CN112482139A - 一种振动压路机变振幅控制方法、装置、系统及压路机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动压路机变振幅控制方法，包括如下步骤，获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；根据所述数据信息获取压路机‑土壤系统的二阶固有频率值；设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压；本发明无需采用特殊的振动轮内激振器结构或调幅油缸或振动轮结构，仅通过改变振动频率即可改变振幅，该控制方法简单、可靠性高。

Description

一种振动压路机变振幅控制方法、装置、系统及压路机

技术领域

本发明涉及压路机技术领域，具体涉及一种振动压路机变振幅控制方法、装置、系统及压路机。

背景技术

压路机是以增加工作介质(土石填方及路面铺层混合物料)的密实度为主要用途的施工机械。最早的压路机是使用静作用力压实的，即利用压路机的自身重量产生的静压力迫使工作介质密实，随着技术的发展，人们发现振动载荷能使工作介质处于高频振动状态，使工作介质颗粒之间的内摩擦力丧失，从而获得更高压实效率和更好压实效果，因此，振动压路机逐渐成为主流。

振动压路机用于压实填土、压实路基及压实路面时，由于要求压实度和压实力影响的深度不同，其振动轮的振幅也要求有所不同，振幅具备较大调节范围的振动压路机能更好的适应多种压实工况。

最常用的振幅调节方法是通过改变压路机振动轮内激振器的偏心矩（指激振器偏心质量与偏心距离的乘积）实现的，因为在振动轮本身的振动部分质量（指振动轮及所有与振动轮刚性连接部件的质量）不变的前提下，加大激振器的偏心矩能直接加大振幅。典型的可以改变偏心矩的激振器结构如偏心套轴换位多幅调幅机构，该机构采用同轴转动的两根偏心轴构成激振器，通过联结套手动调整内外偏心轴的相对位置，得到多种不同的偏心质量叠加方式，从而得到多种不同的偏心矩，实现了振幅的多级调节，然而，压路机仅采用偏心块套轴换位多幅调幅机构仍然不能实现振幅的无级调节，且振动轮结构趋于复杂。

另一种常用的振幅调节方法是通过改变激振力方向实现的，定向振动轮是该类调幅机构的基础。振动轮输出定向振动力，如力的方向在垂直地面和水平间无级调整，相应的振幅就在最大与零值之间无级调整。典型结构如BOMAG公司提出的四轴无级调幅机构，四激振器安装于内筒内，中间两激振器与两侧两激振器同步反向旋转形成定向振动力，位于驱动马达中心的轴在调幅油缸驱动下转动内筒，改变内筒与垂直地面方向的转角，即定向振动力与垂直地面方向的夹角，实现了振幅的调节，这种机构可以实现振幅的无级调整，但是结构非常复杂。

现有的振幅调节方法需要通过改变压路机振动轮内激振器的偏心矩或者改变激振力的方向实现，需要采用特殊的振动轮内激振器结构或特殊的振动轮结构来实现，使得压路机振动轮结构复杂，导致制造加工不便，同时，因为采用了更多的零部件导致压路机可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振动压路机变振幅控制方法、装置、系统及压路机，无需改变压路机振动轮内激振器的偏心矩或者激振力方向即能够实现振幅的调节，具有结构简单，操作方便，可靠性高的优点。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明公开了一种振动压路机变振幅控制方法，包括：

获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；

设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

进一步地，振动频率预设值大于压路机-土壤系统的二阶固有频率值。

进一步地，所述振动频率设置值大于压路机-土壤系统的二阶固有频率值。

进一步地，所述数据信息为压路机振动轮的振动加速度信息。

进一步地，所述振动频率的设置采用调控电控比例泵的排量实现，通过泵排量的无级调整实现振动频率的无级调整。

进一步地，所述振动频率设置值的控制采用开环控制。

进一步地，所述振动频率设置值的控制采用反馈控制，包括如下步骤：

步骤31、设置压路机的振动频率，获取振动频率设置值；

步骤32、根据所述数据信息实时获取振动轮的振幅，将实时获取的振幅与预设的振幅相比较，若比较结果相等，则控制压路机以当前振动频率设置值对应的振动频率进行振动碾压，若比较结果不相等，则转向步骤33；

