CN103419781B - 一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于高速铁路工程施工技术中箱梁架设运梁车领域，具体涉及一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统。它包括可对接收到的数据进行运算、分析、处理、控制的控制器和分别与控制器连接的距离测量系统、角度测量系统、安全防护及报警装置、人机界面、转向控制比例阀和驱动控制比例阀。本发明能够自动将运梁车的中心线偏移量控制在较小的范围内，避免因较大偏差使箱梁与隧道内壁发生碰撞，既能满足运梁车快速安全地通过限宽的较长曲线隧道，又无需在隧道内增加任何的辅助部件和设施。

Description

一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统

技术领域

本发明属于高速铁路工程施工技术中箱梁架设运梁车领域，具体涉及一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统。

背景技术

随着我国高速铁路建设向西延伸，运梁车运送箱梁通过隧道工况已日趋普及。对较长距离且比较窄的曲线隧道，运梁车运送箱梁过隧道时，由于箱梁两端离隧道内壁的距离有限，箱梁容易与隧道内壁发生碰撞，采用正常的人工驾驶运梁车的方式快速安全的通过窄长的曲线隧道已不可能，因此如何保证运梁过隧道的安全就成为箱梁架设面临的突出问题。现有为能安全达到人工驾驶通过曲线隧道的目的，多数是以增加箱梁离隧道内壁间距的方法，如采用特制的运梁车或改变箱梁的施工工艺，使运梁车安全通过曲线隧道。然而采用特制的运梁车或改变箱梁的施工工艺不仅成本高、浪费时间，而且箱梁质量难以得到保证，同时也无法保证运梁车能够很安全的通过曲线隧道。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统，它可保证运梁车运送箱梁能安全通过隧道。

本发明采用的技术方案是：一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法及控制系统，包括以下步骤：

（1）、测量运梁车四个端点离隧道内壁的距离，并将测得的数据发送至运梁车的控制器；

（2）、测量运梁车悬挂的方向得到各轮组的实际角度，并将测得的数据发送至运梁车的控制器；

（3）、控制器将接收到的数据进行分析比较、判断运梁车的方向和转向角度，发出控制信号至控制比例阀或报警装置；

（4）、控制比例阀控制运梁车各轮组的转向及运行速度。

进一步地，所述步骤（1）中测量运梁车四个端点离隧道内壁距离的设备为电流型模拟量输出激光传感器。

进一步地，所述步骤（3）中控制器的分析比较、判断过程为：计算运梁车前左、前右、后左、后右四点偏移箱梁中心线的偏移距离，将计算出的偏移距离与预设的调节偏差进行比较，确定运梁车的工作方式、自动选择转向模式以及计算各轮组的转向角度。

进一步地，所述控制器确定运梁车工作方式的方法为：若计算出的四点偏差均小于调节偏差，运梁车不进行方向调整，匀速直线行驶；若计算出的四点中至少有一点大于调节偏差，运梁车自动停车并发出警报信号。

进一步地，所述控制器自动选择转向模式的标准为：

a、当前左后左或前右后右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取斜行方式；

b、当前左后右或前右后左的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取八字转向模式；

c、当只有后左或后右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取前端固定转向模式；

d、当只有前左或前右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取后端固定转向模式。

进一步地，所述控制器将计算出的各轮组的转向角度与采集的各轮组编码器检测的实际角度进行比较，确定运梁车各轮组是否转向，将结果信号输送至转向控制比例阀。

更进一步地，所述控制器确定运梁车各轮组是否转向的方法为：

a、当计算的转向角度等于实际测量的角度，输出油缸不执行动作的信号；

b、当计算的转向角度大于实际测量的角度，输出转向油缸顺时针转动的信号，顺时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值；

c、当计算的转向角度小于实际测量的角度，输出转向油缸逆时针转动的信号，逆时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值。

一种驾驶运梁车过隧道的自动控制系统，包括可对接收到的数据进行运算、分析、处理、控制的控制器和分别与控制器连接的安装于运梁车上用于测量运梁车前后左右四个端点离隧道内壁的实时距离并将测得的数据发送给控制器的距离测量系统、对运梁车悬挂的方向进行检测并将检测到的每组悬挂转向数据送给控制器的角度测量系统、安全防护及报警装置、能进行系统参数的调整和设置并可对系统进行监控的人机界面、可控制运梁车各轮组转向的转向控制比例阀和可控制运梁车运行速度的驱动控制比例阀。

