毕业设计（论文）-机电一体化在沥青混凝土摊铺机械中的应用.docx

安徽交通职业技术学院毕业论文机电一体化在沥青混凝土摊铺机械中的应用Mechanical and electrical integrationIn asphalt concrete paving machinery application系 别： 汽车与机械工程系专 业： 机电一体化技术学 号： 200921585姓 名： 指导老师： 入学日期：2009.09 论文完成日期：2012.06摘 要改革开放以来，在中国经济的大力发展下，各个行业都发展比较迅速，当然沥青混凝土行业也是迅速崛起，尤其是在国内高速公路的建设中，高速公路的建设催促公路施工机械化的发展，在高速公里的施工中，由于沥青路面具有行车性能平稳，舒适，噪声小，经久耐用，易于维护等特点，所以在高速公路的建设中，我国的绝大部分高速公路都是采用沥青混凝土路面。沥青混凝土摊铺机是将沥青混合料搅拌合格的沥青混合料铺筑成路面的专用设备，他直接影响着摊铺路面的平整度和密实度等，从而影响路面质量和寿命。随着信息化技术以及管理水平的提高，在整个建设内涉及到施工计划、施工安全、施工进度、施工质量、设备安装、文档管理等众多内容，并且工程建设牵扯多方面人员共同参与，因此在大量分工协作的工作中会产生很多重要的数据，只有在这些数据及时、准确的在各个行业传输，才能完成工程预期的质量、成本、工期等控制目标。因而从沥青混凝土在各种设备上无一需要科学技术的运用，而随着机械、电子和液压技术的发展，机电一体化技术也随之出现。我们都知道目前的机电一体化技术应用范围非常广泛，当然更加的重要，然而在沥青混凝土设备中的应用也是不可或少的，在这里简单的对沥青混凝土摊铺机中机电一体化技术的运用一些介绍和研究目 录摘 要2绪 论5第1章 机电一体化技术11 机电一体化技术发展历程612 机电一体化发展趋向6第2章 沥青混凝土摊铺机现状及发展趋向21 沥青混凝土摊铺机发展历史922 国外摊铺机现状及发展趋势1023 国内研究现状及发展趋势1224 沥青混凝土摊铺机的分类1325 机电一体化在国内外摊铺机械中应用的现状及研究1526 研究重点1727 技术路线17第3 章 机电一体化技术在摊铺设备中的应用31 目前摊铺机械的系统功能1832 摊铺机械的核心技术-机电一体化技术-2033 现在摊铺机械的基本结构2034 机电一体化在摊铺机械中的应用213.4.1 机电一体化和工程机械的关系213.4.2 机电一体化对工程机械功能的改进2135 机电一体化在摊铺机械液压系统中的应用223.5.1工作装置液压系统设计要求2335.2 拟定液压系统图2436 机电一体化在摊铺机械电气系统中的应用313.6.1 沥青混凝土摊铺机电气系统组成3136.2 工作装置电气系统设计31结束语参考文献 绪 论随着中国经济的发展迅起，国内高速公路的发展建设越来越快，在现代化高速公路的建设中，沥青混凝土摊铺机起着重要的作用。沥青混凝土摊铺机是用来筑沥青混凝土路面的专用机械，它将拌合好的混合料按照 一定的技术要求（截面形状和厚度）均匀地摊铺在下承层面上，并给以初步捣实和整平，既可以大大提高铺筑路面和节省成本，又可以提高路面的质量。然而在摊铺机摊铺的过程中，为了能更好的获得路面摊铺质量，在沥青混凝土摊铺机上，广泛成功地运用了机电一体化技术。在摊铺机工作过程中，各个系统机构相互配合工作，结合机电一体化技术，使得每个动作的配合更加协调、完善，摊铺机工作更加的稳定，效率更高更快。 自电子技术一问世,电子技术和机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,机电一体化技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注重。本设计主要通过对沥青混凝土摊铺机的工作原理、基本结构和其他工作装置的系统来分析、论证，机电一体化技术在沥青混凝土摊铺机中的应用。关键词：沥青混凝土 摊铺机 机电一体化技术第1章 机电一体化技术发展历程及其趋向机电一体化又称机械电子学，英语称为mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。11 机电一体化技术发展历程1.数控机床的问世,写下了机电一体化历史的第一页;2.微电子技术为机电一体化带来勃勃生气;3.可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础;4.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶. 12 机电一体化发展趋向1.数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。2.智能化即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。3.模块化由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。4.网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。5.