CN104032659B - 铣刨机及其智能找平系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣刨机智能找平系统、方法，该智能找平系统设置有控制器、倾角传感器、速度传感器和拉绳传感器，所述倾角传感器、拉绳传感器、速度传感器分别与控制器连接；所述倾角传感器用于实时检测铣刨机的机架的倾角，所述拉绳传感器用于实时检测铣刨机的侧滑板与机架之间的距离，所述速度传感器用于检测铣刨机的行驶速度，控制器根据速度传感器的检测结果采取不同的找平策略，并且在铣刨状态下通过分阶段调节前支腿和后支腿来进行找平。与现有技术相比，该智能找平系统可以降低对刀头的冲击并有效避免超调量大和升降速度难以把握的问题。在此基础上，本发明还公开了一种具有上述智能找平系统的铣刨机。

Description

铣刨机及其智能找平系统、方法

技术领域

本发明涉及路面铣刨技术，具体涉及一种铣刨机及其智能找平系统、方法。

背景技术

目前，铣刨机是沥青路面和水泥路面养护施工机械的主要设备；它主要用于高速公路、一级公路、城市道路、机场、货场、停车场等沥青混凝土和水泥混凝土面层的开挖和翻修。利用铣刨机，可以高效地铣除沥青路面的裂缝、车辙、松散、沉陷和表面功能衰减等路面病害；并且，还能高效地铣除水泥混凝土路面的拱起、错台、板面起皮剥落、坑洞、麻面、露骨、松散和磨光等病害。铣刨机工作效率高，施工工艺简单，铣削深度易于控制，操作方便灵活，机动性强，铣削的旧料还可以回收，因此，被广泛应用于路面的维修和翻新工程中。

铣刨机通常设置有机架、动力系统、铣削装置、行驶装置、升降装置(主要包括前支腿和后支腿)、输料装置和辅助系统，机架通过行驶装置和升降装置支撑在路面上，铣削装置主要包括铣刨鼓，铣刨鼓设置在机架上，动力系统为铣刨机提供动力，作业时，铣刨机跟运料车协同作业，在行驶装置的驱使下，铣刨机沿路面行进，升降装置控制机架的升降进而控制铣削深度，铣削出来的旧料经输料装置输送至运料车上，运料车负责将旧料运输至预定的场地。

为保证铣刨机在工作中的铣削厚度基本相同，现有的铣刨机上都具备智能找平功能，具体实现方式是：在铣刨鼓两侧分别设置左侧滑板和右侧滑板，左侧滑板、右侧滑板均与机架可滑动连接，且左侧滑板与机架之间、右侧滑板与机架之间均设置有拉绳传感器，作业时，左侧滑板和右侧滑板均与路面接触，当路面起伏时，左侧滑板和右侧滑板会相应起伏，拉绳传感器检测到左侧滑板、右侧滑板相对机架的起伏大小，根据检测到的起伏大小控制升降装置升降进而控制铣刨鼓的升降，最终使铣刨深度基本保持稳定。

目前，为了找平并防止各支腿受力失衡(通常要求后支腿略低于前支腿，以保证铣刨机的重心在作业过程中处于稳定范围以内)，在找平过程中，现有的铣刨机通常会同时调节前支腿和后支腿；比如铣刨的深度超出设计额度时，控制器控制前支腿上升，同时后支腿随前支腿一起上升，进而提升铣刨鼓的高度，减少铣刨深度。这种找平方式在找平过程中响应较快，但是它存在以下缺陷：

1)前支腿、后支腿同时动作，容易出现超调量大的问题。

2)升降速度难以把握，支腿升降速度过快，铣刨鼓上的刀头在路面上冲击过大，损坏刀头；支腿升降速度调节过慢，则影响施工时的找平响应速度。

因此，如何克服铣刨机的上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种铣刨机智能找平系统、方法，利用该铣刨机智能找平系统、方法可以避免超调量大及升降速度难以把握的问题。在此基础上，本发明还提出一种具有该智能找平系统的铣刨机。

作为第一个方面，本发明提出的铣刨机智能找平系统，设置有控制器、倾角传感器、速度传感器和拉绳传感器，所述倾角传感器、拉绳传感器、速度传感器分别与控制器连接；所述倾角传感器用于实时检测铣刨机的机架的倾角，所述拉绳传感器用于实时检测铣刨机的侧滑板与机架之间的距离，所述速度传感器用于检测铣刨机的行驶速度；

当速度传感器检测到的速度为零时，所述控制器控制所述铣刨机的后支腿下降进而使铣刨机的铣削深度达到预定深度，然后，所述控制器控制前支腿下降进而使当前铣刨深度达到目标深度；

