CN106094807A - 一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置，包括摊铺机行走系统模拟装置、行走控制系统模拟装置和工控机；摊铺机行走系统模拟装置，用于模拟摊铺机行走；所述工控机，用于将采集的检测参数在屏幕上显示并模拟摊铺机的行走路线；行走控制系统模拟装置，用于对摊铺机的控制系统进行模拟。本发明还提供了一种摊铺机行走控制系统模拟实验方法。本发明具有可真实模拟摊铺机行走控制系统运行过程、操作方便、成本低、占地面积小等优点，可有效的解决系统开发阶段行走控制系统运行过程模拟和器件性能参数的测试问题。

Description

一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置及实验方法。

背景技术

沥青混凝土摊铺机是一种沥青路面施工中广泛应用的路面机械，用来将沥青混合料均匀摊铺在道路基层上，并进行初步振实和整平。摊铺机行走速度的恒定性及行走的直线性对摊铺路面的平整度、初始密实度、离析程度有着很大的影响。摊铺机行走系统及行走控制系统的性能是影响摊铺机作业性能的主要因素之一，在很大程度上决定了作业质量的优劣。

现代大中型履带式沥青混凝土摊铺机普遍采用双变量泵－双变量马达系统，液压系统左右两侧为独立的行走驱动闭式液压回路。通过对左右两侧独立的泵／马达系统进行控制，实现摊铺机的前进／后退、左右转向及原地转向等动作控制，以及实现无级变速，达到恒速控制的目的。在作业工况下为了保证路面具有足够的压实密度、平整度和均匀性，对摊铺机行走速度的恒速性提出了很高的要求，摊铺过程中系统控制必须采用速度闭环控制系统。

在摊铺机行走控制系统开发阶段需要行走控制系统实验装置来测试控制器等器件的性能参数，而目前通常是通过计算机软件仿真或将行走控制系统直接装到摊铺机上进行实验，软件仿真简单、成本低且容易实现，但实际效果和实物实验还是有很大区别的；而装到摊铺机上进行实际实验测试，成本高、不方便、耗时多、开发周期长。因此就需要一种简单、实用，能够模拟实际运行过程的摊铺机行走控制系统实验装置，从而可有效地缩短行走控制系统的研发周期，这种模拟实验装置同样也适合于各类学校相关专业的实验教学工作。

发明内容

本发明针对目前摊铺机行走控制系统实验装置所存在的上述问题，提供了一种摊铺机行走控制系统系统模拟实验装置及实验方法，可有效的解决系统开发阶段行走控制系统运行过程模拟和器件性能参数的测试问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置，包括摊铺机行走系统模拟装置、行走控制系统模拟装置和工控机。

摊铺机行走系统模拟装置包括相同的两套装置，每套装置均包括驱动电机、主泵及补油泵、液压马达、流量传感器、扭矩转速传感器、转速传感器和马达加载装置。

所述驱动电机，用于驱动主泵及补油泵，驱动电机通过变频调速器进行无级调速。

所述主泵及补油泵，主泵为双向变量柱塞泵，通过比例电磁阀无级调整其排量及改变供油方向，从而调节行走液压马达转速和转向。

补油泵用来向系统补充恒定的正、反向压力油以及向比例电磁阀提供控制油液。

所述液压马达为双向变量柱塞马达，能够进行高速和低速的切换。

所述马达加载装置，用来模拟摊铺机行走过程中马达负载的变化。

所述流量传感器，串在主泵和液压马达的闭合油路中，用于检测行走液压泵的输出流量，并将检测值送至工控机。

所述扭矩转速传感器，用于检测液压马达的输出扭矩和转速，并将检测值送至工控机。

所述转速传感器，用于检测液压马达的输出转速，检测值送至行走控制器。

所述工控机，用于将采集的检测参数在屏幕上显示并模拟摊铺机的行走路线，所述检测参数包括主泵的工作压力及输出流量、补油泵的输出油压、液压马达的输出扭矩和转速。

行走控制系统模拟装置包括操作台、行走控制器、电源模块。

所述行走控制器，用于控制摊铺机行走速度、行走方向、转弯和原地转向。

所述操作台，用于向行走控制器输入控制信息。

所述电源模块，用于向行走控制系统模拟装置提供所需的电源。

作为本发明的进一步改进，驱动电机采用三相交流异步电机。

主泵及补油泵的主油路分别设有压力传感器，压力传感器的输出端与工控机的输入端相连。

所述操作台包括紧急停车按钮、钥匙开关、第一故障指示灯、第二故障指示灯、电喇叭、行走操纵手柄、车速调节电位器、左转向电位器、右转向电位器、手动车速调节电位器、手动转向电位器、报警解除按钮、高低速选择开关、原地转向开关、切换开关。