进一步地，所述距离测量系统为安装于运梁车前后两端的四个电流型模拟量输出激光传感器。

本发明的控制系统能够自动将运梁车的中心线偏移量控制在较小的范围内，避免因较大偏差使箱梁与隧道内壁发生碰撞，既能满足运梁车快速安全地通过限宽的较长曲线隧道，又无需因特制的运梁车和改变箱梁的预制工艺而增加成本。该方法不需要在隧道内增加任何的辅助部件和设施即可完成自动驾驶运梁车过隧道，从工作时间和安全使用方面提供了最大程度的保障。采用本发明能够保证运梁车时速在1公里以内时，控制运梁车中心线偏移量为±25mm；时速在2公里以内时，控制运梁车中心线偏移量为±35mm。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为激光传感器安装在运梁车上的位置示意图。

图3为本发明的自动控制流程图。

图4为本发明自动调整角度的比较过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明控制系统包括控制器1和分别与控制器1连接的距离测量系统2、角度测量系统3、安全防护及报警装置4、人机界面5、转向控制比例阀6和驱动控制比例阀7，其中控制器1、距离测量系统2和角度测量系统3为控制系统的核心部分。

控制器1用于对接收到的各项数据进行分析运算处理，并发出控制信号。

距离测量系统2为四个电流型模拟量输出激光传感器，分别安装于运梁车两侧的前后两端，如图2所示，用于测量运梁车前后左右四个端点离隧道内壁的实时距离，并将测得的数据发送给控制器。

角度测量系统3可以对运梁车悬挂的方向进行检测并将检测到的每组悬挂转向数据送给控制器。

操作人员在进行自动驾驶操作前，可以通过人机界面5输入自动驾驶时的运行参数：自动驾驶速度、自动调节角度、自动调节偏差、箱梁安装中心线偏差和激光传感器的安装位置等，系统根据界面输入的参数自动进行自动驾驶时的控制参数的调整和处理，以满足不同条件下的系统的适应性；同时操作人员通过人机界面观察自动驾驶系统运行时的各项数据参数，对系统进行监控。

转向控制比例阀6和驱动控制比例阀7分别用来控制运梁车各轮组转向和运梁车的运行速度。

如图3所示，采用上述自动控制系统实现运梁车过隧道的自动控制方法为：

通过激光传感器检测运梁车四个端点离隧道内壁的距离，编码器检测运梁车悬挂的方向得到各轮组的实际角度，在运梁车的参数调整和设置界面输入自动驾驶时的运行参数，将上述的各种数据均发送给控制系统核心的控制器。控制器首先将接收到的四个激光传感器数据与设定的调节偏差进行分析比较，确定运梁车的工作方式，自动选择运梁车的转向模式，并具体运算运梁车各轮组的转向角度；其次控制器根据编码器的数据、安全装置的工作状态以及人机界面输入的相关调整和设置的参数进行分析比较，以确定控制器进行输出控制；最后，控制器通过各项数据分析后分别发出控制信号至转向控制比例阀、驱动控制比例阀和安全防护及报警装置，自动调节运梁车各轮组的转向角度、运行速度，达到自动控制运梁车过隧道的目的。

上述控制器确定运梁车的工作方式的比较过程如下，以人机界面设定的调节偏差为±20mm为例：

a、当4点（运梁车的前左、前右、后左、后右，以下同）行走偏移中心线偏差均小于±20mm时，系统不进行方向的调整，运梁车按直线进行行走。

b、当4点行走偏差有任何一点超过±20mm，并小于±80mm时，系统根据偏移情况自动通过斜行、八字转向、前端固定、后端固定共4种转向模式进行方向的调整。

c、当4点行走偏差有任何一点超过±80mm，并小于±120mm时，系统根据偏移情况自动通过斜行、八字转向、前端固定、后端固定共4种转向模式进行方向的调整，同时发出警示信号提醒操作监护人员注意。

以运梁车前进方向作为前端，以n（1-16）对运梁车十六组轴线轮组进行编号，对需进行方向调整的情况，其具体的调整方式为：

a、斜行模式：即转向调整时4点轮组转向（共计32组）以相同方向旋转。运梁车向前运行时，当前左和后左（或者前右和后右）的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取斜行方式，并根据偏移量的大小自动往右（或往左）调整角度的大小。每组转向角度大小为：第n轮组转向角度=（实际偏移量/80）*最大自动调节角度。

b、八字转向模式：即转向调整时前后轮组转向彼此以相反方向旋转。运梁车向前运行时，当前左和后右（或者前右和后左）的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取八字转向模式，并根据偏移量的大小自动往右（或往左）调整角度的大小。每组转向角度大小为：第n轮组转向角度=（实际偏移量/80）*最大自动调节角度*（（9-n）/8），(n≤8时)；第n轮组转向角度=（实际偏移量/80）*最大自动调节角度*（（8-n）/8），(n＞8时)。

