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1、个人资料整理仅限学习使用第十一讲摊铺机电气系统设计1 概述摊铺机电气系统设计的目的是用电气控制技术将液压系统设计和机械传动设计的各个执行元件的动作付诸实现，并将其有机的联系起来，进行动作协调和精确控制，从而使摊铺机能够准确地完成职能动作和精确地控制运动参数。同时还对电气故障进行检测、报警、诊断、故障再现和远程智能监控等。早期机械传动的摊铺机没有电控功能，不配置自动调平装置，而且熨平装置的浮动、升降、伸缩及料斗的开合都是靠手动换向阀操纵，其电气系统很简单，只包括发动机启动、电磁气阀开关、仪表灯光、行驶照明等电路。后来机械传动的摊铺机有所发展，用电磁换向阀替代了手动换向阀，并配置了接触式自动调平装
2、置，但电气系统仍较简单，只是增加了部分开关控制电路。现代化的摊铺机已经发展成为集机电液为一体的高科技产品，电气系统成了摊铺机的一个重要组成部分，几乎所有的操作都是采用电控方式控制的。摊铺机的左右独立驱动的行走调速液压回路，依靠电控实现摊铺速度预选、恒速摊铺、直线行驶、园滑转向及前后行驶等功能。左右独立驱动的刮板及螺旋调速液压回路，依靠电控分别实现速度预选及输料量比例( 或开关 控制等功能。振捣和振动调速液压回路，依靠电控实现频率预选功能。熨平装置提升液压回路，依靠电控实现熨平装置的浮动、上升、下降、锁定、增压、减压、延时等功能。自动调平液压回路，依靠电控实现平整摊铺的功能。摊铺机的防爬升、防下
3、沉、防压痕等功能，依靠电控来实现。振捣频率与摊铺速度的等振距比例控制，依靠电控来实现。左右大臂高差限位控制，依靠电控来实现。电气故障报警和故障部位识别，也是依靠电控来实现。带沥青洒布装置摊铺机的沥青洒布量与摊铺速度的比例控制，依靠电控来实现。双层摊铺机1 个主机、 2 个料斗、2 个螺旋输料器、 2 个熨平装置、 1 个移动给料机）各部分的协调动作，依靠电控来实现。抗离析、大厚度、大宽度、整幅作业摊铺机各部分的协调动作，依靠电控来实现。电气控制已成为衡量摊铺机技术水平的一个重要标志。电气系统的品质 首先是电气系统设计的品质）将直接影响到摊铺机的可靠性、摊铺路面的质量以及摊铺作业的效率。摊铺机的
4、电气系统按其功能可分为以下几个子系统：发动机电气系统、行走电气系统、刮板输料电气系统、螺旋输料电气系统、振捣电气系统、振动电气系统、自动调平电气系统、熨平装置电气系统、料斗电气系统、转向电气系统、等振距控制电气系统、大臂高差限位电气系统、润滑电气系统、冷却电气系统、照明电气系统等等。摊铺机行走电控技术是摊铺机电控技术的核心。在摊铺机行走电控系统技术的发展中，出现了两种类型的系统：模拟式电控系统和数字式电控系统。目前国内外摊铺机行走控制系统普遍采用基于单片机的专用数字控制器，以实现对摊铺机行驶状态的检测控制以及行驶速度的闭环恒速控制，并起到了明显的摊铺效果。如 BOSCH-REXROTH公司的
5、MC6微控制器及高性能、高可靠性的RC6-9 微控制器，是履带式双驱动车辆专用的控制器，美国SAUER-DANFOSS公司的S11 微控制器，是履带式双驱动摊铺机行走系统专用的控制器，均与各自公司的电控变量泵的电气特性相匹配，并且配置了专用的程序软件和编辑器。通过编程器能实现故障控制、故障显示、参数设定、状态显示和存盘等功能。在较长的一段时间里，它们都曾是摊铺机的首选控制器。随着智能化技术在摊铺机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用上的应用，功能先进的新型专用控制器已在国外摊铺机上使用。国内对摊
