CN103306233B - 一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，该方法通过滚刷马达压力传感器和液压油缸压力传感器对压力信号实时监测，通过PLC控制器控制整体升降油缸和支撑轮油缸，自动调节滚刷和支撑轮的位置，对滚刷和支撑轮的位置实现随动控制，从而实现对滚刷磨损的自动补偿，解决了现有滚刷装置适应路况能力差，不能对磨损进行实时补偿而导致除雪效果差的问题；本发明的方法可以有效根据不同除雪任务设置合适的泵负载压力，实现不同除雪厚度任务；实现滚刷工作过程中滚刷与地面间距的实时调整，为机场等高要求的除雪提供有效的控制方法。

Description

一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法

技术领域

本发明属于道路除雪领域，涉及一种除雪车，具体涉及一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法。

背景技术

在冬季，中国有四分之三的国土有降雪。特别是北方，冬季降雪时间长，部分寒冷地区降雪期长达5～6个月，雪量大，气温低，造成路面积雪结冰，容易引发交通事故，造成公路交通中断、铁路停运、机场关闭，尤其是航空业受降雪影响最大。

降雪后快速除雪已经成为北方城市各大机场的一大困惑，为解决这些难题，研究者关于道路和机场的除雪设备进行了大量的研究。现有的除雪方法有人工除雪、机械除雪和化学除雪等方法，人工除雪效率太低，适合城市地区；道路和机场常用后两种方法或者二者结合的方法，由于化学融雪剂会对环境造成影响，机械除雪方法和设备应用最广。目前，中国已有大型扫雪车、手扶式多功能扫雪车，轻型和重型推雪铲等一系列的除雪设备，但是智能化程度和除雪效果仍需要提高。

机场除雪要求质量高，需要对浮雪、冻雪以及二者混合物的快速清除，需要综合除雪设备，其中滚刷清扫方式是机场除雪车必不可少的除浮雪方法。现有的滚刷清扫方式，由于大多是将滚刷安装在装载机、平地机或者其他通用卡车上，工作前将滚刷调节到与地面合适的方式进行滚扫除雪，这种方式难以适应不同平整度的地面作业。德国schmidt针对机场开发了综合除雪车，在滚刷两侧安装浮动的支撑轮，可以有效适应坡面等不同平整度的路面。然而滚刷经过长时间的工作后将会发生磨损，造成滚刷不能充分接触地面，除雪效果变差。

现有的除雪滚刷通常情况下都是固定在卡车、装载机或者平地机上，仅能实现手动的升降控制，难以保证滚刷与地面的实时有效接触。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的是提供一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，解决了现有滚刷装置适应路况能力差，不能对磨损进行实时补偿而导致除雪效果差的问题。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，该方法按照以下步骤进行：

步骤一，启动：

PLC控制器通过左支撑轮油缸比例阀调节左支撑轮油缸使得左支撑轮收缩到极限位置，PLC控制器通过右支撑轮油缸比例阀调节右支撑轮油缸使得右支撑轮收缩到极限位置，打开滚刷马达；

步骤二，基于滚刷马达工作压力反馈的滚刷下降控制：

滚刷马达工作压力传感器探测滚刷马达的工作压力并将压力信号并传输给PLC控制器，PLC控制器通过整体升降油缸比例阀调节整体升降油缸的升降位置，使得滚刷马达的工作压力保持在17～17.5MPa范围内，实现滚刷与地面有效接触；

步骤三，基于支撑轮油缸压力反馈的支撑轮下降控制：

左支撑轮油缸油压传感器探测左支撑轮油缸的油压信号并传输给PLC控制器，右支撑轮油缸油压传感器探测右支撑轮油缸的油压信号并传输给PLC控制器，PLC控制器通过左支撑轮油缸比例阀调节左支撑轮油缸的位置使左支撑轮与地面接触，PLC控制器通过右支撑轮油缸比例阀调节右支撑轮油缸的位置使右支撑轮与地面接触，使得左支撑轮油缸无杆腔和右支撑轮油缸无杆腔的压力均保持在10～10.5MPa范围内，起到辅助支撑滚刷的作用，同时实现左支撑轮和右支撑轮适应不同平整度的地面；

