CN104727210A - 路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法 - Google Patents

路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法 Download PDF

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徐文山
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向彦亮
刘斌
袁国宇
王富春
张莹映
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Abstract

本发明公开了一种路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法。它包括输料泵以及输料马达，输料泵连接输料马达，还包括安装在输送机侧面用于检测输送机同地面夹角的倾角传感器、安装在输送机的托辊下部的称重传感器以及与输料马达连接的用于检测马达转速的转速传感器；倾角传感器、称重传感器以及转速传感器的信号输出端均连接到一个控制器的信号输入端上，控制器的信号输出端连接到排料控制阀的输入端上。采用上述的结构及控制方法后，其结构简单，检测精度高、控制方式便捷，自动化程度高，可以有效的降低操作者劳动强度，节省发动机功率，提高经济效益并为设备的维护保养提供重要的参考依据。

Description

路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法
技术领域
本发明涉及一种路面铣刨机的输料系统，具体是一种路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法，属于工程机械技术领域。
背景技术
路面铣刨机为工程机械的一种，是沥青路面养护施工的主要机种之一，其主要功能是用于对公路、机场、广场等大面积铣削破碎，路面油包、油浪、车辙和面层的铣平，对摩擦系数较低的水泥混凝土路面进行拉毛作业，以及开挖路面坑槽及沟槽。带有回收输送机的铣刨机在进行长期且不间断工作时,由于作业对象的结构复杂,密度不均匀,用户对每段时间的铣削产量不能进行实时的计量,不能对工作的经济性进行实时的度量；此外,铣刨机损耗件(如刀头、输料皮带、传动皮带等)的更换缺少准确的参数量化,目前主要依靠操作者经验进行查检，增加了劳动强度；当进行不同深度、不同速度铣削作业时，输送机转速的大小不能根据所铣削的废料多少进行自动的调节，通常的操作是将输送机转速调至最快，这样则在多数情况下会对发动机功率造成巨大的浪费，频繁手动调节则易使操作者产生疲劳。
现有文献中涉及了两种能够自动控制铣刨机排料速度的技术方案，一种方案是通过检测铣刨刀头周围的堆料高度来控制排料速度。该项技术有以下两个缺点：第一，铣刨工作腔内废料在不断的翻滚、飞溅，堆料高度变化大，空间中废料颗粒弥漫，其物料高度控制器很难准确探测堆料高度；第二，工作腔内废料弥漫，再加上为了降温、除尘，腔内还要喷水，在如此恶劣的工作环境中，物料高度控制器很容易损坏,并且此种方案不易实施。另一方案是铣刨机的车架上安装有料位控制器，料位控制器的料位信号输入端连接有可感应物料高度的料位传感器，工作中通过检测料位的高度来控制输送机的转速，该方案有以下缺点，首先因为铣削的废料集配不均匀，料位高度可能存在较大的波动，控制系统很难进行准确的识别,导致集卸料皮带的转速控制不合适；其次该检测方式不能对操作者的生产作业进行指导，只能实现单纯的马达转速控制。针对上述问题目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够对铣刨输送速度进行实时调节，对每段时间的铣削产量进行实时计量，节约功耗，提高输送可靠性和控制精度的路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明的路面铣刨机的输料控制系统，包括安装在铣刨机上的由一个排料控制阀控制排量大小的输料泵以及安装在铣刨机的输送机上的用于控制输送机皮带转速的输料马达，输料泵连接输料马达并能够控制输料马达的转速，还包括安装在输送机侧面用于检测输送机同地面夹角的倾角传感器、安装在输送机的托辊下部的称重传感器以及与输料马达连接的用于检测马达转速的转速传感器；倾角传感器、称重传感器以及转速传感器的信号输出端均连接到一个控制器的信号输入端上，控制器的信号输出端连接到排料控制阀的输入端上。
所述控制器连接安装在铣刨机上的显示器。
所述控制器连接安装在铣刨机上的打印机。
一种基于上述路面铣刨机的输料控制系统的自适应控制方法，包括以下步骤：转速传感器检测马达转速数据信号，倾角传感器检测输送机同地面夹角数据信号，称重传感器检测到托辊的正压力数据信号，转速传感器、倾角传感器、称重传感器将采集的数据信号输出到控制器，控制器接收到转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集的数据信号后进行如下计算过程，
其中，转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集脉冲信号频率为次/s；称重传感器数量为n；采集到的压力信号为f，单位kg；称重传感器瞬时采集到的总重量为F瞬，单位kg；转速传感器信号：ω，单位r/s；倾角传感器信号：θ，单位°；皮带和支架的动态皮重：Z，单位kg；某一瞬时t瞬输料皮带上废料重量：M瞬.
当铣刨机工作时间为m时，控制器按照下式近似算出总的输料重量为：
其中，时间m内皮带输料总量：M总，单位kg；皮带轮半径：r，单位m；皮带长度：L，单位m；单位变换系数：K。
将皮带转速ω最佳和瞬时废料重量M最佳的关系曲线输入到控制器中，当M瞬＜M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，减小输料泵排量，将皮带转速从ω减小到ω最佳；