人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。6.微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微梁、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。7.集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。8.带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。9. 绿色化科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。10.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重要趋向.11.自律分配系统化柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特征是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。12.全息系统化智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。13.“生物一软件”化仿生物系统化体化装置对信息的依靠性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物摘要：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生物就很有活力。仿生学探究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入探究。这一探究领域称为“生物软件”或“生物系统”，而生物的特征是硬 件(肌体)软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。14.微型机电化微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。第2章 沥青混凝土摊铺机现状和发展趋势2.1沥青混凝土摊铺机发展历史 沥青混凝土摊铺机是进行沥青混合料摊铺作业的主要机械设备，它用来将拌制好的混合料按照路面的形状和厚度均匀的摊铺在已经修筑好的路基或路面基层上，并给以初步的振捣压实和整平，形成满足一定厚度、宽度、平整度和密实度要求的基层或面层。在沥青面层机械化施工中，沥青混凝土摊铺机是不可缺少的机种之一，广泛用于与公路、城市道路、码头和大型停机场的沥青混凝土摊铺机作业中。 在20世纪30年代之前，沥青摊铺机尚未出现，各种类型的沥青路面铺设主要有人工来完成，当时沥青混合料主要用于城市道路建设，铺设时需要大量劳动力，质量难以保证。 1931年圣路易斯道路展览会上首次展出了由美国Barber-Greene公司研制的沥青混凝土摊铺设备。该机使用螺旋输送机摊平混合料，用20英尺宽刮板对道路进行刮平，机器在预先铺设的轨道上，有一台路拌设备牵引。其后机器经改进，有原来的牵引式改为自行式。 1933年，Barber-Greene公司对摊铺机技术作了进一步改进，生产出了具有现代雏形的摊铺机，该机由两大部分组成：牵引装置和熨平装置。直到20世纪50年代，Barber-Greene公司先后生产出了BG-79型（1934年）、BG879型（1936年）、BG879-A型(1940年)摊铺机，这一时期该公司的摊铺机成为世界上各生产厂家参考的标准机型。 进入20世纪60年代，由于液压技术及机电液一体化技术的应用，自动找平系统在摊铺机上逐渐普及，液压驱动工作装置如熨平板的振动系统、振捣梁的振捣系统和刮板输料系统等得到应用，但液压驱动行走系统才刚刚起步，机械传动仍占主导地位。 进入20世纪80年代，随着液压技术及电子控制技术的不断发展，全液压驱动的履带式摊铺机、轮胎式摊铺机得到了广泛的应用。1987年，交通部西安筑路机械厂与交通部公路科研所合作，引进了德国DYDAPACHOSE公司的摊铺机制造技术，分别研制出摊铺机宽度为312m的摊铺机。之后徐州工程机械厂和陕西建筑机械厂先后从德国VGELE公司和ABG公司引进了国外高性能大型摊铺机制造技术，形成了批量生产能力，摊铺机生产数量、规格、种类、功能都在急剧增加，整机的技术性能得到了普遍提高。这一时期工作装置的控制以电开关量为主，行驶控制以模拟电路控制为主，自动找平控制技术的研究和应用进一步深入。现代科学技术向传统产业部门的渗透和应用是当代新技术的重要特征和组成部分。机电液一体化技术的发展正是反映当代新技术革命这种大趋势的典型代表，它集中体现了现代科学技术对传统机械产品的渗透改造。先进的筑造养路机械集机、电、液等当代高新技术于一体，液压传动元件和技术是工程机械的主要特点，电子控制是工程机械技术创新的主流，它在很多程度上体现和决定了车辆的整机性能。2.2国外摊铺机现状与发展趋势美国、欧洲和日本等工业发达国家和地区均有摊铺机专业制造厂商与相应的开发研究机构，随着市场需求和科技进步而不断的开发出一代又一代的新产品。