步骤四，基于滚刷马达工作压力反馈的随动控制：

通过滚刷马达工作压力传感器测量滚刷马达的工作压力并与PLC控制器设定的阈值作比较，确定滚刷与地面是否有效接触，对滚刷的磨损量进行补偿，其中：

当滚刷马达的工作压力大于设定阀值+50bar时，则滚刷与地面过度接触，PLC控制器根据当前滚刷马达的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸的一个向上的位置变化量，调整整体升降油缸上升，减小滚刷与地面的接触压力；

当滚刷马达的工作压力小于设定阀值-50bar时，则滚刷与地面未有效接触，PLC控制器根据当前滚刷马达的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸的一个向下的位置变化量，调整整体升降油缸下降，增大滚刷与地面的接触压力；

步骤五，基于油缸位置反馈的随动控制：

采用整体升降油缸位置传感器对整体升降油缸的位置进行反馈，采用左支撑轮油缸位置传感器对左支撑轮油缸的位置进行反馈，采用右支撑轮油缸位置传感器对右支撑轮油缸的位置进行反馈，PLC控制器在步骤四的基础上获得整体升降油缸的升降变化量后，采用主从式控制方法，以整体升降油缸的升降变化量为主控制，PLC控制器根据整体升降油缸的升降变化量计算出电流值给整体升降油缸比例阀控制其升降；左支撑轮油缸和右支撑轮油缸的升降控制为从控制，根据整体升降油缸的位置变化量的负值作为左支撑轮油缸和右支撑轮油缸的位置增量进行随动调节，跟随整体升降油缸的位置变化，以适应滚刷磨损和地面平整度补偿，其中：

当整体升降油缸的位置变化量大于+5‰时，以整体升降油缸的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀和右支撑轮油缸比例阀的电流，控制左支撑轮油缸和右支撑轮油缸上升到整体升降油缸的变化量；

当整体升降油缸的位置变化量小于-5‰时，以整体升降油缸的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀和右支撑轮油缸比例阀的电流，控制左支撑轮油缸和右支撑轮油缸下降到整体升降油缸的变化量。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明解决了滚刷与地面合适间距的自动控制功能，保证了滚刷工作时与地面有效接触，提高除雪效果；由于本发明是根据滚刷马达的负载压力对滚刷与地面的间距进行调节，可以有效根据不同除雪任务设置合适的泵负载压力，实现不同除雪厚度任务；解决了滚刷磨损或者地面不平整造成滚刷不能有效实现清扫的难题，实现滚刷工作过程中滚刷与地面间距的实时调整，为机场等高要求的除雪提供有效的控制方法。本发明所述的滚刷除雪任务，其控制方法还可以用于道路等清扫垃圾的滚刷方式，提高清扫质量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1的B处局部放大结构示意图。

图3是整体升降托盘上各个部件的安装位置示意图。

图4是除雪车滚刷的工作油缸液压原理图。

图5是基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制装置的连接关系示意图。

图6是滚刷的工作流程图。

图7是基于滚刷马达工作压力反馈的滚刷下降控制的流程图。

图8是基于支撑轮油缸压力反馈的支撑轮下降控制的流程图。

图9是基于滚刷马达工作压力反馈的随动控制的流程图。

图10是基于油缸位置反馈的随动控制的流程图。

图中各个标号的含义为：1-车体，2-整体升降油缸，3-回转轴，4-整体升降托盘，5-摆动油缸，6-滚刷支架，7-滚刷，8-滚刷轴，9-滚刷马达，10-左支撑轮，11-左支撑轮油缸，12-摆动杆，13-右支撑轮，14-右支撑轮油缸，15-油箱，16-液压泵，17-整体升降油缸比例阀，18-左支撑轮油缸比例阀，19-右支撑轮油缸比例阀，20-左支撑轮油缸平衡阀，21-右支撑轮油缸平衡阀，22-整体升降油缸浮动阀，23-回油过滤器，24-滚刷马达工作压力传感器，25-左支撑轮油缸油压传感器，26-右支撑轮油缸油压传感器，27-整体升降油缸位置传感器，28-左支撑轮油缸位置传感器，29-右支撑轮油缸位置传感器，30-PLC控制器，31-操作面板，32-显示器。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

本发明的基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法的控制对象是如图1至图3所示的一种带有路面自适应除雪滚刷装置的除雪车，包括车体1，该除雪车还包括整体升降托盘4、摆动油缸5、回转轴3、滚刷支架6、滚刷7和左支撑轮10和右支撑轮13，其中：