当M瞬＞M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，增加输料泵排量，将皮带转速从ω增大到ω最佳。
采用上述的结构及控制方法后，由于设置的输料泵、输料马达以及倾角传感器、称重传感器、转速传感器，能够根据路面起伏和提升油缸的变化，通过倾角传感器将输送机同地面的夹角信号传递给控制器，称重传感器将瞬时的废料重量信号传递给控制器，同时转速传感器将驱动轮的转速信号传递给控制器，经过逻辑处理后将输送机的瞬时输出废料重量和一段时间内的累计废料重量显示到操纵台的显示器上，必要时可以进行打印，从而有效指导操作人员进行生产作业和维护保养，实现了对皮带输送机转速的自适应控制；其结构简单，检测精度高、控制方式便捷，自动化程度高，可以有效的降低操作者劳动强度，节省发动机功率，提高经济效益并为设备的维护保养提供重要的参考依据。
附图说明
图1为本发明路面铣刨机的输料控制系统的结构示意图；
图2为本发明路面铣刨机的输料控制系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的路面铣刨机的输料控制系统及自适应控制方法作进一步详细说明。
如图所示，本发明的路面铣刨机的输料称量系统，包括安装在铣刨机上的由一个排料控制阀13控制排量大小的输料泵1以及安装在铣刨机的输送机上的用于控制输送机皮带转速的输料马达12，输料泵1连接输料马达12并能够控制输料马达12的转速，还包括安装在输送机侧面用于检测输送机同地面夹角的倾角传感器7、安装在输送机前端的托辊下部的一组称重传感器9以及与输料马达连接的用于检测马达转速的转速传感器11；其中，称重传感器一头安装在前侧的托辊支架下端，另一头固定在输送机架上并且远离抛料口，避免物料抛洒造成的重量波动，转速传感器则集成在输料马达内部，倾角传感器7、称重传感器9以及转速传感器11的信号输出端均连接到一个控制器3的信号输入端上，由此将倾角传感器、称重传感器、转速传感器所采集的信号接入控制器中，控制器3的信号输出端连接到排料控制阀13的输入端上，优选地，将3路传感器信号接入控制器中，先对倾角传感器和转速传感器其进行标定，因铣刨工作的同时伴有洒水，废料有一定的含水量，可通过收集一定样本对废料含水量进行检测，然后对称重传感器进行标定，根据需要按照干料或湿料进行。预先将皮带转速和瞬时废料重量的关系曲线输入到控制器中，当路面起伏提升油缸动作时，输送机倾角会产生变化；当铣深增大，行驶速度加快，铣削的废料增多，控制器通过实时采集传感器信号进行参数对比，并根据参数变化对输料泵的排量进行控制，增加皮带的转速，反之亦可根据传感器反馈降低皮带转速，控制器3还连接安装在铣刨机上的显示器5以及安装在铣刨机上的打印机6，控制器可将所采集的信号经过计算显示到铣刨机上方的显示器界面上，包括瞬时重量和累计重量，同时控制器反馈信号给输料泵，对输料泵排量进行控制，从而对输料马达的转速进行控制。
一种基于上述的路面铣刨机的输料控制系统的自适应控制方法，包括以下步骤：转速传感器检测马达转速数据信号，倾角传感器检测输送机同地面夹角数据信号，称重传感器检测到托辊的正压力数据信号，转速传感器、倾角传感器、称重传感器将采集的数据信号输出到控制器，控制器接收到转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集的数据信号后进行如下计算过程，
其中，转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集脉冲信号频率为次/s；称重传感器数量为n；采集到的压力信号为f，单位kg；称重传感器瞬时采集到的总重量为F瞬，单位kg；转速传感器信号：ω，单位r/s；倾角传感器信号：θ，单位°；皮带和支架的动态皮重：Z，单位kg；某一瞬时t瞬输料皮带上废料重量：M瞬.
当铣刨机工作时间为m时，控制器按照下式近似算出总的输料重量为：
其中，时间m内皮带输料总量：M总，单位kg；皮带轮半径：r，单位m；皮带长度：L，单位m；单位变换系数：K。
将皮带转速ω最佳和瞬时废料重量M最佳的关系曲线输入到控制器中，当M瞬＜M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，减小输料泵排量，将皮带转速从ω减小到ω最佳；
当M瞬＞M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，增加输料泵排量，将皮带转速从ω增大到ω最佳。
铣削作业时，安装在输送机托辊下部的称重传感器可以检测到托辊的正压力，转速传感器信号经过转换可以得到皮带的线速度，通过控制器采集倾角传感器、称重传感器、转速传感器的信号，控制器结合倾角传感器和称重传感器的信号，按照斜面上物体重量的计算法得出输送机输出废料的瞬时废料的重量，再同皮带线速度进行整合则可计算出一段时间内的铣削废料重量；
当随着铣削速度的增加，铣削深度的加大，初始皮带转速较慢时，铣刨鼓铣削废料较多，输料皮带上会堆积有较多的废料，甚至会产生漏料现象，此时称重传感器产生的变形则较大，采集到电压的变化量也较大，这一信号经过转换同控制器设定值相比较，大于设定值时，则控制器发出信号至排料控制阀(比例电磁阀)，通过比例电磁阀来控制输料泵的斜盘倾角，对输料泵的排量进行控制，从而控制输料马达的转速；同样的，当随着铣削速度的减小，铣削的废料会减小，称重传感器反馈信号到控制器，控制器再对输料泵排量进行控制，使得皮带转速减小，如此进行不断的反馈和调节，使皮带转速得到实时的控制，极有效的节省了发动机功率，操纵面板上设置有自动模式和手动模式，自动模式指控制器按照系统程序采集并显示当前瞬时废料重量和累计产量；手动模式则可根据操作者需求进行采集和显示的调整，由此可见，本发明中瞬时废料重量同控制器中设定值进行比较，并通过对输料皮带转速进行实时调节来达到两者的平衡。