例如从1931年就开始生产制造摊铺机的美国BLAWKNOX公司，目前已经开发研制出了2.5m-12.5m全系列轮胎式或履带式摊铺机，共有20多个品种，获得22项专利技术，年生产能力已经达到2000台套。此外，ABG、VGELE、DYNAPAC、DEMAG、MARINI、BTELLI和CATERPILLAR等厂家生产制造的系列摊铺机产品，在国际市场有一定知名度。其中从20世纪80年代开始开发研制的高密实度摊铺机具有多种结构形式，预压密度要比标准摊铺机高5%7%，有效的提高了摊铺机的摊铺质量和生产效率，减少对摊铺层材料的压实遍数。尤其是对于摊铺需要快速成型的碾压混凝土材料以及各种基层、底基层材料，效果良好，受到了施工单位的欢迎和好评。 美国INGERSOLL-RAND集团在发展过程中，相继兼并了德国ABG公司和美国BLAW-KNOX公司，其目的是要在国际市场对摊铺机市场进行垄断，ABG公司的产品是目前国际市场首选品牌，其大型摊铺机在中国市场占有率较高，ABG、BLAW-KNOX被兼并后，形成了INGERSOLL-RAND、Written和DYNAPAC&DEMAG三足鼎立的态势，国际上著名的工程机械企业经过不断的洗牌和重新组合，2007年6月，VLVO又新购了INGERSOLL-RAND，这样就形成了新的格局。 SDYNAPAC在天津保税区建立了独自厂DYNAPAC工业(中国）有限公司，INGERSOLLRAND已经与1997年在无锡经济开发去独自建立了摊铺机组装厂INGERSOLL-RAND（中国）有限公司，2001年在北京展出了该公司与BLAW-KNOX和ABG公司最新技术的摊铺机。 发达国家十分重视沥青摊铺机的研究与开发，摊铺机技术不断发展和完善。目前，沥青混凝土摊铺机已形成系列，能充分满足各种工程的需要。在技术开发和产权开发上，成熟的运用了机电液一体化技术，使沥青摊铺机具有结构合理、功能完善、性能稳定、安全可靠和易于维修等优点。并且仍在不断采用新理论、新技术、新工艺、新材料。改进机构和性能，使产品不断更新换代，如前桥的悬挂方式及跟后桥双驱动等新机构不断出现。目前，国外沥青摊铺机发展趋势，可以归纳以下几点。（1）产品系列化 为了满足高等级公路路面平整度的要求，减少路面纵向接缝，沥青摊铺机大型化。目前稳定在最大摊铺宽度1214m,有的达到16m。同时，为适应路面养护的小型工程施工的需要，小型摊铺机也得到很大的发展。 （2）国际上发达国家正在用全液压，全自动的先进摊铺机代替各种型号老产品，其技术性能特点是：作业速度的自动控制，采用脉冲传感器、信号放大器和比例控制技术对摊铺机作业技术进行恒速控制，使其不受外界的干扰。供料速度自动控制，通过超声波传感装置连续监测熨平板前混合料的多少，控制刮板输料器和螺旋分料器的驱动机构，使其相应的增减速度，达到均匀、稳定、连续的供料、（3）先进的施工工艺及养护技术的发展，使新的设备不断涌现，如薄层带乳化沥青喷洒装置的快速摊铺机和双层摊铺机等。 （4）人性化和精细化的设计动向。近期的展览会上展出国外摊铺机产品, 整机布局合理, 驾驶室可整体翻起等,更便于维修保养人员进入维修,上述改进充分体现了人性化设计理念。（5）双层沥青混合料铺层一次性完成。2.3国内研究现状与发展趋势我国在20世纪五六十年代，修筑沥青路面大都采用二级以下的公路标准。当时曾从日本等国进口少量的摊铺机，由于受当时各方面条件所限制，也仅限于少数城市的个别路段施工。20世纪七十年代初期，交通部公路科学研究所和交通部西安筑路机械厂共同开发研制了我国第一台摊铺宽度为4.5m的LT6型轮胎式沥青混凝土摊铺机，迄今为止该机已成为我国累计产量和年产量最多的摊铺机品种。为了进快的掌握和赶上世界先进技术水平，交通部西安筑路机械厂与交通部公路科学研究所合作，与1987年引进了德国的DYNAPAC-HOSH公司的摊铺机技术。经过消化吸收和国产化的工作，分别研制出摊铺宽度8m的LTY8（轮胎式）GILY7500（履带式）高级摊铺机，并形成批量生产的能力，国产化率达到80%以上。 1989年，徐工集团筑路机械分公司从德国VGELE公司 引进了具有世界领先水平的沥青混凝土摊铺机生产制造技术，经过十多年的消化、吸收、改进和技术创新，目前是国内最具实力、品种最齐全的摊铺机生产制造厂家。2000年通过投放，形成了我国第一条年生产能力500台得摊铺机装配流水线。该公司于2000年推出具有国际先进水平的，代表我国摊铺机制造水平的RP800型沥青混凝土摊铺机。该机采用了当今世界先进的数字式、微电脑控制技术，整机技术性能接近当今世界先进水平。 西安筑路机械有限公司研制的LTI200采用了先进的美国萨澳公司微电脑控制技术及液压电器元件和德国MOBA公司超声波料位传感器控制及电子自动找平技术，并采用DANAPAC-HOSE公司专利技术两端式螺旋分料驱动、灵活的前桥摆动、三位一体轮边行走驱动装置、跨越式超级自动找平装置、变幅式双振捣和偏心振动熨平板工作装置，整机技术水平处于国内领先水平。陕西筑路机械集团有限公司与德国ABG公司联合生产摊铺机已近十年的历史，曾先后组装生产了ABG-TITAN411、TITAN423、TITAN323/TITAN325和LTL60等多种型号摊铺机。1922年该公司通过技术合作，与德国ABG公司联合生产摊铺机，其技术水平与德国ABG保持同步。