6、铺机行走电控技术的研究起步较晚，选择高性能新型单片机作为控制CPU ，开发基于 PLC 的行驶控制系统，还处于初期研究阶段。但该项研究在满足摊铺机行驶系统日益增长的高性能要求及改变控制系统长期依赖国外技术的被动局面上，具有较强的现实意义。目前国内外的主流摊铺机其电气系统是以相互独立的子系统控制为主。随着计算机控制技术、信息技术、网络技术的发展及不断向工程机械领域渗透，摊铺机的电控技术开始向着系统整体控制的方向转变。通过采用CAN总线技术，使控制系统更加集成化、智能化和信息化。未来摊铺机控制将朝着系统电控化、硬件标准化、软件编程化的方向发展。除了对摊铺机作业精确控制外，还能通过GPS系统将操作记
7、录、报警记录、故障记录等信息传输至信息中心，进行在线智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护。这种将传统控制功能与总线通讯等尖端IT 技术融为一体的设计思路，已成为摊铺机电气系统设计的的要点。2 设计步骤1）进行摊铺机电气系统设计，首先应明确摊铺机总体及各系统的设计要求。具体讲就是应明确摊铺机的整机性能、各系统的设计功能、控制方式及液压元件的电气特性。还应熟悉液压原理图及与电控有关的机械传动。，并从中优选出理想的电控方案。3）与此同时进行计算，并确定电器元件。4）绘制电器系统图。电器系统图包括电气原理图、电缆走向图、接线图等等。3 典型电气系统设计3.1 行走电气系统摊铺机行走系统的设计要求包
8、括以下几个内容：档位设置。为满足作业和转场的需要，摊铺作业时使用低速档，空机行驶时使用高速档。摊铺速度恒速控制方法。速度恒速控制的方法主要有两种，一是在发动机上安装电子调速器，对发动机转速进行控制；二是在行走机构的终端减速器或液压马达上安装速度传感器，通过速度控制器对液压马达转速进行控制。驱动方式。履带式摊铺机采用左右履带独立驱动，轮胎式摊铺机采用后桥驱动或全桥驱动。调速方式。采用电控无级调速还是电控换档变速。电控方式。采用模拟式电控方式还是数字式电控方式，或者两者皆有。其它要求。如摊铺速度预选、直线行驶、园滑转向、前后行驶、原地回转、停车制动、应急控制、故障诊断、状态显示及外部通信等等。不同
9、的摊铺机其行走系统的设计要求有所不同，但行走电气系统设计所确定的电控方案必需准确无误地实现这些要求。如 DT1300型摊铺机：该机左右履带独立驱动，摊铺速度恒速控制的方法是在行走液压马达上安装速度传感器，测出实际摊铺速度的信号，反馈给速度控制器。速度控制器将输入的实际速度与预选的设定速度进行对比处理，然后输出信号去控制行走变量泵的排量，从而控制液压马达转速，以达到速度恒速控制的目的。该机行走液压系统是闭式系统，行走油泵是两个A4VGEP2D 型斜盘式轴向柱塞变量泵，电控变量，带比例电磁铁，24V 直流电，控制电流200600mA ；行走马达是两个A6VEZ4型斜轴式轴向柱塞变量马达，电气两位控
10、制，24V直流电，开关电磁铁，功率30W ；刹车控制阀是一个SWH G02 D24型电磁精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用换向阀，直流电，电压使用范围21.6 26.4V，励磁电流 1.1A。表 2 是根据设计要求、液压原理图略）及电器元件的特性编制的行走电气系统配电表，表中Y1a、Y1b、Y3a、Y3b 表示左右行走油泵比例控制电磁铁，Y2、Y3表示左右行走马达开关控制电磁铁，Y5表示刹车阀开关控制电磁铁，表示通电，表示断电，表示电流由小调大，表示电流由大调小。按照电气系统配电表接线供电，不
11、但能准确简捷地实现摊铺机的设计功能，而且还能从中优选出实用理想的控制方案，在发生故障时，它又是诊断故障的重要理论依据。电磁铁行驶状态左泵左泵左马达右泵右泵右马达刹车阀Y1a Y1b Y2 Y3a Y3b Y4 Y5 行驶档前进后退左转右转原地左转原地右转摊铺档前进后退左转右转刹车表 2 行走电气系统配电表图 11 是该摊铺机的行走电气系统原理图。行走操纵手柄S1 用来确定摊铺机的行驶方向，并对行驶速度进行无级调节。行驶速度旋钮R1用来选择摊铺机的行驶速度，所选定的速度值即是行走操纵手柄S1在极限位置时摊铺机所能达到的最大值。高低档开关S2用来选择摊铺机的高、低速档位。高速档用于短距离转场，摊铺