c、前端固定模式：即转向调整时前方第一轮组将转至与方向盘指令对应的角度，其余轮组依次按照一定的规律减小角度，最后一个轮子将保持0度不变。运梁车向前运行时，当只有后左（或者后右）的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取前端固定转向模式，并根据偏移量的大小自动往右（或往左）调整角度的大小。每组转向角度大小为：第n轮组转向角度=（实际偏移量/80）*最大自动调节角度*（n/16）。

d、后端固定模式：即转向调整时后方第一轮组将转至与方向盘指令对应的角度，其余轮组依次按照一定的规律减小角度，最前一个轮子将保持0度不变。运梁车向前运行时，当只有前左（或者前右）的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取后端固定转向模式，并根据偏移量的大小自动往右（或往左）调整角度的大小。每组转向角度大小为：第n轮组转向角度=（实际偏移量/80）*最大自动调节角度*（(17-n)/16）。

控制器确定了转向模式和转向角度后，再将转向角度与采集的各轮组编码器检测的实际角度进行比较，确定运梁车各轮组是否转向，将结果信号输送至转向控制比例阀。

比较的过程如图4所示：当判断的转向角度等于实际测量的角度，各轮组不转向，即输出油缸不执行动作的信号；当判断的转向角度大于实际测量的角度，输出转向油缸顺时针转动的信号，顺时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值；当判断的转向角度小于实际测量的角度，输出转向油缸逆时针转动的信号，逆时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值。转向控制比例阀接收到控制器输送的信号后，通过控制电磁比例阀来调节转向油缸，达到自动调整运梁车各轮组转向角度的目的。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、测量运梁车四个端点离隧道内壁的距离，并将测得的数据发送至运梁车的控制器；

(2)、测量运梁车悬挂的方向得到各轮组的实际角度，并将测得的数据发送至运梁车的控制器；

(3)、控制器将接收到的数据进行分析比较、判断运梁车的方向和转向角度，发出控制信号至控制比例阀或报警装置；

控制器的分析比较、判断过程为：计算运梁车前左、前右、后左、后右四点偏移箱梁中心线的偏移距离，将计算出的偏移距离与预设的调节偏差进行比较，确定运梁车的工作方式、自动选择转向模式以及计算各轮组的转向角度；

所述控制器将计算出的各轮组的转向角度与采集的各轮组编码器检测的实际角度进行比较，确定运梁车各轮组是否转向，将结果信号输送至转向控制比例阀；

(4)、控制比例阀控制运梁车各轮组的转向及运行速度。

2.根据权利要求1所述的一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中测量运梁车四个端点离隧道内壁距离的设备为电流型模拟量输出激光传感器。

3.根据权利要求1所述的一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法，其特征在于：所述控制器确定运梁车工作方式的方法为：若计算出的四点偏移距离均小于调节偏差，运梁车不进行方向调整，匀速直线行驶；若计算出的四点中至少有一点大于调节偏差，运梁车自动停车并发出警报信号。

4.根据权利要求1所述的一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法，其特征在于：所述控制器自动选择转向模式的标准为：

a、当前左后左或前右后右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取斜行方式；

b、当前左后右或前右后左的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取八字转向模式；

c、当只有后左或后右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取前端固定转向模式；

d、当只有前左或前右的偏移量超过设定的调节偏差时，运梁车自动采取后端固定转向模式。

5.根据权利要求1所述的一种驾驶运梁车过隧道的自动控制方法，其特征在于：所述控制器确定运梁车各轮组是否转向的方法为：

a、当计算的转向角度等于实际测量的角度，输出油缸不执行动作的信号；

b、当计算的转向角度大于实际测量的角度，输出转向油缸顺时针转动的信号，顺时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值；

c、当计算的转向角度小于实际测量的角度，输出转向油缸逆时针转动的信号，逆时针转动的角度为转向角度与实际测量角度的差值。

6.一种实现权利要求1-5所述控制方法的自动控制系统，其特征在于：包括可对接收到的数据进行运算、分析、处理、控制的控制器(1)和分别与控制器(1)连接的安装于运梁车上用于测量运梁车前后左右四个端点离隧道内壁的实时距离并将测得的数据发送给控制器的距离测量系统(2)、对运梁车悬挂的方向进行检测并将检测到的每组悬挂转向数据送给控制器的角度测量系统(3)、安全防护及报警装置(4)、能进行系统参数的调整和设置并可对系统进行监控的人机界面(5)、可控制运梁车各轮组转向的转向控制比例阀(6)和可控制运梁车运行速度的驱动控制比例阀(7)。

7.根据权利要求6所述的自动控制系统，其特征在于：所述距离测量系统为安装于运梁车前后两端的四个电流型模拟量输出激光传感器。