Claims (4)

1.一种路面铣刨机的输料控制系统，其特征在于：包括安装在铣刨机上的由一个排料控制阀(13)控制排量大小的输料泵(1)以及安装在铣刨机的输送机上的用于控制输送机皮带转速的输料马达(12)，所述输料泵(1)连接输料马达(12)并能够控制输料马达(12)的转速，还包括安装在输送机侧面用于检测输送机同地面夹角的倾角传感器(7)、安装在输送机的托辊下部的称重传感器(9)以及与输料马达连接的用于检测马达转速的转速传感器(11)；所述倾角传感器(7)、称重传感器(9)以及转速传感器(11)的信号输出端均连接到一个控制器(3)的信号输入端上，所述控制器(3)的信号输出端连接到排料控制阀(13)的输入端上。
2.按照权利要求1所述的路面铣刨机的输料控制系统，其特征在于：所述控制器(3)连接安装在铣刨机上的显示器(5)。
3.按照权利要求2所述的路面铣刨机的输料控制系统，其特征在于：所述控制器(3)连接安装在铣刨机上的打印机(6)。
4.一种基于权利要求1所述的路面铣刨机的输料控制系统的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：转速传感器检测马达转速数据信号，倾角传感器检测输送机同地面夹角数据信号，称重传感器检测到托辊的正压力数据信号，转速传感器、倾角传感器、称重传感器将采集的数据信号输出到控制器，控制器接收到转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集的数据信号后进行如下计算过程，
其中，转速传感器、倾角传感器、称重传感器采集脉冲信号频率为次/s；称重传感器数量为n；采集到的压力信号为f，单位kg；称重传感器瞬时采集到的总重量为F瞬，单位kg；转速传感器信号：ω，单位r/s；倾角传感器信号：θ，单位°；皮带和支架的动态皮重：Z，单位kg；某一瞬时t瞬输料皮带上废料重量：M瞬.
当铣刨机工作时间为m时，控制器按照下式近似算出总的输料重量为：
其中，时间m内皮带输料总量：M总，单位kg；皮带轮半径：r，单位m；皮带长度：L，单位m；单位变换系数：K。
将皮带转速ω最佳和瞬时废料重量M最佳的关系曲线输入到控制器中，当M瞬＜M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，减小输料泵排量，将皮带转速从ω减小到ω最佳；
当M瞬＞M最佳时，信号反馈给比例电磁阀，增加输料泵排量，将皮带转速从ω增大到ω最佳。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111133152A (zh) * 2017-09-22 2020-05-08 路科公司 具有自动坡度控制系统的铣刨机
CN112790133A (zh) * 2021-02-01 2021-05-14 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江) 料斗装置和水上投饵设备
WO2022002256A1 (zh) * 2020-07-03 2022-01-06 三一汽车制造有限公司 铣刨机输料控制方法、系统、装置和铣刨机

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