生产的ABG423已成为我国修筑高等级公路的首先品牌。 2001年，三一重工股份有限公司在吸收国际上沥青混凝土摊铺机机技术精髓的基础上，根据现代高速公路对路面摊铺作业的最新要求，自行研制开发了新一代履带式沥青混凝土摊铺机LTU90/120、该机的关键部件均采用进口优质部件，结合当前国外先进的电控系统，器施工性能、操纵性能和可靠性均接近了世界先进水平，LTU90/120实现了一机多用的功能，可摊铺沥青混凝土、稳定土或RRC料等多种路面材料，能满足多种用途摊铺及多层式路面摊铺的要求。 天津鼎盛工程机械，近年来开发了WT7500和WT9000型稳定土系列摊铺机，该系列产品行走驱动系统采用美国萨澳公司微电脑控制技术及液压电气元件和德国MOBA公司电子自动找平技术。 镇江华晨华通路面机械有限公司于20世纪80年代中期与天津工程机械研究所合作，从日本NIIGATA公司引进了摊铺宽度5m和8m的摊铺机制造技术，在消化吸收国外先进技术基础上相继开发了WLTL12500、WLTL850、LTLY9000、WLTL7000、LTL4500-6000和2LTLZ45型多功能摊铺机。其中WLTL7000、WLTL8500、LTL4500-6000和2LTLZ45型为机械式传动摊铺机。其产品在中低档机械式摊铺机有技术专长，质量相对稳定，价格低廉。 目前，我国摊铺机产品开发的主要目标是：产品系列规格的逐步完善，以适应不同程度的需要；在引进国外先进技术消化吸收的基础上，逐步扩大国产配套件的比重，提高国产化水平；不断提高国产摊铺机的技术性能、工作可靠性和使用寿命、摊铺机技术正在向着微电脑数字控制技术，程序化作业的方向发展，要求具有良好的人机交互界面，数据传输，工作参数检测，故障诊断与报警、恒速控制、作业速度与输料和分料速度，作业速度与振捣和振动频率的协调控制等功能。2.4沥青混凝土摊铺机的分类沥青摊铺机可以按一下几个方面进行分类：（1）按摊铺宽度，可分为小型、中型、大型和超大型四种。小型：最大摊铺宽度一般小于3.6m，主要 用于路面养护和城市巷道路面修筑工程中型：最大摊铺宽度在4m6m，主要用于一般公路路面的修筑和养护工程。大型：最大摊铺宽度一般在79m之间，主要用于高等级公路路面工程。超大型：最大摊铺宽度为12m及以上，主要用于高速公路路面工程。使用有自动调平装置超大型摊铺机摊铺路面，纵向接缝少，整体性及平整度好，尤其摊铺路面表层效果明显。（2）按行走方式，可分为履带式和轮胎式两种。履带式摊铺机：履带式摊铺机一般为大型摊铺机，其优点是接地比压小，牵引力大，摊铺作业时很少出现打滑现象，运行平稳。其缺点是机动性差、对路基凸起物吸收能力差、弯道作业时铺层边缘圆滑程度较轮胎式摊铺机低，且结构复杂，制造成本较高。履带式摊铺机多为大型和超大型机，用于大型公路工程施工。轮胎式摊铺机：轮胎式摊铺机靠轮胎支撑整机以提供附着力，它的优点是转移运行速度快、机动性好、对路基凸起吸收能力强、弯道作业易形成圆滑边缘。其缺点是附着力小，在摊铺路幅较宽、铺层较厚的路面时易产生打滑现象，另外它对路基凹坑较敏感。轮胎式摊铺机主要用于低等级道路修筑与养护作业。（3）按动力传动方式，摊铺机分为机械式和液压式两种。机械式摊铺机：机械式摊铺机的行走驱动、输料传动和分料传动等主要传动机构都采用机械传动，这种摊铺机具有工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低等优点。但其传动装置复杂、操作不方便、调速性和速度匹配性较差。液压式摊铺机：液压式摊铺机的行走驱动、输料和分料传动、熨平板延伸、熨平板和振捣器的振动等主要传动采用液压传动方式，从而是摊铺机结构简化、重量减轻、传动冲击和振动减缓、工作速度等性能稳定，以便于无级调速及采用电液全自动控制。随着液压传动技术可靠性的提高，在摊铺机上采用液压传动的比例迅速增加，并向全液压自动调平方向发展。全液压和以液压传动为主的摊铺机，均设有电液自动调平装置，具有良好的使用性能和跟高的摊铺质量，因而广泛应用于高等级公路路面施工。（4）按熨平板的延伸方式，摊铺机分为机械加长式和液压伸缩式两种。机械加长式熨平板：它是用螺栓把基本（最小熨平宽度的）熨平板和若干加长熨平板组装成所需作业宽度的熨平板。其机构简单、整体刚性好，螺旋分料（亦采用机械加长）贯穿整个料槽，是布料均匀。因而大型和超大型摊铺机一般采用机械加长式熨平板，最大摊铺宽度可达914m。液压伸缩式熨平板：液压伸缩式熨平板考液压缸伸缩无级调整其长度，使熨平板达到要求的摊铺宽度。这种熨平板调整方便省力，在摊铺宽度变化的路段施工，更显示其优越性。但与机械加长式熨平板相比，其整体刚性较差；在调整不当时，基本熨平板和可伸缩熨平板间易产生摊铺高差，并因为分料螺旋不能贯穿整个料槽，可能造成混合料不均匀而影响摊铺质量。（5）按熨平板的加热方式分为电加热、液化石油气加热和燃油加热三种方式。电加热：由摊铺机的发动机驱动的专用发电机产生的电能来加热，这种加热方式加热均匀、使用方便、无污染，熨平板和振捣梁受热变形较小。液化石油气（主要是丙烷）加热：这种加热方式结构简单、使用方便，单火焰加热欠均匀、污染环境、不安全且燃气喷嘴需要经常清洗。燃油（主要指轻柴油）加热：燃油加热装置主要由小型燃油泵、喷油嘴、自动点火控制器和小型鼓风机等组成，其优点是可以用于各种工况、操作较方便、燃料易解决，但和燃气加热同样污染且结构复杂。