步骤33、设置新的振动频率设置值，保证该振动频率值大于二阶固有频率值并调整该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度，然后转向步骤32。

进一步地，所述步骤33中的调整该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度包括：

判断实时获取的振幅数据和预设振幅之间的关系；

若实时获取的振幅数据大于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前的振动频率设置值远离二阶固有频率值；

若实时获取的振幅数据小于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前的振动频率设置值靠近二阶固有频率值。

进一步地，控制压路机进行振动碾压包括如下步骤：

压路机对待压土壤每完成一遍碾压后，需重新获取振动系统的二阶固有频率值；

根据重新获取的二阶固有频率值设置压路机的振动频率，获取新的振动频率设置值，控制该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

控制压路机以该振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压，直至碾压效果达到预设的碾压效果。

本发明还公开了一种振动压路机变振幅控制装置，包括：

扫频模块，用于获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

分析模块，用于根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；

重置模块，用于设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

执行模块，用于控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

本发明还公开了一种振动压路机变振幅控制系统，包括控制器和安装在振动轮上的加速度传感器；

所述加速度传感器用于获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

所述控制器用于根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；以及

用于设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；以及

用于控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

本发明还公开了一种压路机，包括上述的振动压路机变振幅控制系统。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本发明的控制方法通过获取需被压土壤的二阶固有频率值，并根据振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度与振动轮的振幅成正比的关系设置振动频率设置值，并以该振动频率控制压路机工作，有效的控制了压路机实现振幅的改变；无需改变压路机振动轮内激振器的偏心矩或者激振力方向，无需采用特殊的振动轮内激振器结构或调幅油缸或振动轮结构，仅通过改变振动频率即可改变振幅，该控制方法简单、可靠性高；

2、本发明中振动频率设置值的控制采用反馈控制，可以根据振动加速度数据获取振幅，根据获取的振幅和预设的振幅比较进行压路机碾压，通过反馈控制的方法，能够进一步保证碾压效果；

3、本发明通过将振动频率设置值靠近二阶固有频率值，振动频率设置值越靠近二阶固有频率值，则振动轮振幅越大，振动频率无级靠近上述二阶固有频率值即可无级改变振幅，可实现振幅的无级调整，且操作方便；

4、本发明采用的方法，振动压路机振动压实时始终工作于二阶固有频率附近，能充分利用共振原理，用较小的功率迫使土壤振动密实，节能高效；

5、本发明的压路机结构简单，能够通过电控比例泵驱动振动马达工作进而驱动振动轮内的激振器工作，实现了无级调节，操作方便。

附图说明

图1为本发明具体实施方式振幅控制方法的一种实施例的流程图；

图2为本发明具体实施方式振幅控制方法的另一种实施例的流程图；

图3为本发明具体实施方式振幅控制系统一种实施例的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式振幅控制系统另一种实施例的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式压路机一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参阅图1，图1是本发明一种实施例的振动压路机变振幅控制方法的流程图，包括如下步骤：

步骤S101：压路机在需要被压实的土壤或与需要被压实的土壤相同的土壤上起振，获取从振动频率由零到振动频率预设值整个过程中的数据。

振动压路机是通过装配在振动轮内部的激振器高速旋转产生离心力，使其减振器以内的部分产生持续的机械振动，迫使工作介质振动实现压实的一种施工机械。压路机在起振过程中，振动频率从0逐渐升高到振动频率预设值，如果振动频率预设值足够大，随着频率的升高，当振动频率与系统的固有频率相等时，系统将处于共振状态，振幅明显增大，振动频率继续增大，系统越过共振区，直到振动频率达到振动频率预设值，所以，在需要被压实的土壤或与需要被压实的土壤相同的土壤上起振，获取从0到达到预先设置的振动频率值整个过程中的数据，会包含系统经过共振区的数据。上述整个过程中的数据可以是振动轮振动加速度在时域内的连续数据。