12、机的行驶速度处于开环控制；低速档用于摊铺作业，当发动机转速大于 1400rpm时，摊铺速度处于闭环恒速控制。转向旋钮R2用来使摊铺机产生转向行驶。转向旋钮R2 置于“ 0”位时，摊铺机将沿直线方向行驶；转向旋钮 R2 向左旋转时，摊铺机左转，偏角越大，转弯半径越小；转向旋钮R2 向右旋转时，摊铺机右转，偏角越大，转弯半径越小。原地转向开关S3 用来控制摊铺机向左或向右原地回转。应急开关S4用于摊铺机行走控制系统发生故障不能正常工作时的应急处理，有“应急”、“全停”和“正常”三个位置。如果摊铺机行走控制系统发生故障不能正常工作，就将应急开关S4扳至“应急”位，此时应急操纵盒连线接通，操作应急操纵
13、盒上的应急行驶开关S5、应急行驶速度旋钮 R3和应急转向旋钮R4 ，可继续摊铺或行驶。负载指示灯L1 用来警示发动机带负荷启动。行走故障报警灯L2 用来警示摊铺机行驶不正常。行走马达换档继电器K1 用来控制左右行走马达排量，产生高、低速档位。刹车继电器K2用来控制刹车。应急继电器K3 用来控制应急操纵。自动作业继电器K4 用来产生功能联动，当行走操纵手柄S1推向前进位开始摊铺作业时，振动器以调定的频率自动运转、振捣频率相对摊铺速度自动等振距控制、刮板输料器的速度及螺旋输料器的转速受各自的超声波料位控制器自动控制。该摊铺机采用行走机械专用的MC6H/32微控制器，其中两个转速输入端用于连接左右履
14、带的速度传感器，以实现恒速摊铺，三个模拟输入端用于连接行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用驶速度、转向及最大速度电位器，四个开关量输入端用于连接行走操纵手柄S1、高低档开关S2 及原地转向开关S3，四个比例电磁铁输出端PWM）用于控制左右行走油泵的比例电磁铁Y1a、Y1b、Y3a、Y3b，三个开关量输出端用于控制左右行走马达换档继电器K1、刹车继电器K2 及行走故障指示灯L2，通讯接口用于BB-3 编程器。接通BB-3 编程器后，可以进行参数标定、参数编辑修改、调斜波、调起始电流、转向电位器修
15、正、故障诊断、状态值拾取等。图 11 行走电气系统原理图3.2 螺旋输料电气系统DT1300 型摊铺机的左右螺旋独立驱动，由A4VGEP2D 型斜盘式轴向柱塞电控变量泵和 A2FM型斜轴式轴向柱塞定量马达组成闭式液压系统。图12 是该机的螺旋输料电气系统原理图。图中Y6、Y7表示左右螺旋泵比例控制电磁铁。左右）螺旋档位开关S6S7 ）用来在主操纵台上控制左右）螺旋输料器的运转方式。左 右）螺旋档位开关S6S7 ）置于“手动”位时，左右）螺旋输料器以左 右）螺旋转速旋钮R3R4 ）调定的转速运转；置于“停止”位时，左右）螺旋输料器不运转；置于“自动”位时，当行走操纵手柄S1推向前进位，左右）螺旋
16、输料器的转速受左右）超声波料位控制器控制。左右）螺旋全速按钮 S8S9 ）设置在摊铺机左 右）侧遥控盒上，用于地面作业人员对螺旋输料器的手动控制。无论左 右）螺旋档位开关S6S7 ）在“自动”位、“手动”位还是“停止”位，按住左右）螺旋全速按钮S8S9 ），正在停止或低速运转的左右）螺旋输料器立即以最高转速运转，松开后恢复原状态。左右）螺旋停止按钮S10S11 ）设置在摊铺机左 右）侧遥控盒上，用于地面作业人员对螺旋输料器的手动控制。无论左右）螺旋档位开关S6S7 ）在“自动”位还是“手动”位，按住左 右）螺旋停止按钮S10S11 ），正在运转的左 右）螺旋输料器立即停止运转，松开后恢复原状态
17、。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用3.3 自动调平电气系统摊铺宽度大于6m 的大中型摊铺机，一般配置双纵向自动调平系统控制器）；摊铺宽度小于6m的中小型摊铺机，一般配置一纵向及一横向自动调平系统控图 12 螺旋输料电气系统原理图制器）。目前摊铺机的自动调平系统，主要为模拟式控制，其控制方式为电液式，调节形式为比例脉冲调宽式。从其偏差检测方式上讲，有接触式自动调平系统和非接触式自动调平系统两类。非接触式自动调平系统根据其检测原理和方法的不同，有激光自动调平系统、红外线自动调平系统和超声波自动调