整体升降托盘4通过两个整体升降油缸2安装在车体1底盘的中间位置，在整体升降托盘4上安装有贯通整体升降托盘4的回转轴3，回转轴3伸出整体升降托盘4上表面的一端固定在摆动杆12的中间位置，摆动杆12的两端以回转轴3为对称点对称连接有两个摆动油缸5，摆动油缸5安装在整体升降托盘4的上表面；摆动油缸5用于调节滚刷7的工作时的角度。

回转轴5伸出整体升降托盘4下表面的一端固定在滚刷支架6上，滚刷7通过滚刷轴8安装在滚刷支架6上，滚刷轴8与滚刷7固结在一起，滚刷轴8的两端分别安装有一个用于驱动滚刷7转动的滚刷马达9；

在整体升降托盘4的下表面还通过左支撑轮油缸11安装有左支撑轮10，通过右支撑轮油缸14安装有右支撑轮13。

实现本发明的基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法所采用的控制装置如图4和图5所示：

油箱15中安装有液压泵16，液压泵的输出端分为三条支油路，分别与整体升降油缸比例阀17、左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19的输入端相连，两个整体升降油缸2的有杆腔相互连通，两个整体升降油缸2的无杆腔也相互连通，使得两个整体升降油缸2并行工作，整体升降油缸2和整体升降油缸比例阀17相连，在整体升降油缸2和整体升降油缸比例阀17之间还安装有整体升降油缸浮动阀22；左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14独立工作，左支撑轮油缸11通过左支撑轮油缸平衡阀20与左支撑轮油缸比例阀18相连通，右支撑轮油缸14通过右支撑轮油缸平衡阀21与右支撑轮油缸比例阀19相连通；整体升降油缸比例阀17、左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19的出入端合并为一条主油路与回油过滤器23相连通，回油过滤器23与油箱15相连通。

在滚刷马达9上安装有滚刷马达工作压力传感器24，在左支撑轮油缸11的无杆腔油路上安装有左支撑轮油缸油压传感器25，在右支撑轮油缸14的无杆腔油路上安装有右支撑轮油缸油压传感器26，在整体升降托盘4和整体升降油缸2上安装有整体升降油缸位置传感器27，在整体升降托盘4和左支撑轮油缸11上安装有左支撑轮油缸位置传感器28，在整体升降托盘4和右支撑轮油缸14上安装有右支撑轮油缸位置传感器29，其中：

滚刷马达工作压力传感器24、左支撑轮油缸油压传感器25、右支撑轮油缸油压传感器26、整体升降油缸位置传感器27、左支撑轮油缸位置传感器28和右支撑轮油缸位置传感器29分别与PLC控制器的输入端相连，PLC控制器的输出端分别与整体升降油缸比例阀17、左支撑轮油缸比例阀18、右支撑轮油缸比例阀19和整体升降油缸浮动阀22相连，PLC控制器30还连接有操作面板31，PLC控制器30上还通过CAN总线连接有显示器32。

需要说明的是下述实施例中的PLC控制器，即可编程逻辑控制器中采用PID控制模块对油缸升降进行控制。

基于上述自动补偿控制装置，如图6至图10所示，下述实施例给出一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，该方法按照以下步骤进行：

步骤一，启动：

PLC控制器30通过左支撑轮油缸比例阀18调节左支撑轮油缸11使得左支撑轮10收缩到极限位置，PLC控制器30通过右支撑轮油缸比例阀19调节右支撑轮油缸14使得右支撑轮13收缩到极限位置，打开滚刷马达9；

步骤二，基于滚刷马达工作压力反馈的滚刷下降控制：

滚刷马达工作压力传感器24探测滚刷马达9的工作压力并将压力信号并传输给PLC控制器30，PLC控制器30通过整体升降油缸比例阀17调节整体升降油缸2的升降位置，使得滚刷马达9的工作压力保持在17～17.5MPa范围内，实现滚刷7与地面有效接触；