例如：选用某工作质量为26吨、名义振幅为1.9mm的单钢轮振动压路机，振动频率预设值设置为32Hz，在需要被压实的道路路基土壤上起振，记录从0Hz到振动频率预设值32Hz过程中的振动轮振动加速度在时域内的连续数据，通常，“压路机—土壤”振动系统的固有频率均小于30Hz，所以上述连续数据包括系统经过共振区的数据。

步骤S102：通过上述数据确定“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值。

通过步骤S101中获取的数据进行数据处理，可以确定“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值。如可以通过对上述振动轮振动加速度在时域内的连续数据进行频谱分析，找到不同频率下的振动加速度信息，得到“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值。也可以对上述振动轮振动加速度在时域内的连续数据进行二次积分，获得振动轮振幅在时域内的连续数据，通过对上述振动轮振幅在时域内的连续数据进行频谱分析，找到不同频率下的振幅信息，通过幅-频响应图得到二阶固有频率值。通常，“压路机—土壤”振动系统有两个固有频率，体现在幅-频响应图上会有两个共振峰，分别对应于两个固有频率，其中较小的固有频率称为一阶固有频率，主要由压路机参数如振动轮减震器刚度、振动轮减震器阻尼、上车质量决定，较大的固有频率是二阶固有频率，主要由土壤参数如土的刚度、土的阻尼以及压路机参数如振动部分质量决定。

例如：对上述时域内的振动轮振动加速度连续数据进行频谱分析，获得上述土壤下的“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率，例如是17Hz。通常，“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值主要由土壤参数如土的刚度、土的阻尼以及压路机参数如振动部分质量决定，其中土的刚度越大，二阶固有频率值越高。

步骤S103：设置压路机振动频率得到振动频率设置值，控制该振动频率设置值靠近上述二阶固有频率值的程度，振动频率越靠近二阶固有频率则压实过程中的振动轮振幅越大。

根据共振原理，振动频率越靠近二阶固有频率则振动轮振幅越大，所以需要设置压路机振动频率，通过控制该振动频率靠近上述二阶固有频率值的程度，以获得不同的振动轮振幅。

例如：设置压路机振动频率得到振动频率设置值，例如设置压路机振动频率靠近上述二阶固有频率17Hz且为上述固有频率17Hz的120%，得到振动频率值20.4Hz，该振动频率值下压路机碾压时的振幅约为名义振幅的130%，如设置压路机振动频率更靠近上述二阶固有频率17Hz，压路机碾压时的振幅能达到名义振幅的300%～500%。

在另外一些实施例中，压路机的振动频率设置值要大于二阶固有频率值。此种设计的目的是一阶固有频率值和二阶固有频率值均为峰值。即振动频率设置值由一阶固有频率值向二阶固有频率值变化时，振幅并非单调递增，难于通过调节振动频率设置值来控制压路机振幅。

步骤S104：压路机用上述振动频率设置值对应的振动频率对需要被压实的土壤进行振动碾压。

压路机用上述振动频率设置值对应的振动频率对需要被压实的土壤进行振动碾压。

例如：振动频率设置值是20.4Hz，控制压路机用20.4Hz的振动频率进行振动碾压。

参阅图2，图2是本发明振动压路机变振幅实现方法另一种实施例的流程图。需要说明的是，本实施例中获取从零到振动频率预设值整个过程中的数据、二阶固有频率值的获取等和图1对应的实施例相同，本实施例不在具体说明。本实施例具体包括如下步骤：

步骤S201：压路机在需要被压实的土壤或与需要被压实的土壤相同的土壤上起振，获取从零到振动频率预设值整个过程中的数据。

步骤S202：通过上述数据确定“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值。

步骤S203：设置压路机振动频率得到振动频率设置值。

例如：设置压路机振动频率得到振动频率设置值，假设是20.4Hz，该振动频率设置值靠近上述二阶固有频率17Hz且为上述固有频率17Hz的120%

步骤S204：获取压实过程中振动加速度数据，通过数据处理如二次积分获得振幅，与预期振幅比较，不相等时，转向步骤S205；相等时转向步骤S206。

步骤S205：设置一个新的振动频率设置值，若实时获取的振幅数据大于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前振动频率设置值更加远离二阶固有频率值；若实时获取的振幅数据小于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前振动频率设置值更加靠近二阶固有频率值，转向步骤S204。