18、平系统。在设计摊铺机自动调平电气系统时，应根据摊铺机总体设计和电气系统设计的要求来确定自动调平系统的方案，合理选用自动调平控制器。目前非接触式超声波自动调平系统已广泛应用在整机性能先进的大型摊铺机上，如德国MOBA 公司的 Super-Matic 和美国 TSD公司的 System非接触式超声波自动调平系统，采用超声波多组多探头智能控制系统，而且能交换使用面基准和线基准。荷兰ROADware 公司的 RSSRoad Scanning System）非接触式激光自动调平系统也在摊铺机上使用。随着微电子技术和计算机技术的发展，布鲁诺克斯、维特根等已研制出基于微处理器的数字式自动调平系统。如Blaw
19、Kontrol 系统是布鲁诺克斯摊铺机所采用数字式自动调平系统，它配有两套AGS 6.5 纵坡横坡控制器。在确定自动调平系统的方案时，如果所设计的摊铺机是能满足多层结构路面摊铺的大中型摊铺机，尤其是多功能摊铺机，应当考虑所选型配置的自动调平系统必须具有交换使用线基准和面基准的功能，这样可以节省一套自动调平系统。+摊铺稳定土层、下面层或中面层时采用线基准，单侧或双侧采用纵向控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用器；摊铺上面层时采用面基准，单侧或双侧采用纵向控制器。图 13 是 DT1300型摊铺
20、机的自动调平电气系统原理图。采用MOBA 公司的Super-Matic非接触式超声波自动调平系统。图中Y8a、Y8b 表示左调平电磁阀的两个电磁铁， Y9a、Y9b 表示右调平电磁阀的两个电磁铁。左右）调平档位开关 S12S16 ）和左 右）调平状态开关S13S17 ）位于主操纵台上，左 右）调平增厚按钮S14S18 ）和左 右）调平减薄按钮S15S19 ）位于左 右）遥控盒上，左 右）四者配合使用。左 右）调平档位开关S12S16 ）用来选择左 右）调平的工作方式，有“手动”、“自动”和“停止”三个档位。左右）调平状态开关S13 有“增厚”和“减薄”两个位，仅在左右）调平档位开关S12S16
21、 ）置于“手动”位时起作用，用于作业前调整左右）侧初始仰角或用于摊铺时在操纵台上手动控制摊铺厚度。左右）调平档位开关S12S16 ）置于“停止”位，左 右）调平油缸不动作。左右）调平档位开关S12S16 ）置于“自动”位，当行走操纵手柄S1推向前进位时，左 右）调平油缸的动作受左 右）非接触式超声波自动调平控制器自动控制；当行走操纵手柄S1 拉回中位或后退位时，左 右）调平油缸不动作。无论左右）调平档位开关S12S16 ）置于“手动”、“自动”或“停止”位，按住左右）调平增厚按钮S14S18 ），摊铺厚度增厚，松开后停止；按住左右）调平减薄按钮S15S19 ），摊铺厚度减薄，松开后停止。图 1
22、3 自动调平电气系统原理图3.4 熨平装置电气系统熨平装置的功能 状态），有浮动、上升、下降、锁定、增压、减压、延时、防爬升、防下沉、防压痕等等，设计时选择，但至少要有前四种功能。熨平装置的功能由其液压回路产生。早期机械传动摊铺机及小型液压传动摊铺机的熨平装置液压回路由手动换向阀和液压缸组成，靠手动操作。大中型液压传动摊铺机及现代化摊铺机的熨平装置液压回路由电磁换向阀、溢流阀、电控单精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用向阀和液压缸组成。这些液压阀的不同配置决定了熨平装置的各种功能，靠电控来实现。