步骤三，基于支撑轮油缸压力反馈的支撑轮下降控制：

左支撑轮油缸油压传感器25探测左支撑轮油缸11的油压信号并传输给PLC控制器30，右支撑轮油缸油压传感器26探测右支撑轮油缸14的油压信号并传输给PLC控制器30，PLC控制器30通过左支撑轮油缸比例阀18调节左支撑轮油缸11的位置使左支撑轮10与地面接触，PLC控制器30通过右支撑轮油缸比例阀19调节右支撑轮油缸14的位置使右支撑轮13与地面接触，使得左支撑轮油缸11无杆腔和右支撑轮油缸14无杆腔的压力均保持在10～10.5MPa范围内，起到辅助支撑滚刷7的作用，同时实现左支撑轮10和右支撑轮13适应不同平整度的地面；

步骤四，基于滚刷马达工作压力反馈的随动控制：

通过滚刷马达工作压力传感器24测量滚刷马达9的工作压力并与PLC控制器30设定的阈值作比较，确定滚刷7与地面是否有效接触，对滚刷7的磨损量进行补偿，其中：

当滚刷马达9的工作压力大于设定阀值+50bar时，则滚刷7与地面过度接触，PLC控制器30根据当前滚刷马达9的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸2的一个向上的位置变化量，调整整体升降油缸2上升，减小滚刷7与地面的接触压力；

当滚刷马达9的工作压力小于设定阀值-50bar时，则滚刷7与地面未有效接触，PLC控制器30根据当前滚刷马达9的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸2的一个向下的位置变化量，调整整体升降油缸2下降，增大滚刷7与地面的接触压力；

步骤五，基于油缸位置反馈的随动控制：

采用整体升降油缸位置传感器27对整体升降油缸2的位置进行反馈，采用左支撑轮油缸位置传感器28对左支撑轮油缸11的位置进行反馈，采用右支撑轮油缸位置传感器29对右支撑轮油缸14的位置进行反馈，PLC控制器30在步骤四的基础上获得整体升降油缸2的升降变化量后，采用主从式控制方法，以整体升降油缸2的升降变化量为主控制，PLC控制器30根据整体升降油缸2的升降变化量计算出电流值给整体升降油缸比例阀17控制其升降；左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14的升降控制为从控制，根据整体升降油缸2的位置变化量的负值作为左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14的位置增量进行随动调节，跟随整体升降油缸2的位置变化，以适应滚刷7磨损和地面平整度补偿，其中：

当整体升降油缸2的位置变化量大于+5‰时，以整体升降油缸2的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸2的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19的电流，控制左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14上升到整体升降油缸2的变化量；

当整体升降油缸2的位置变化量小于-5‰时，以整体升降油缸2的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸2的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19的电流，控制左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14下降到整体升降油缸2的变化量。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本实施例给出一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，该方法按照以下步骤进行：

（Ⅰ）调节左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14使得左支撑轮10和右支撑轮13收缩到极限位置，打开滚刷马达9；

（Ⅱ）PLC控制器30通过整体升降油缸比例阀17调节整体升降油缸2的升降使得滚刷马达9的工作压力保持在17～17.5MPa范围内，实现滚刷7与地面有效接触；

（Ⅲ）PLC控制器30通过调节使得左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14的压力保持在10～10.5MPa范围内以支撑滚刷7的重量，实现左支撑轮10和右支撑轮13适应路面平整度；

（Ⅳ）滚刷马达9的工作压力大于设定阀值+50bar，滚刷7与地面过度接触，PLC控制器30根据当前滚刷马达9的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸2向上的位置变化量，调整整体升降油缸2上升，滚刷7与地面接触压力下降；

滚刷马达9的工作压力下降到小于设定阀值-50bar，滚刷7与地面未有效接触，PLC控制器30根据当前滚刷马达9的工作压力和设定阀值进行PID计算给整体升降油缸2一个向下的位置变化量为，调整整体升降油缸2下降，滚刷7与地面接触压力增加。

重复上述过程，对滚刷7实现基于滚刷马达9工作压力反馈的随动控制。

（Ⅴ）整体升降油缸2的位置变化量，大于+5‰，以整体升降油缸2的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸2的位置变化量给定左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19电流，控制左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14上升到整体升降油缸2的变化量；

整体升降油缸2的位置变化量，小于-5‰时，以整体升降油缸2的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸2的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀18和右支撑轮油缸比例阀19电流，控制左支撑轮油缸11和右支撑轮油缸14下降到整体升降油缸2的变化量。

重复上述过程，对滚刷7实现基于油缸位置反馈的随动控制。

Claims (1)