当速度传感器检测到的速度不为零时，所述控制器根据所述拉绳传感器的检测结果控制铣刨机的前支腿升降，并根据所述倾角控制铣刨机的后支腿升降。

在进一步的技术方案中，当速度传感器检测到的速度不为零时，所述控制器根据所述拉绳传感器的检测结果控制铣刨机的前支腿升降，并在所述倾角达到预定值时，所述控制器控制所述前支腿停止升降并控制后支腿开始升降。

在进一步的技术方案中，所述预定值包括最小倾角值和最大倾角值，当所述倾角达到最小倾角值或最大倾角值时，所述控制器控制后支腿升降以确保所述倾角处于最小倾角值和最大倾角值之间。

在进一步的技术方案中，所述控制器根据拉绳传感器的检测结果获得铣刨机的当前铣刨深度；当速度传感器检测到的速度为零时，控制器将当前铣刨深度与预定深度进行对比并根据PID控制算法及预定速度系数计算出后支腿的下降速度，进而控制后支腿下降；当当前铣刨深度达到预定深度，控制器将当前铣刨深度与目标深度进行对比并根据PID控制算法及预定速度系数计算出前支腿的下降速度，进而控制前支腿下降，所述预定速度系数小于1。

在进一步的技术方案中，当速度传感器检测到的速度不为零时，控制器将当前铣刨深度与目标深度、倾角与预定值进行对比；所述控制器根据当前铣刨深度与目标深度、倾角与预定值的对比结果并根据PID控制算法计算出前支腿和后支腿的升降速度，进而控制前支腿和后支腿升降。

在进一步的技术方案中，所述预定深度为目标深度的二分之一。

该铣刨机智能找平系统的作业原理是：控制器根据拉绳传感器的检测结果计算出当前铣刨深度，在作业过程中，当前铣刨深度与设定的目标深度不一致时，控制器控制前支腿升或降，进而使铣刨机的铣刨鼓上升或下降，达到调整铣刨深度的目的；通过速度传感器检测铣刨机的行驶速度，进而根据行驶速度来判断铣刨机当前是处于铣刨状态还是处于下刀状态，根据状态不同采取不同的找平方法，进而降低作业过程中刀具受到的冲击；在铣刨状态调节支腿时，如果倾角传感器检测到的倾角达到某一个界限，前支腿停止升降，控制器控制后支腿升降，进而使铣刨鼓的当前铣刨深度达到目标深度；比如，铣刨过程中，铣刨深度低于目标深度，此时，控制器控制前支腿降低，当前支腿与后支腿一样高(可以根据对应的倾角判断)时，控制器控制前支腿停止动作并控制后支腿下降，进而使铣刨鼓下降至适当高度。通过上述原理可以知道，该铣刨机智能找平系统不仅可以根据工况采取不同的找平策略来降低冲击，还可以在铣刨阶段通过分阶段进行前支腿和后支腿的升降，有效避免超调量大和升降速度难以把握的问题。

作为第二方面，本发明提出的铣刨机智能找平方法，包括以下步骤：

获取铣刨机的行驶速度和当前铣刨深度；

实时监控铣刨机的机架的倾角；

当行驶速度为零时，先控制后支腿下降，直至当前铣刨深度达到目标深度的二分之一，然后，控制前支腿下降，直至当前铣刨深度达到目标深度；

当行驶速度不为零时，先根据当前铣刨深度和目标深度控制前支腿升降；当铣刨机的倾角达到预定值时，根据所述倾角、当前铣刨深度和目标深度控制后支腿升降，从而使铣刨机的倾角处于预定值限定的范围之内。

在进一步的技术方案中，当行驶速度为零时，前支腿和后支腿的下降速度根据PID控制算法及预定速度系数计算得出，且预定速度系数小于1。

该铣刨机智能找平方面通过分状态(根据行驶速度得出铣刨机是处于下刀状态还是铣刨状态)采取不同的找平方式，进而降低作业过程中刀具受到的冲击；并且，该铣刨机智能找平方法还可以在铣刨状态分阶段进行前支腿和后支腿的升降，进而有效避免超调量大和升降速度难以把握的问题。

作为第三方面，本发明提出的铣刨机，设置有机架、前支腿、后支腿、行驶装置、侧滑板、铣刨装置及上述任一项的铣刨机智能找平系统，所述机架通过前支腿和后支腿支撑在行驶装置上，所述铣刨装置设置在机架上，所述侧滑板与机架活动连接，所述倾角传感器设置于所述机架上。