（6）按摊铺预压密实度，分为标准型摊铺机和高密实度摊铺机两种。标准型摊铺机：采用标准型熨平装置，一般都装有振捣机构和振动机构，可对铺层混合料进行预压，预压密实度最高达到85。高密实度摊铺机：在标准型摊铺机的基础上，振捣机构采用双振捣梁或双压力梁等装置，可对铺层混合料进行强力压实，使铺层材料的预压密实度高达90%以上，有效地提高摊铺的平整度，并可减少压路机的压实遍数，提高生产效率。2.5机电一体化在国内外摊铺机械中应用的现状及研究早期摊铺机行驶控制控制采用的是手动操作，即利用手动可控阀控制变量泵和变量马达的排量，达到控制行驶速度的目的。由于手动操作不能保证速度的精确控制，无论在提高摊铺的作用质量上，还是在简化操作、降低驾驶员劳动强度上都无法得到满足。随着机电液一体化技术的发展，逐渐出现了摊铺机的行驶电控技术，即以电液（磁）伺服阀或比例阀代替原来的手动操作阀。从而利用电子技术和测试技术设计一套系统实现对伺服阀或比例阀的控制，最终控制摊铺机的行驶速度。在摊铺机行驶电控技术的发展中，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。模拟式电控系统出现于20世纪80年代，此类系统以模拟电路为主，结构简单、成本低廉，但其控制不够精确且系统工作不太稳定，多用于前期的产品及适宜修筑低等级路面的摊铺机中。进入20世纪90年代后，出现了数字电路为主的电子式电控系统，此类系统结构较为复杂，成本与前者相比也较高，但操作方便、控制精确且工作稳定可靠，不易受外界环境的影响，因此在大型高性能摊铺机中得到广泛应用，成为目前的主流方向。 在摊铺机的功率匹配理论的研究中有两个假设，一是摊铺机摊铺速度不变；二是物料的供给量很定不变。在这二个假设的基础上，对浮动熨平板进行受力分析，建立力学模型，进行理论上的研究分析。这两个假设是摊铺机理想的工作状态，在此理想状态下，摊铺机施工可获得较高的路面平整度指标。这也是摊铺机设计者在设计中不断追求的目标。所以说摊铺机恒速度摊铺技术一直是摊铺机设计制造中的关键技术之一。 作为全液压驱动的车辆，控制系统的基本功能有车辆的直线行驶、转向、前进、后退、制动以及制动过程中动力传递配合等。但其基本控制参数为速度控制。它可以分为以下两种形式： 开环控制泵马达速度系统变量泵由阀控液压缸组成的位置回路控制。这种控制方式是通过比例伺服阀改变变量泵斜盘倾角来控制供给液压马达的流量，以此来调节液压马达的转速。为了改善控制精度，采用压力反馈补偿，用压力传感系统测试负载压力，作为第二个指令信号，加紧变量泵伺服机构中改变变量泵的行程，使流量随负载压力升高而增加，以此来补偿驱动马达和变量泵泄露所造成的流量减小。带位置环的闭环控制泵马达速度系统 在开环速度控制的基础上，增加速度传感器，将液压马达转速进行反馈，构成闭环控制系统。速度反馈信号与指令信号差值经积分放大器加到变量伺服机构的输入端，液压泵的流量向减小速度误差的方向变化，保持速度恒定，这类系统液压泵一般由轴向柱塞泵、变量伺服机构的液压缸、伺服阀和位置检测器组成一体装在液压泵上。系统的动态特性主要是由泵控液压马达所决定。 摊铺机是在行使过程中进行作业的，为了保证足够的压实密度、压实均匀和提高整机的作业质量，要求系统的控制必须是速度闭环控制系统，在转移工地或在非作业工况下系统的控制是在开环状态。 沥青摊铺机的作业过程是：当热料输入料斗后，操作者给出作为工作主命令的行使指令，于是刮板输送器开始工作，热料输入摊铺槽，再由螺旋输送器将其分送至两边，熨平板在振动振捣器运行的同时，在主机牵引作用下，将热料铺成摊铺层。在这个工作过程中，高度、坡度控制系统，根据预设的控制点，不断地调节摊铺层几何尺寸。这种模式工作的摊铺机，其各功能部分实质上是相互独立的，只不过通过开关信号来实现各部分的互锁、互动。例如，刮板输送器仅根据刮板料位器的信号来决定停转和转速，而与摊铺层宽度变化，与高度、坡度控制系统的调节作用没有直接的关系。熨平板加热系统，仅仅与预设温度值有关，而与热料的温度、未压实前的谈铺层密实度没有直接的关系。 这种独立系统，各自预设参数之间协调和优化只能靠操作者人为感觉完成。过去由模拟电路组成的控制系统，这些参数之间的关联、加权和模糊处理，用模拟电路实现是十分困难的。当以微处理器为核心的数字化控制系统介入后，情况变的简单多了，通过摊铺宽度、厚度、热料温度和配比等基本参数的输入，数字化控制器依照内置的程序，纵横最基本的参数，产生最理想的输出，使摊铺机按照最优化的方式运行。目前，国内在摊铺机上的应用大多采用Rexroth公司的MC6,MC7控制器，其微处理由8位，逐渐向16位，32位微处理器过渡，这使得数字控制的工程日趋强大。“九五”国家“863”计划由徐工集团与清华大学联合研制的沥青混凝土摊铺机数字化平台已通过鉴定，三一研制的SYMC运动控制器已进入实用阶段，作为一种具有战略意义的系统平台，SYMC控制器如今已广泛应用于泵车、起重机、摊铺机、小挖、正面吊等三一主机产品。但国内在这方面的研究还不深入，不够广泛。2.6 研究重点主要通过对沥青混凝土摊铺机的基本结构、液压系统、电气系统等方面的分析论证，完成机电一体化在沥青混凝土摊铺机中的应用的设计。