所述第一故障指示灯、第二故障指示灯和电喇叭用于在转速传感器有故障时，通过声光的形式向摊铺机操作人员报警。

所述行走操纵手柄用于摊铺机前行、倒退或停车的选择。

所述车速调节电位器用于摊铺机处于自动行走控制时车速的调节。

所述左转向电位器用于摊铺机处于自动行走控制且左转向时转弯半径的调节。

所述右转向电位器用于摊铺机处于自动行走控制且右转向时转弯半径的调节。

所述手动车速调节电位器用于摊铺机处于手动行走控制时车速的调节。

所述手动转向电位器用于摊铺机处于手动行走控制时转弯半径的调节。

所述报警解除按钮用于转速传感器故障排除、恢复正常运行后喇叭报警的解除。

所述高低速选择开关用于液压马达高、低转速的选择。

所述原地转向开关用于控制摊铺机的原地转向。

所述切换开关用于摊铺机行走自动控制、手动控制的切换。

采用自动控制时，行走控制器采集转速传感器的输出值并与设定值相比较，若有偏差，行走控制器便调节相应一侧主泵的输出流量，直到二者一致为止，从而保证摊铺机的直线恒速行走或实现摊铺机的转向。

行走控制系统模拟装置还包括继电器及保险盒，用于输出各种控制信息及实现电气负载的过载和短路保护。

本发明还提供了一种摊铺机行走控制系统模拟实验方法，包括如下步骤：

步骤1，打开电源，将行驶速度旋钮（操纵台上的车速调节电位器）调到零位、行驶操纵手柄放在停车位置、切换开关扳至自动控制位置。

步骤2，将两侧的马达加载装置调到相同的最小负载位置，启动驱动电机，并使电机转速保持恒定。

步骤3，将液压马达调到低速位置，行驶操纵手柄推向前进位置，逐步调大行驶速度，然后保持恒定，观察工控机检测到的马达转速是否作相应改变，两侧马达转速是否相同，摊铺机是否保持直线行驶。

步骤4，改变一侧液压马达的加载值，观察摊铺机是否仍保持直线行驶状态。

步骤5，调节转向旋钮（操纵台上的左、右转向电位器），观察工控机是否显示摊铺机处于转向状态，并且转弯半径随之变化。

步骤6，闭合原地转向开关，观察工控机是否显示摊铺机处于原地转向状态。

步骤7，将行驶操纵手柄拉向倒退位置，观察摊铺机是否处于向后直线行驶状态。

步骤8，将切换开关扳至手动控制位置，手动转向电位器处于中间位置，行驶操纵手柄推向前进位置。

步骤9，调节手动车速调节电位器，观察摊铺机的速度是否作相应变化并处于直线行驶状态。

步骤10，旋转手动转向电位器，观察摊铺机是否处于转向状态，并且转弯半径随之变化。

步骤11，将行驶操纵手柄拉向倒退位置，重复步骤9和步骤10。

与现有技术相比，本发明具有可真实模拟摊铺机行走控制系统运行过程、操作方便、成本低、占地面积小等优点。

附图说明

图1是本发明摊铺机行走控制系统模拟实验装置结构图。

其中，1、工控机；2、驱动电机；3、主泵及补油泵；4、液压马达；5、流量传感器；6、扭矩转速传感器；7、转速传感器；8、马达加载装置；9、操作台；10、行走控制器；11、电源模块；12、继电器及保险盒；13、紧急停车按钮；14、钥匙开关；15、第一故障指示灯；16、第二故障指示灯；17、电喇叭；18、行走操纵手柄；19、车速调节电位器；20、左转向电位器；21、右转向电位器；22、手动车速调节电位器；23、手动转向电位器；24、报警解除按钮；25、高低速选择开关；26、原地转向开关；27、切换开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1，模拟德国产ABG423型摊铺机行走控制系统，模拟实验装置包括摊铺机行走系统模拟装置、行走控制系统模拟装置和工控机1，摊铺机行走系统模拟装置由完全相同的两套装置组成（图中只画出其中的一套），每一套又包括驱动电机2、主泵及补油泵3、液压马达4、流量传感器5、扭矩转速传感器6、转速传感器7和马达加载装置8；行走控制系统模拟装置包括操作台9、行走控制器10、电源模块11、继电器及保险盒12。