1.一种基于压力反馈的除雪车滚刷自动补偿控制方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

步骤一，启动：

PLC控制器（30）通过左支撑轮油缸比例阀（18）调节左支撑轮油缸（11）使得左支撑轮（10）收缩到极限位置，PLC控制器（30）通过右支撑轮油缸比例阀（19）调节右支撑轮油缸（14）使得右支撑轮（13）收缩到极限位置，打开滚刷马达（9）；

步骤二，基于滚刷马达工作压力反馈的滚刷下降控制：

滚刷马达工作压力传感器（24）探测滚刷马达（9）的工作压力并将压力信号并传输给PLC控制器（30），PLC控制器（30）通过整体升降油缸比例阀（17）调节整体升降油缸（2）的升降位置，使得滚刷马达（9）的工作压力保持在17～17.5MPa范围内，实现滚刷（7）与地面有效接触；

步骤三，基于支撑轮油缸压力反馈的支撑轮下降控制：

左支撑轮油缸油压传感器（25）探测左支撑轮油缸（11）的油压信号并传输给PLC控制器（30），右支撑轮油缸油压传感器（26）探测右支撑轮油缸（14）的油压信号并传输给PLC控制器（30），PLC控制器（30）通过左支撑轮油缸比例阀（18）调节左支撑轮油缸（11）的位置使左支撑轮（10）与地面接触，PLC控制器（30）通过右支撑轮油缸比例阀（19）调节右支撑轮油缸（14）的位置使右支撑轮（13）与地面接触，使得左支撑轮油缸（11）无杆腔和右支撑轮油缸（14）无杆腔的压力均保持在10～10.5MPa范围内，起到辅助支撑滚刷（7）的作用，同时实现左支撑轮（10）和右支撑轮（13）适应不同平整度的地面；

步骤四，基于滚刷马达工作压力反馈的随动控制：

通过滚刷马达工作压力传感器（24）测量滚刷马达（9）的工作压力并与PLC控制器（30）设定的阈值作比较，确定滚刷（7）与地面是否有效接触，对滚刷（7）的磨损量进行补偿，其中：

当滚刷马达（9）的工作压力大于设定阀值+50bar时，则滚刷（7）与地面过度接触，PLC控制器（30）根据当前滚刷马达（9）的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸（2）的一个向上的位置变化量，调整整体升降油缸（2）上升，减小滚刷（7）与地面的接触压力；

当滚刷马达（9）的工作压力小于设定阀值-50bar时，则滚刷（7）与地面未有效接触，PLC控制器（30）根据当前滚刷马达（9）的工作压力和设定阀值进行PID计算得到整体升降油缸（2）的一个向下的位置变化量，调整整体升降油缸（2）下降，增大滚刷（7）与地面的接触压力；

步骤五，基于油缸位置反馈的随动控制：

采用整体升降油缸位置传感器（27）对整体升降油缸（2）的位置进行反馈，采用左支撑轮油缸位置传感器（28）对左支撑轮油缸（11）的位置进行反馈，采用右支撑轮油缸位置传感器（29）对右支撑轮油缸（14）的位置进行反馈，PLC控制器（30）在步骤四的基础上获得整体升降油缸（2）的升降变化量后，采用主从式控制方法，以整体升降油缸（2）的升降变化量为主控制，PLC控制器（30）根据整体升降油缸（2）的升降变化量计算出电流值给整体升降油缸比例阀（17）控制其升降；左支撑轮油缸（11）和右支撑轮油缸（14）的升降控制为从控制，根据整体升降油缸（2）的位置变化量的负值作为左支撑轮油缸（11）和右支撑轮油缸（14）的位置增量进行随动调节，跟随整体升降油缸（2）的位置变化，以适应滚刷（7）磨损和地面平整度补偿，其中：

当整体升降油缸（2）的位置变化量大于+5‰时，以整体升降油缸（2）的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸（2）的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀（18）和右支撑轮油缸比例阀（19）的电流，控制左支撑轮油缸（11）和右支撑轮油缸（14）上升到整体升降油缸（2）的变化量；

当整体升降油缸（2）的位置变化量小于-5‰时，以整体升降油缸（2）的位置变化量的负值为目标，根据整体升降油缸（2）的位置变化量大小给定左支撑轮油缸比例阀（18）和右支撑轮油缸比例阀（19）的电流，控制左支撑轮油缸（11）和右支撑轮油缸（14）下降到整体升降油缸（2）的变化量。