2.7 技术路线1、机电一体化技术的发展；2、 国内外沥青混凝土摊铺机的现状、发展趋势和发展方向综述；3、沥青混凝土摊铺机的基本结构和原理分析；4、沥青混凝土摊铺机液压和电气系统分析、论证；第三章 机电一体化技术在摊铺机械中的应用3.1目前摊铺机械的系统功能目前工程机械的电子控制系统主要实现如下功能:（1）电子监控、自动报警及故障自诊即对工程机械的发动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的运行状态监控,工作中一旦出现异常现象,能自动报警并准确地指出故障的部位,从而改善驾驶员的工作条件,提高机器的工作效率,简化设备维护检查工作,降低使用维修费用,缩短停机维修时间,延长设备的使用寿命。（2）节能降耗,提高生产率传统工程机械的能量利用率较低,例如液压挖掘机的燃料能量利用率仅为30 %左右,如此低的能量利用率迫使工程机械的发展必须着眼于节能。日本小松公司挖掘机采用新型节能控制器,具有良好的节能效果,燃料可节省23 %;日本日立公司挖掘机节能控制系统采用了卡特电子效率控制系统,通过对发动机和泵的综合控制,使功率的利用率可达98 % ,同时生产率也大大提高。（3）柴油机的控制采用电子调速器,电子油门控制装置,自动停机装置,自动升温控制装置等。（4） 提高作业精度为保证成品料的作业精度,现代沥青及水泥混凝土拌和设备广泛采用了微机控制的电子称量系统,并使称量过程实现了自动化。自动找平系统的应用,使沥青混凝土摊铺机的施工质量有了较大的提高。采有超声波技术的自动供料系统,使沥青混凝土摊铺机的供料实现了自动调节,进一步提高了摊铺质量。推土机铲刀、平地机刮刀、铲运机铲斗刀刃的电子控制,不仅提高了作业精度和作业效率,而且也减轻了操作人员的劳动强度。（5）作业过程的自动化或半自动化工程机械实现自动化或半自动化控制,可以减轻操作者的劳动强度,提高生产率,并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响,例如,日本三菱公司的挖掘机设有挖掘轨迹控制系统,操作者在控制板上设定好铲斗运动轨迹的形状后,微机控制系统能够根据各种角度传感器的信号,自动控制动臂、斗杆和铲刀的运动,实现各种特定开口和断面沟槽、斜面的精确挖掘,使挖掘作业实现了自动化。（6）其他应用一些国外生产的推土机、装载机、铲运机等有了电子控制的自动变速器,其能够根据外负荷的变化情况自动改变传动系统的传动比,这不仅充分利用了发动机的功率,提高了燃油经济性,而且也简化了操作,降低了劳动强度。为有效地防止翻车和断臂事故,提高作业的安全性,现代起重机上广泛地采用了电子控制的力矩限制器。为实现无人驾驶,使工程机械能在危险地带或人无法接近的地点进行作业,某些国外工程机械上设置了无线遥控装置。电子系统的可靠性是现代工程机械非常重要的一项性能指标。由于工程机械一般露天作业,其直接受到烈日暴晒、雨雾、强风、尘埃等的侵袭,此外还受到强烈的振动和冲击以及各种电、磁等的干扰,工作环境非常恶劣,因此电子控制系统应满足:能在- 4080 的环境温度下可靠、稳定地工作;抗老化,具有较长的使用寿命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入,较好的耐冲击和抗振性能;较强的抗干扰能力,系统能在各种干扰下可靠地工作。工程机械种类繁多,因此各种机型所配备的电器与控制装置的组成,数量及复杂程度等也差别较大,各种自行式工程机械所配备的电器与控制装置基本上可分为以下两大类:1）车辆电气设备这是各种机械应配备的最基本的电器,通常包括以下部分A1 电源:包括蓄电池、发电机及其调节器。B1 起动机:用于启动发动机。C1 点火系:用于汽油机,功能是产生电火花,点燃气缸中的可燃混合气。D1 照明及信号设备:包括各种照明和信号灯以及电喇叭、蜂鸣器等,用以保证行驶和施工的人机安全。E1 仪表:包括燃油表、机油压力表、水温表、发动机转速表等,用来监视发动机和其他装置的工作情况。2）电气、电子(微机) 控 制装置用于实现各种控制功能。例如,摊铺机的自动找平装置及供料自控装置;电控的电子功率优化系统;装载机、铲运机变速器的电子控制装置等。3现代工程机械技术现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代。引入机电一体化技术,使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合,可以极大地提高了工程机械的各种性能,如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的电子控制装置(系统)在现代工程机械中的应用已相当普及,电子控制技术已深入到工程机械的许多领域,如摊铺机和平地机的自动找平,摊铺机的自动供料,拌利设备称重计量过程的自动控制,挖掘机的电子功率优化,柴油机的电子调速,装载机、铲运机变速箱的自动控制,工程机械的状态监控与故障自诊等。随着科学技术的不断发展,对工程机械的性能要求不断提高,电子(微机)控制装置在工程机械上的应用将更加广泛,结构将更加复杂。特别是,随着我国进口及国产工程机械保有量的逐年增加,如何用好,管好这些价格昂贵的工程机械,使其发挥最大的效率,是工程施工部门所面临的一个重要的问题。