第11讲_摊铺机电气系统设计.doc

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2、 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

3、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

4、，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

5、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 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

6、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 1 1 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

7、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

8、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。 （2）根据设计要求、液压原理图及电器元件的特性编制能够实现各项功能 的配电表(即逻辑控制表或顺序控制表)，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

9、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 D

10、T1300 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 2 马达是两个 A6VEZ4 型斜轴式轴向柱塞变量马达，电气两位控制，24V 直流电， 开关电磁铁，功率 30W；刹车控制阀是一个 SWHG02D2

11、4 型电磁换向阀，直流 电，电压使用范围 21.626.4V，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 左泵 左泵 左马达 右泵 右泵 右马达 刹车阀 行驶状态 Y1a

12、 Y1b Y2 Y3a Y3b Y4 Y5 行 前 进 后 退 驶 左 转 右 转 档 原地左转 原地右转 摊 前 进 铺 后 退 档 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

13、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，操作应急操纵盒上的应急行驶开关 S5、应急行驶速度旋钮 R3 和应 急

14、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 3 连接左右履

15、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。 12 是该机的螺 图 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 S6（S7）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 S6（S7）置于“手动”位时，左（右）螺旋输料器以左 （右）螺旋转速旋钮 R3（R4）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