与现有技术相比，该铣刨机通过设置上述的铣刨机智能找平系统，可以有效避免超调量大和升降速度难以把握的问题，进而提高工作效率和施工质量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例提供的铣刨机的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的铣刨机智能找平系统的控制框图之一；

图3为本发明具体实施例提供的铣刨机智能找平系统的控制框图之二。

附图标记说明：

1—前支腿 2—行驶装置 3—铣刨鼓 4—倾角传感器 5—后支腿

6—机架 7—侧滑板

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图1对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明具体实施例提出的铣刨机设置有机架6、行驶装置2、前支腿1、后支腿5、铣刨鼓3、侧滑板7及智能找平系统(图中未显示出)，机架6通过前支腿1和后支腿5支撑在行驶装置2上，铣刨鼓3设置在机架6上，侧滑板7与机架6连接并可相对机架6上下滑动，另外，侧滑板7和机架6之间还设置有伸缩油缸(图中未示出)，伸缩油缸可驱使侧滑板7相对机架6上下滑动；智能找平系统设置有控制器、倾角传感器4和拉绳传感器，倾角传感器4、拉绳传感器分别与控制器连接；倾角传感器4设置于机架6上，用于实时检测铣刨机的机架6的倾角；拉绳传感器一端与机架6连接，另一端与侧滑板7连接，用于实时检测铣刨机的侧滑板7与机架6之间的距离。在铣刨作业过程中，铣刨机一边沿道路行驶，一边通过铣刨鼓3对路面进行铣刨，进而将道路表层一定厚度的筑路材料清除；为了实时检测铣刨深度，铣刨机上设置了侧滑板7和拉绳传感器，在下刀时(即铣刨起始时)，通过调节前支腿1和后支腿5的高度，使铣刨鼓3下降至适当高度，进而使铣刨深度达到目标深度，然后，伸缩油缸伸长，将侧滑板7下降，进而使侧滑板7支撑在路面上，此时拉绳传感器检测到的距离就是铣刨机的铣刨深度处于目标深度时侧滑板7与机架6之间所具有的距离；鉴于在铣刨过程中，侧滑板7始终紧贴路面上，控制器根据拉绳传感器的检测结果可以计算出铣刨机的当前铣刨深度，控制器根据当前铣刨深度和目标深度调节前支腿1和后支腿5的伸缩，进而使铣刨机的当前铣刨深度始终维持在目标深度。

如图2所示，上述铣刨机的找平过程是：控制器根据拉绳传感器的检测结果计算出当前铣刨深度，如果当前铣刨深度小于目标深度，控制器控制前支腿1下降(即图2中步骤S5)，在前支腿1下降过程中，控制器实时接收倾角传感器4反馈的倾角，并将倾角与预先设置的角度范围进行对比，以判断前支腿1继续下降是否会导致前支腿1和后支腿5受力失衡，如果在前支腿1下降过程中，机架6的倾角始终未超出预设的角度范围，则仅调节前支腿1即可将铣刨鼓3降至适当高度(与目标深度相对应的高度)，如果在前支腿1下降过程中，机架6的倾角达到预定的边界值(即图2中步骤S6)，则前支腿1停止下降，控制器控制后支腿5下降(即图2中步骤S7)，进而将铣刨鼓3降到适当高度。

在控制前支腿1和后支腿5下降的过程中，前支腿1和后支腿5的下降速度可以根据当前铣刨深度、目标深度、倾角及预设的角度范围，利用PID控制算法计算得出。

在其它实施例中，可以根据不同工况采取不同的找平策略，进而在保证作业效率的同时对铣刨机的作业设备进行保护；比如在铣刨机上安装速度传感器，进而对铣刨机的行驶速度进行检测，通过铣刨机的当前行驶速度来判断铣刨机的当前工况，进而根据不同工况采取不同的找平策略。具体地，速度传感器检测铣刨机的行驶速度，如图3所示，控制器对当前行驶速度进行判断(即图3中步骤S1)，当速度为零时，说明铣刨机目前处于下刀阶段即铣刨起始时，此时为防止铣刨鼓3上的刀具受到过大的冲击而损坏，铣刨鼓3的下降速度要缓慢、柔和，为此，如步骤S2和S3所示，控制器先控制后支腿5下降直至与二分之一目标深度相对应的位置(即当前铣刨深度为二分之一目标深度时，后支腿5所对应的位置)，并且在后支腿5下降过程中，控制器将当前铣刨深度与二分之一目标深度进行实时对比，然后根据PID控制算法计算出后支腿5下降的速度s1，在速度s1的基础上乘以一个小于1的速度系数X得到实际速度s2，即s2＝s1*X，控制器控制后支腿5以速度s2下降。当后支腿5下降到位后，如步骤S4所示，控制器控制前支腿1下降直至当前铣刨深度达到目标深度，其中前支腿1的下降速度可以根据当前铣刨深度、目标深度，利用PID控制算法计算获得；同理，为了降低前支腿1的下降速度，也可以在PID控制算法计算出来的结果上乘以速度系数X。