现代工程施工要求工程机械具有以下性能:生产效率且能量损失小,节约能源;自动化程度高,施工质量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全,使用寿命长;具有较好的经济性,即高的技术价格比和低的制造与使用成本;操作简单、轻便,劳动强度低,驾驶员的工作条件好;具有运行状态监视,故障自诊及自动报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修作业效率。为满足上述的性能要求,工程机械仅仅依靠机械和液压技术的进步已显得力不从心。电子控制技术的发展及在工程机械上的应用,为工程机械技术的发展注入了新鲜的血液。机电一体化作为一项高新技术,将其引入到工程机械中,为工程机械带来了新的技术变革,使其各种性能有了质的飞跃。3.2摊铺机械核心技术机电一体化1.机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。2.计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。3.系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。4.自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。5.传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。6.伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。3.3现代摊铺机械系统的基本结构（1）机械本体系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械联接等。机械本体要在结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型轻量等要求。（2）动力部分按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出（3）测试传感部分。对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。（4）执行机构。根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。（5）驱动部分。在控制信息作用下提供动力，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。一方面要求驱动的高效率和快速响应特征，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性；另一方面，由于几何尺寸的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修及标准化。（6）控制及信息处理单元。将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应指令，控制整个系统有目的地运行3.4机电一体化在摊铺机械中的运用3.4.1 机电一体化和工程机械的关系现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代。引入机电一体化技术，使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合, 可以极大地提高了工程机械的各种性能，如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的电子控制装置(系统)在现代工程机械中的应用已相当普及，电子控制技术已深入到工程机械的许多领域, 如摊铺机和平地机的自动找平，摊铺机的自动供料，拌利设备称重计量过程的自动控制,挖掘机的电子功率优化，柴油机的电子调速，装载机、铲运机变速箱的自动控制，工程机械的状态监控与故障自诊等。随着科学技术的不断发展,对工程机械的性能要求不断提高，电子（微机）控制装置在工程机械上的应用将更加广泛，结构将更加复杂。3.4.2 机电一体化对工程机械功能的改进在工程机械上运用传感器技术是当前机电一体化技术最主要的技术手段和特征，传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪80年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：（1）先进的计算、模拟和设计方法；（2）先进的微机械加工技术与设备；（3）先进的封装技术与设备；（4）可靠性技术研究等方面。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传感器技术今后的发展方向可有几方面：1.加速开发新型敏感材料：通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科，各种新技术的互相渗透和综合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。