施工機械及其自動化

(下篇)

主講教師：李浩平施工機械及其自動化

(下篇)

主講教師1第九章施工機械自動化概論第一節自動化技術基本概念自動化：機械或設備在無人干預的情況下按規定的程序或指令進行操作或控制的過程。控制器：用來代替人完成控制的設備。被控對象：被控制的機械或設備。自動控制系統：被控對象和控制器組成的系統。第九章施工機械自動化概論第一節自動化技術基本概念2自動控制系統的組成：

a.測量機構：用來測量被控量

b.比較機構：用來比較被控量與給定值，得出誤差

c.執行機構：按照誤差的性質作出控制動作

d.指令機構：給出被控量給定值自動控制系統的組成：3自動控制系統原理：自動控制系統原理：4第二節施工機械控制及自動化施工機械的控制：通過機械、電子、電氣、液壓和信息等方式對施工機械的動力、行走、工作等裝置進行有效控制，以提高機械的動力性、經濟性。施工機械的自動化程度：

a.監控：通過微電子技術控制機械自身或外界狀態

b.遙控：通過有線或無線電遙控操縱機械

c.半自動：部分機構實現自動控制

d.全自動：全部實現自動控制第二節施工機械控制及自動化5施工機械控制分類：1）按被控對象分：a.動力裝置控制

b.工作裝置控制

c.行走裝置控制

2）按采用的控制技術：a.機械控制

b.液壓控制

c.電子控制

d.電液控制

e.激光控制施工機械控制分類：63）按所控制的自動化程度：

a.監控控制

b.遙控控制

c.半自動控制

d.全自動控制3）按所控制的自動化程度：7第十一章施工機械動力裝置控制系統

一、挖掘機的發動機電子控制系統1.電子功率優化系統（EPOS）EPOS是一種閉環控制系統，工作中它能根據發動機負荷的變化，自動調節液壓泵所吸收的功率，使發動機轉速始終保持在額定轉速附近，即發動機始終以全功率投入工作。這樣既充分利用了發動機的功率，提高了挖掘機的作業效率，又防止了發動機過載熄火。

第十一章施工機械動力裝置控制系統一、挖掘機的發動機電子8大宇DH280型挖掘機的電子功率優化系統的組成：柱塞泵斜盤角度調節裝置、電磁比例減壓閥、EPOS控制器、發動機轉速傳感器及發動機油門位置傳感器等。大宇DH280型挖掘機的電子功率優化系統的組成：柱塞泵斜盤角9施工機械及其自動化(下)10控制過程：當工作模式選擇開關處于“H方式(最大供油位置）”位置，

1）裝有微電腦的EPOS控制器的端子上有電壓信號（即油門拉桿處于最大供油位置）時，EPOS控制器便不斷地通過轉速傳感器檢測發動機的實際轉速，并與控制器內所貯存的發動機額定轉速值相比較。

控制過程：11

2）實際轉速若低于設定的額定轉速，EPOS控制器便增大驅動電磁比例減壓閥的電流，使其輸出壓力增大，通過油泵斜盤角度調節裝置減小斜盤角度，降低泵的排量，使轉速提高。重復進行直到實測發動機轉速與設定的額定轉速相符為止。

如果實測的發動機轉速高于額定轉速，EPOS控制器便減小驅動電流，于是泵的排量增大，最終使發動機也工作在額定轉速附近。2）實際轉速若低于設定的額定轉速，EPOS控12工作模式控制

（1）H模式：即重負荷挖掘模式。發動機油門處于最大供油位置，發動機以全功率投入工作。

（2）S模式：即標準作業模式。液壓泵輸入功率的總和約為發動機最大功率的85％。對于DH280型挖掘機，當選擇H模式而油門未處于最大供油位置時，控制器也將自動地使挖掘機處于S模式，并且與轉速傳感器所測得的轉速值無關。

工作模式控制13

（3）F模式：為輕載作業模式。液壓泵輸入總功率約為發動機最大功率的60％，適合于挖掘機的平整作業。在F模式下EPOS控制器向電磁換向閥提供電流，換向閥的換向接通了安裝在發動機高壓油泵處小驅動油缸的油路。于是活塞桿伸出，將發動機油門關小，使發動機的轉速降至1450r/min左右。（3）F模式：為輕載作業模式。液壓泵輸入總功率約14自動怠速控制

作用：裝有自動怠速裝置的挖掘機，當操縱桿回中位達數秒時，發動機能自動進入低速運轉，從而可減小液壓系統的空流損失和發動機的磨損，起到節能和降低噪聲的作用。大宇DH280型挖掘機的自動怠速裝置：在液壓回路中裝有兩個壓力開關，挖掘機工作過程中兩開關都處于開啟狀態。當左右兩操縱桿都處于中立位置，即挖掘機停止作業時，兩開關閉合。自動怠速控制15

