的均匀度、密实度,实现了操作和控制的智能化,减轻了操作机手的劳动强度,很好地满足高等级公路机械化施工的要求。智能控制系统是未来机械制造业的发展趋势，将这一系统应用在沥青混凝土摊铺机的行走液压系统中，能够有效克服传统控制系统难以应对不确定因素的缺点，使得控制系统的输出信号更加稳定，使沥青和混凝土的摊铺质量进一步提升，降低手动操作的劳动量，满足现代工程对于施工机械的要求。但由于我国智能化控制技术在工程机械上的应用仍处于起步阶段,系统存在一些不确定或非线性因素,实际控制效果仍需进一步验证。

参考文献：

[1]唐立平.基于RBF网络的液压系统故障诊断方法[J].工程机械,2014,(11).

[2]张铁.工程建设机械液压系统分析与故障诊断[M].山东:石油大学出版社,2012,（90）.

[3]唐立平.基于RBF网络的液压系统故障诊断方法[J].工程机械,2012(11).