2.向高精度发展：研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。3.向微型化发展：通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。4.向微功耗及无源化发展：传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。5.向智能化数字化发展：随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如0-10mV），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即智能传感器。3.5机电一体化在摊铺机械液压系统中的应用为了获得更好的路面摊铺质量，在沥青混凝土混合料摊铺机上，广泛成功地运用了液压技术及电子技术。机电液一体化的控制系统成为现代摊铺机的一个重要组成部分，而新一代微机控制的高精度、高性能摊铺机也即将成为现实，因此，电液控制系统已成为衡量摊铺机水平的一个重要标志。3.5.1工作装置液压系统设计要求液压系统是摊铺机的一个重要组成部分，它是摊铺机的主要传动系统，承担着整台设备的动力传递。由于它具有机构简单、重量轻、工作平稳冲击小，无级调速及调速范围大、易于实现自动化等优点，近年来发展得很迅速，已成为高科技的重要领域之一。设计摊铺机工作装置液压系统就是根据摊铺机的工作要求，合理地选择和设计液压元件，并将他们有机地组合在一起，使之完成一定的工作循环。摊铺机是边行走边作业的路面施工机械。在摊铺作业中，行走、刮板输料、螺旋输料、振捣、振动、辅助等系统的职能不但内容多而且还一起动作，因而马达、油缸等执行元件不但数量多而且还相互关联。所以，摊铺机液压系统属于多泵多回路复合液压传动系统。摊铺机液压系统设计的应满足下列要求：（1）工作负荷增大时，系统要有足够的可靠性。（2）应有高效率的调速、恒速回路。大型摊铺机必须对行走、刮板、螺旋、振捣、振动进行调速控制，对自动调平液压缸进行恒速控制。在进行这些回路设计时，除了使各执行元件完成满意的设计功能外，还应考虑系统产生的热量问题。绝对不能用简单的节流调速回路，应采用变量泵定量马达调速回路、变量泵变量马达调速回路、高效率调速阀组成的调速回路、高效率流量阀组成的恒速回路，尽量减少系统的发热量。（3）应尽量减少系统热量，控制液压油温度。压系统中尽管设置了高效率的调速、恒速回路，减少了系统发热量，但液压油的温度仍然难免超过规定的限值，尤其是大型摊铺机。因此，还应设计冷却回路，甚至设计双冷却分级控温冷却回路，以对系统散热，降低液压油温度，使液压泵、液压马达在高容积效率区段工作，使职能元件工作速度稳定。一个液压系统效果良好的冷却回路往往要靠试验来最终确定。（4）应具有密封性能。由于摊铺机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此，液压元件对油液污染的敏感性要低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。（5）应多采用液压或电液伺服操纵装置。由于摊铺时工作环境较差，采用液压或电液伺服操纵装置，以便设置自动控制系统，从而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。35.2 拟定液压系统图1.刮板输送器液压系统输料系统的作用是将沥青混合料从料斗输送到螺旋摊铺器以供摊铺。刮板输料液压原理如图4.1所示。该系统主要由输料泵1、输料马达7以及各阀组组成。电磁阀9打开时，液压进入弹簧液压缸，推动活塞上下运动用来改变输料泵1的斜盘的角度的大小，这样泵1 的流量得到改变。因为输料马达7 要通过泵1 来带动，所以当泵1的流量改变时马达7的转速也得到无级调整。当输料泵的压力不足时，可以由辅助泵2 给予补油，从而实现马达7 的正常运转、输料机构正常工作。图4.1 刮板输送液压系统原理图1-输送带泵；2-补油泵；3-安全溢流阀；4-单向阀；5-安全溢流阀；6-梭阀；7-输送带马达；8-外控减压阀；9-电磁换向阀2.螺旋分料液压系统螺旋分料器的作用是将刮板输送器送来的混合料均匀的摊铺在整理好的路基上。螺旋分料液压系统原理如图4.2所示，该回路是定量开式并联回路，由定量泵2、3，螺旋器液压马达5、10，单向阀4、6、9、11、12，伺服控制油缸5、13，比例伺服控制阀7、14等组成。摊铺机前物料的多少，经传感器感应后以电信号的形式传给电磁比例控制阀5或13，是其的某一位工作，从而改变液压马达8或10的斜盘倾角，使液压马达向某边分配物料。在进油路上旁接有两级调压阀，其作用是：根据各个工况的不同使回路中有不同的工作压力，可节省动力，降低油温。图4.2 螺旋分料液压系统原理图1-油箱；2、3-定量泵；4、6、9、11、12-单向阀；8、10-液压马达； 5、13-比例伺服控制阀；7、14伺服控制油缸3 振捣器液压系统振捣系统是摊铺机的工作部件，它的作用是将松散的堆集混合料按照一定的宽度、拱度、和厚度均匀平坦的敷在路基上并初步捣实。振捣液压液压回路如图