振动频率设置值由一阶固有频率值向二阶固有频率值变化时，振幅并非单调递增，难于通过调节振动频率设置值来控制压路机振幅，所以本申请使新设置的振动频率设置值大于二阶固有频率值。

根据共振原理，振动频率越靠近二阶固有频率则振动轮振幅越大，如步骤S204中获得的振幅小于预期振幅，表明需要减小振动频率，步骤S204中获得的振幅大于预期振幅，表明需要加大振动频率。

例如：步骤S204中获得的振幅小于预期振幅，减小振动频率，设置一个新的振动频率设置值，该值大于上述二阶固有频率17Hz且小于原振动频率设置值20.4Hz，如选择取上述二阶固有频率17Hz和原振动频率设置值20.4Hz之和的50%，即18.7Hz为新的振动频率设置值，设置压路机振动频率得到新的振动频率设置值18.7Hz，转向步骤S204。

步骤S206：压路机用上述振动频率设置值对应的振动频率对需要被压实的土壤进行振动碾压，直至完成该遍碾压。

压路机用上述振动频率设置值对应的振动频率对需要被压实的土壤进行振动碾压，直至完成该遍碾压。

步骤S207：判断压实遍数是否达到预期压实遍数。

判断压实遍数是否达到预期压实遍数，达到压实遍数转S208，未达到压实遍数转S201。因为每完成一遍碾压后，土壤的参数会发生改变，即“压路机—土壤”振动系统发生改变，此时，需要重复步骤S201到步骤S207以再次获得新系统的二阶固有频率以及新的振动频率设置值，并用新的振动频率设置值对需要被压实的土壤进行振动碾压。

步骤S208：直至达到预设的碾压效果完成碾压。

参阅图3，图3是本发明振动压路机变振幅控制装置的结构示意图，包括：扫频模块101、分析模块102、重置模块103以及执行模块104。

需要说明的是，本实施方式的控制装置可以执行图1对应的实施例中的相应步骤。

扫频模块101用于获取振动频率为零升至振动频率预设值过程中的数据信息；其中，振动频率预设值大于振动系统的二阶固有频率值，数据信息为压路机在需要被压实的土壤或与需要被压实的土壤相同的土壤中获取的。

分析模块102用于根据所述数据信息获取振动系统的二阶固有频率值。

重置模块103用于根据所述二阶固有频率值所处的阈值区间设置压路机的振动频率，获取振动频率设置值；其中，所述振动频率设置值靠近所述二阶固有频率值的程度与振动轮的振幅成正比。

执行模块104用于控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对需要被压实的土壤进行振动碾压。

振动频率预设值大于压路机-土壤系统的二阶固有频率值。

参阅图4，图4是本发明振动压路机变振幅控制系统另一种实施例的结构示意图，包括加速度传感器201和控制器202。所述加速度传感器201设置在振动轮上，与所述控制器202通过电信号连接，用于变振幅实现方法步骤S101中从0到达到预先设置的振动频率值的整个起振过程中数据的获取。所述控制器202置于振动压路机上，用于接收所述加速度传感器的加速度连续数据以及数据处理，确定变振幅实现方法S102中“压路机—土壤”振动系统的二阶固有频率值，以及S103中压路机振动频率的设置和该振动频率设置值靠近上述二阶固有频率值的程度的控制，以及S104中压路机用上述振动频率设置值对需要被压实的土壤进行振动碾压的控制。

参阅图5，本发明还提供一种无级调幅振动压路机，包括：车架1、振动轮2、驱动系统3、振动液压系统4、动力系统5、驾驶室6、控制部分7。

振动轮2、驱动系统3、动力系统5、驾驶室6安装在车架1上。

振动液压系统4包括电控比例泵4-1和振动马达4-2，其中电控比例泵4-1与动力系统5连接，从动力系统5获取动力并用于驱动振动马达4-2，振动马达4-2与振动轮2连接，用于驱动振动轮2内的激振器高速旋转。