所述的驱动电机2采用三相交流异步电机，用于驱动主泵及补油泵3，驱动电机2通过变频调速器进行无级调速，可方便的将泵的转速调至所需要的值。

所述主泵及补油泵3采用原机配套泵，两泵的输入轴刚性连接并与驱动电机2的输出轴相连，两泵位于同一封闭的壳体内，其中主泵为双向变量柱塞泵，可通过改变对应比例电磁阀线圈的电流，调整排量及改变供油方向，继而调节液压马达4的转速和转向。补油泵用来向系统补充恒定的正、反向压力油以及向主泵的比例电磁阀提供控制油液。主泵及补油泵3的主油路分别设有压力传感器，压力传感器的输出端与工控机1内嵌接口板的输入端相连。

所述液压马达4采用原机配套的双向变量柱塞马达，可通过电磁阀在高、低速之间切换。

所述流量传感器5，串在主泵与液压马达4之间的闭合油路中，用于检测主泵的输出流量，并将检测值送至工控机1。

所述马达加载装置8和马达输出轴直连，通过双向变量液压加载泵来模拟马达负载的变化，加载值的大小取决于加载泵的输出流量和加载压力，通过电磁比例溢流阀可改变加载泵的输出流量，从而改变加载值的大小。

所述扭矩转速传感器6位于液压马达4的输出轴与马达加载装置8的输入轴之间，用于检测液压马达4的输出扭矩和转速，并将检测值送至工控机1。

所述转速传感器7，用于检测液压马达4的输出转速，检测值送至行走控制器10。

工控机1主机内插有模拟量和数字量接口板卡，用来采集主泵的工作压力及输出流量、补油泵的输出油压、液压马达4的输出扭矩和转速，并在屏幕上显示检测参数及模拟摊铺机的行走路线。

所述的操作台9包括紧急停车按钮13、钥匙开关14、第一故障指示灯15、第二故障指示灯16、电喇叭17、行走操纵手柄18、车速调节电位器19、左转向电位器20、右转向电位器21、手动车速调节电位器22、手动转向电位器23、报警解除按钮24、高低速选择开关25、原地转向开关26、切换开关27。

所述切换开关27用于摊铺机行走自动控制、手动控制的切换。采用自动控制时，行走控制器10采集单独设置的液压马达转速传感器7的输出值并与设定值相比较，若有偏差，行走控制器10便调节相应一侧主泵的输出流量，直到二者一致为止，从而保证摊铺机的直线恒速行走或实现摊铺机的转向。

所述行走操纵手柄18用于摊铺机前行、倒退或停车的选择。

所述车速调节电位器19用于摊铺机处于自动行走控制时车速的调节。

所述左转向电位器20用于摊铺机处于自动行走控制且左转向时转弯半径的调节。

所述右转向电位器21用于摊铺机处于自动行走控制且右转向时转弯半径的调节。

所述手动车速调节电位器22用于摊铺机处于手动行走控制时车速的调节。

所述手动转向电位器23用于摊铺机处于手动行走控制时转弯半径的调节。

所述报警解除按钮24用于转速传感器故障排除、恢复正常运行后喇叭报警的解除。

所述高低速选择开关25用于液压马达高、低转速的选择。

所述原地转向开关26用于控制摊铺机的原地转向。

所述第一故障指示灯15、第二故障指示灯16在相应一侧的转速传感器7有故障时点亮，同时电喇叭17也鸣叫，通过声光的形式向摊铺机操作人员报警。故障排除、恢复正常运行后，按下报警解除按24钮以取消喇叭的报警。

行走控制器10是行走控制系统的核心，其根据操作台9上各元件的输入信息以及左右两侧转速传感器7的输出信息，实现摊铺机行走速度、行走方向、转弯和原地转向的控制。

电源模块11用于向行走控制系统模拟装置提供所需的直流电源。

继电器及保险盒12用于输出各种控制信息及实现电气负载的过载和短路保护。

Claims (7)