与现有技术相比，在铣刨作业过程中，上述铣刨机通过分阶段调整前支腿和后支腿的升降，进而避免超调量大和升降速度难以把握的问题，并且，通过对机架的倾角进行实时检测，可以有效防止前支腿和后支腿受力失衡。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铣刨机智能找平系统，其特征在于，设置有控制器、倾角传感器(4)、速度传感器和拉绳传感器，所述倾角传感器(4)、拉绳传感器、速度传感器分别与控制器连接；所述倾角传感器(4)用于实时检测铣刨机的机架(6)的倾角，所述拉绳传感器用于实时检测铣刨机的侧滑板(7)与机架(6)之间的距离，所述速度传感器用于检测铣刨机的行驶速度；

当速度传感器检测到的速度为零时，所述控制器控制所述铣刨机的后支腿(5)下降进而使铣刨机的铣削深度达到预定深度，然后，所述控制器控制前支腿(1)下降进而使当前铣刨深度达到目标深度；

当速度传感器检测到的速度不为零时，所述控制器根据所述拉绳传感器的检测结果控制铣刨机的前支腿(1)升降，并根据所述倾角控制铣刨机的后支腿(5)升降。

2.根据权利要求1所述的铣刨机智能找平系统，其特征在于，当速度传感器检测到的速度不为零时，所述控制器根据所述拉绳传感器的检测结果控制铣刨机的前支腿(1)升降，并在所述倾角达到预定值时，所述控制器控制所述前支腿(1)停止升降并控制后支腿(5)开始升降。

3.根据权利要求2所述的铣刨机智能找平系统，其特征在于，所述预定值包括最小倾角值和最大倾角值，当所述倾角达到最小倾角值或最大倾角值时，所述控制器控制后支腿(5)升降以确保所述倾角处于最小倾角值和最大倾角值之间。

4.根据权利要求2所述的铣刨机智能找平系统，其特征在于，所述控制器根据拉绳传感器的检测结果获得铣刨机的当前铣刨深度；当速度传感器检测到的速度为零时，控制器将当前铣刨深度与预定深度进行对比并根据PID控制算法及预定速度系数计算出后支腿(5)的下降速度，进而控制后支腿(5)下降；当当前铣刨深度达到预定深度，控制器将当前铣刨深度与目标深度进行对比并根据PID控制算法及预定速度系数计算出前支腿(1)的下降速度，进而控制前支腿(1)下降，所述预定速度系数小于1。

5.根据权利要求2所述的铣刨机智能找平系统，其特征在于，当速度传感器检测到的速度不为零时，控制器将当前铣刨深度与目标深度、倾角与预定值进行对比；所述控制器根据当前铣刨深度与目标深度、倾角与预定值的对比结果并根据PID控制算法计算出前支腿(1)和后支腿(5)的升降速度，进而控制前支腿(1)和后支腿(5)升降。

6.根据权利要求5所述的铣刨机智能找平系统，其特征在于，所述预定深度为目标深度的二分之一。

7.一种铣刨机智能找平方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取铣刨机的行驶速度和当前铣刨深度；

实时监控铣刨机的机架(6)的倾角；

当行驶速度为零时，先控制后支腿(5)下降，直至当前铣刨深度达到目标深度的二分之一，然后，控制前支腿(1)下降，直至当前铣刨深度达到目标深度；

当行驶速度不为零时，先根据当前铣刨深度和目标深度控制前支腿(1)升降；当铣刨机的倾角达到预定值时，根据所述倾角、当前铣刨深度和目标深度控制后支腿(5)升降，从而使铣刨机的倾角处于预定值限定的范围之内。

8.根据权利要求7所述的铣刨机智能找平方法，其特征在于，当行驶速度为零时，前支腿(1)和后支腿(5)的下降速度根据PID控制算法及预定速度系数计算得出，且预定速度系数小于1。

9.一种铣刨机，其特征在于，设置有机架(6)、前支腿(1)、后支腿(5)、行驶装置(2)、侧滑板(7)、铣刨装置及权利要求1-6任一项所述的铣刨机智能找平系统，所述机架(6)通过前支腿(1)和后支腿(5)支撑在行驶装置(2)上，所述铣刨装置设置在机架(6)上，所述侧滑板(7)与机架(6)活动连接，所述倾角传感器(4)设置于所述机架(6)上。