控制部分7包括操纵手柄7-1、振动按钮7-2、方向操纵系统7-3、仪表及仪表箱7-4、操纵箱7-5、控制器7-6、加速度传感器7-7，除加速度传感器7-7安装在振动轮2上外，其它安装在驾驶室6内，其中方向操纵系统7-3安装在仪表及仪表箱7-4上，控制器7-6安装在操纵箱7-5内部，操纵手柄7-1安装在操纵箱7-5上，振动按钮7-2安装在操纵手柄7-1顶部。

其中，变振幅控制系统包括加速度传感器7-7和控制器7-6，加速度传感器7-7安装在振动轮2上，加速度传感器7-7与控制器7-6连接。变振幅控制系统是上述实施方式中的任意一种变振幅控制系统，在此不再一一复述。

本发明通过控制压路机振动频率靠近二阶固有频率的程度，利用共振原理改变振幅，其中振动频率值越靠近上述二阶固有频率值，则振动轮振幅越大。

通过采用上述实施方式，无需改变压路机振动轮内激振器的偏心矩或者激振力方向，无需采用特殊的振动轮内激振器结构或调幅油缸或振动轮结构，改变振动频率即可改变振幅，压路机结构简单、可靠性高；

通过采用上述实施方式，振动频率设置值越靠近上述二阶固有频率值，则振动轮振幅越大，振动频率无级靠近上述二阶固有频率值即可无级改变振幅，可实现振幅的无级调整，且操作方便；

通过采用上述实施方式，振动压路机振动压实时始终工作于二阶固有频率附近，能充分利用共振原理，用较小的功率迫使土壤振动密实，节能高效。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (12)

1.一种振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，包括：

获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；

设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

2.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，振动频率预设值大于压路机-土壤系统的二阶固有频率值。

3.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述振动频率设置值大于压路机-土壤系统的二阶固有频率值。

4.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述数据信息为压路机振动轮的振动加速度信息。

5.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述振动频率的设置采用调控电控比例泵的排量实现，通过泵排量的无级调整实现振动频率的无级调整。

6.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述振动频率设置值的控制采用开环控制。

7.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述振动频率设置值的控制采用反馈控制，包括如下步骤：

步骤31、设置压路机的振动频率，获取振动频率设置值；

步骤32、根据所述数据信息实时获取振动轮的振幅，将实时获取的振幅与预设的振幅相比较，若比较结果相等，则控制压路机以当前振动频率设置值对应的振动频率进行振动碾压，若比较结果不相等，则转向步骤33；

步骤33、设置新的振动频率设置值，保证该振动频率值大于二阶固有频率值并调整该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度，然后转向步骤32。

8.根据权利要求7所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，所述步骤33中的调整该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度包括：

判断实时获取的振幅数据和预设振幅之间的关系；

若实时获取的振幅数据大于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前的振动频率设置值远离二阶固有频率值；

若实时获取的振幅数据小于预设振幅，设置新的振动频率设置值，使其相对于当前的振动频率设置值靠近二阶固有频率值。

9.根据权利要求1所述的振动压路机变振幅控制方法，其特征在于，控制压路机进行振动碾压包括如下步骤：

压路机对待压土壤每完成一遍碾压后，需重新获取振动系统的二阶固有频率值；

根据重新获取的二阶固有频率值设置压路机的振动频率，获取新的振动频率设置值，控制该振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

控制压路机以该振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压，直至碾压效果达到预设的碾压效果。

10.一种振动压路机变振幅控制装置，其特征在于，包括：

扫频模块，用于获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

分析模块，用于根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；

重置模块，用于设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；

执行模块，用于控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

11.一种振动压路机变振幅控制系统，其特征在于，包括控制器和安装在振动轮上的加速度传感器；

所述加速度传感器用于获取振动频率由零升至振动频率预设值过程中的数据信息；数据信息为压路机在待压土壤或与待压土壤相同的土壤中获取的；

所述控制器用于根据所述数据信息获取压路机-土壤系统的二阶固有频率值；以及

用于设置压路机振动频率，获取振动频率设置值，控制振动频率设置值靠近二阶固有频率值的程度；以及

用于控制压路机以振动频率设置值对应的振动频率对待压土壤进行振动碾压。

12.一种压路机，其特征在于，包括权利要求9所述振动压路机变振幅控制系统。

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