1.一种摊铺机行走控制系统模拟实验装置，其特征是，包括摊铺机行走系统模拟装置、行走控制系统模拟装置和工控机；

摊铺机行走系统模拟装置包括相同的两套装置，每套装置均包括驱动电机、主泵及补油泵、液压马达、流量传感器、扭矩转速传感器、转速传感器和马达加载装置；

所述驱动电机，用于驱动主泵及补油泵，驱动电机通过变频调速器进行无级调速；

所述主泵及补油泵，主泵为双向变量柱塞泵，通过比例电磁阀无级调整其排量及改变供油方向，从而调节行走液压马达转速和转向；

补油泵用来向系统补充恒定的正、反向压力油以及向比例电磁阀提供控制油液；

所述液压马达为双向变量柱塞马达，能够进行高速和低速的切换；

所述马达加载装置，用来模拟摊铺机行走过程中马达负载的变化；

所述流量传感器，串在主泵和液压马达的闭合油路中，用于检测行走液压泵的输出流量，并将检测值送至工控机；

所述扭矩转速传感器，用于检测液压马达的输出扭矩和转速，并将检测值送至工控机；

所述转速传感器，用于检测液压马达的输出转速，检测值送至行走控制器；

所述工控机，用于将采集的检测参数在屏幕上显示并模拟摊铺机的行走路线，所述检测参数包括主泵的工作压力及输出流量、补油泵的输出油压、液压马达的输出扭矩和转速；

行走控制系统模拟装置包括操作台、行走控制器、电源模块；

所述行走控制器，用于控制摊铺机行走速度、行走方向、转弯和原地转向；

所述操作台，用于向行走控制器输入控制信息；

所述电源模块，用于向行走控制系统模拟装置提供所需的电源。

2.如权利要求1所述的摊铺机行走控制系统模拟实验装置，其特征是，驱动电机采用三相交流异步电机。

3.如权利要求1所述的摊铺机行走控制系统模拟实验装置，其特征是，主泵及补油泵的主油路分别设有压力传感器，压力传感器的输出端与工控机的输入端相连。

4.如权利要求1所述的摊铺机行走控制系统模拟实验装置，其特征是，所述操作台包括紧急停车按钮、钥匙开关、第一故障指示灯、第二故障指示灯、电喇叭、行走操纵手柄、车速调节电位器、左转向电位器、右转向电位器、手动车速调节电位器、手动转向电位器、报警解除按钮、高低速选择开关、原地转向开关、切换开关；

所述第一故障指示灯、第二故障指示灯和电喇叭用于在转速传感器有故障时，通过声光的形式向摊铺机操作人员报警；

所述行走操纵手柄用于摊铺机前行、倒退或停车的选择；

所述车速调节电位器用于摊铺机处于自动行走控制时车速的调节；

所述左转向电位器用于摊铺机处于自动行走控制且左转向时转弯半径的调节；

所述右转向电位器用于摊铺机处于自动行走控制且右转向时转弯半径的调节；

所述手动车速调节电位器用于摊铺机处于手动行走控制时车速的调节；

所述手动转向电位器用于摊铺机处于手动行走控制时转弯半径的调节；

所述报警解除按钮用于转速传感器故障排除、恢复正常运行后喇叭报警的解除；

所述高低速选择开关用于液压马达高、低转速的选择；

所述原地转向开关用于控制摊铺机的原地转向；

所述切换开关用于摊铺机行走自动控制、手动控制的切换；

采用自动控制时，行走控制器采集转速传感器的输出值并与设定值相比较，若有偏差，行走控制器便调节相应一侧主泵的输出流量，直到二者一致为止，从而保证摊铺机的直线恒速行走或实现摊铺机的转向。

5.如权利要求1所述的摊铺机行走控制系统模拟实验装置，其特征是，行走控制系统模拟装置还包括继电器及保险盒，用于输出各种控制信息及实现电气负载的过载和短路保护。

6.一种摊铺机行走控制系统模拟实验方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤1，打开电源，将行驶速度旋钮调到零位、行驶操纵手柄放在停车位置、切换开关扳至自动控制位置；

步骤2，将两侧的马达加载装置调到相同的最小负载位置，启动驱动电机，并使电机转速保持恒定；

步骤3，将液压马达调到低速位置，行驶操纵手柄推向前进位置，逐步调大行驶速度，然后保持恒定，观察工控机检测到的马达转速是否作相应改变，两侧马达转速是否相同，摊铺机是否保持直线行驶；

步骤4，改变一侧液压马达的加载值，观察摊铺机是否仍保持直线行驶状态；

步骤5，调节转向旋钮，观察工控机是否显示摊铺机处于转向状态，并且转弯半径随之变化；

步骤6，闭合原地转向开关，观察工控机是否显示摊铺机处于原地转向状态；

步骤7，将行驶操纵手柄拉向倒退位置，观察摊铺机是否处于向后直线行驶状态。

7.如权利要求6所述的摊铺机行走控制系统模拟实验方法，其特征是，步骤7之后还包括：

步骤8，将切换开关扳至手动控制位置，手动转向电位器处于中间位置，行驶操纵手柄推向前进位置；

步骤9，调节手动车速调节电位器，观察摊铺机的速度是否作相应变化并处于直线行驶状态；

步骤10，旋转手动转向电位器，观察摊铺机是否处于转向状态，并且转弯半径随之变化；

步骤11，将行驶操纵手柄拉向倒退位置，重复步骤9和步骤10。