23、图 14 是 DT1300型摊铺机的熨平装置液压回路。表3 是根据设计要求、液压原理图及电器元件的特性优选后编制的熨平装置电气系统配电表，表中表示通电，表示断电。按照电气系统配电表接线供电，能准确简捷地实现熨平装置的浮动、上升、下降、锁定及减压功能。图 15 是与液压回路及电气系统配电表相匹配的熨平装置电气系统原理图。图中 S20 是熨平板档位开关，用来选择熨平装置的工作方式，有“摊铺”及“升降”两个档位。S21 是熨平板状态开关，用来选择熨平装置的工作状态，可选择“浮动”、“减压”、“上升”、“下降”和“锁定”五种功能状态）。电磁铁熨平板状态减压电磁阀电磁阀电 控 单 向阀电 控 单 向阀Y
24、10 Y11 Y12a Y12b 摊铺档减压锁定浮动升降档上升锁定下降表 3 熨平装置电气系统配电表图 14 熨平装置液压回路熨平板档位开关S20 置于“摊铺”位时，熨平板状态开关S21 的功能有：减压 、锁定和浮动三种。如果S20 置于“摊铺”位， S21 置于“浮动”位置，当行走操纵手柄S1 推向前进位时， 8 秒钟后熨平装置自动进入浮动摊铺状态；当行走操纵手柄S1 拉回中位或后退位时，熨平装置自动锁定。如果S20 置于“摊铺”位， S21 置于“减压”位置，当行走操纵手柄S1 推向前进位时， 8 秒精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -
25、第 7 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用钟后熨平装置自动进入减压摊铺状态；当行走操纵手柄S1 拉回中位或后退位时，熨平装置自动锁定。如果S20 置于“摊铺”位， S21 置于“锁定”位置，熨平装置被锁定在浮动摊铺或减压摊铺的高度上。熨平板档位开关S20 置于“升降”位时，熨平板状态开关S21 的功能有：提升、锁定和下降三种。如果S20 置于“升降”位， S21 置于“提升”位，熨平装置提升。如果S20 置于“升降”位，S21 置于“下降”位，熨平装置下降。如果S20 置于“升降”位， S21 置于“锁定”位，熨平装置在提升或下降过程中立刻被锁定。延时继电器 K5 用来进行顺序控制，当行走
26、操纵手柄S1 推向前进位开始摊铺作业时， 8 秒钟后熨平装置自动进入浮动摊铺状态或减压摊铺状态，从而实现延时功能。图 15 熨平装置电气系统原理图4 电气系统设计时应注意的问题（1） 可靠性摊铺机的可靠性、摊铺路面的质量以及摊铺作业的效率主要取决于电气系统。摊铺机在摊铺作业时出现的一些故障，往往难以快速判断出是电气系统的故障还是液压系统的故障。因此，电气系统的可靠性尤为重要，电气系统设计时应特别注重其可靠性问题。电气系统的抗干扰设计就是提高可靠性的重要措施之一，而电气系统的应急控制设计也是提高可靠性不可缺少的一种补救措施。（2） 抗干扰按钮、继电器工作时触点的接通，电磁铁线圈的断开，电源线、输
27、入、输出信号线与接地之间的电位差等等，都会对控制系统产生干扰，造成供电质量变差，引起 PLC控制失灵，出现输入、输出控制紊乱，使整个控制系统的可靠性大大降低，甚至出现故障。因此，PLC控制系统的抗干扰非常重要。在进行精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页个人资料整理仅限学习使用电气系统设计时，必需对电源抗干扰、线间抗干扰、输入、输出线外围设备抗干扰、外界环境抗干扰等等采取有效的措施，确保电气系统性能的可靠。3）应急控制摊铺作业是沥青路面摊铺施工中的关键工序，摊铺机是其施工机械链中的决定性设备。摊铺作业中，如果摊铺机行走自动控制系统发生故障且不能迅速排除，也不应立刻中断摊铺。因此，电气系统设计中应当设计应急控制系统，即手动控制系统。应急控制系统工作时，摊铺机的控制方式由自动转为手动，除了失去恒速摊铺功能外，摊铺速度预选、行驶操纵、刮板操纵、螺旋操纵、振捣操纵、振动操纵、熨平装置操纵等等都由手动完成，自动调平系统仍然正常工作，可继续进行摊铺作业。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页