如果此時自動怠速開關是處于接通位置，并且兩個壓力開關閉合4S以上，EPOS控制器便向自動怠速電磁換向閥（和F模式用同一換向閥）提供電流，接通自動怠速小驅動油缸的油路，油缸活塞桿推動油門拉桿減小發動機的供油量，使發動機自動進入低速運轉。扳動操縱桿重新作業時，發動機將自動快速地恢復到原來的轉速狀態。如果此時自動怠速開關是處于接通位置，并且兩個壓162.電噴系統的概念柴油機電噴系統（即電子控制柴油噴射系統）是指柴油機供給系，利用各種傳感器，將影響發動機性能的全部（或部分）信號轉換成電信號，通過控制裝置對輸入的電信號進行的處理，然后產生新的信號輸給執行器，控制柴油機供給系的工作。作用：對噴油系統進行電子控制，實現對噴油量以及噴油定時等運行工況的實時控制。

2.電噴系統的概念17施工機械及其自動化(下)18（1）結構電子控制柴油噴射系統由3個部分組成：即傳感器、控制器與執行器。

（1）結構19傳感器將柴油機工作中各種工況的信息，如轉速、各種介質的溫度、運轉工況等，轉換成電信號輸入到控制器。

控制器按預定的程序對各種傳感器的輸入信號進行處理、計算、判斷或決策。然后，產生新的信號輸給執行器（輸出裝置）。

執行器將控制器輸入的信號轉換為機械運動，即通過電能、液壓、氣壓等或它們之間的組合作用，對外作功，推動柴油機的某個裝置運動，以完成所需要的控制任務。例如，實現噴油量、噴油定時與排氣再循環的控制等。傳感器將柴油機工作中各種工況的信息，如轉速、各種介質的溫度、20施工機械及其自動化(下)213.挖掘機電子油門控制系統以小松PC200－5挖掘機為例：電子油門控制系統由油門控制器、調速器馬達、燃油控制盤、監控儀表盤、蓄電池繼電器等組成。該系統的功能有三個：發動機轉速的控制、自動升溫控制和發動機停車控制。

3.挖掘機電子油門控制系統22施工機械及其自動化(下)23(1)發動機轉速的控制

發動機的轉速通過燃油控制盤來選定。裝有微電腦的油門控制器根據電壓計算出所選定的發動機轉速的大小。繼而控制調節調速器馬達，達到調節噴油泵的供油量，最終控制發動機轉速的目的。(1)發動機轉速的控制24整個過程如下：控制器根據所測得的燃油控制盤電位器的輸出電壓大小，驅動調速器馬達使其正轉或反轉，通過連桿機構驅動供油拉桿，調節供油量（柱塞行程），即調節發動機轉速。直到馬達轉角電位器所反饋回的馬達實際轉角位置（即實際循環供油量或發動機轉速）與燃油控制盤的位置相符為止。

整個過程如下：控制器根據所測得的燃油控制盤電位器的輸出電壓大25(2)自動升溫控制

如果冷卻水的溫度低于30℃并且燃油控制盤所選定的發動機轉速低于1200r/min，監控儀表盤中的電腦便向發動機油門控制器電腦發出“升溫”信號。油門控制器電腦收到此信號后，便驅動調速器馬達使發動機轉速上升至1200r/min，以便縮短發動機的暖機時間。

(2)自動升溫控制26以下三個條件之一滿足時，發動機的自動升溫功能被取消：①冷卻水溫度超過30℃；②燃油控制盤處于滿量程的70％以上、發動機高速空轉超過3S；③升溫時間超過l0min。

以下三個條件之一滿足時，發動機的自動升溫功能被取消：27(3)發動機停車控制

當檢測到起動開關轉至“切斷”位置，油門控制器輸出電流，驅動蓄電池繼電器使其觸點保持閉合，以保持主電路的繼續接通。同時，控制器驅動調速器馬達，將噴油泵的供油拉桿拉向停止供油位置，從而使發動機熄火。供油拉桿處于“停油”位置之后，控制器延時2.5S，然后使蓄電池繼電器斷電，切斷主電路。(3)發動機停車控制28第十二章施工機械工作裝置控制系統

§12-1液壓挖掘機工作裝置控制系統

一、工作裝置自動挖掘系統原理

對挖掘機工作裝置的軌跡控制就是對動臂L1、斗桿L2和鏟斗L3在液壓油缸驅動下繞關節（銷軸）轉動的相對轉角:動臂角θ1、斗桿角θ2、鏟斗角θ3進行控制。

第十二章施工機械工作裝置控制系統§12-1液壓挖掘機29施工機械及其自動化(下)30二、挖掘軌跡的計算機控制

將要求的工作面傾角和鏟斗切削角輸入計算機

輸入所希望的速度V算出（1）與目標值一致的斗齒切削速度的水平分量Vx和垂直分量Vy（2）動臂角、斗桿角、鏟斗角求得各液壓缸的伸縮量及速度

計算結果作為液壓伺服系統的輸入，送進伺服放大器，經過伺服閥和伺服液壓缸而啟動換向閥

工作液壓缸作所需的相應伸縮。

二、挖掘軌跡的計算機控制31液壓缸的伸縮又被反饋到伺服放大器和計算機，作為后續計算及動作修正依據。液壓缸的伸縮又被反饋到伺服放大器和計算機，作32三、自動挖掘系統組成及工作原理

自動挖掘系統由角度傳感器（動臂、斗柄、鏟斗和機體傾斜）、電磁比例閥、控制器、角度設定器和自動掘削開關等組成。三、自動挖掘系統組成及工作原理33施工機械及其自動化(下)341.平整精加工：修整斜坡和鏟平地面。

根據設定的坡角和指定的切削角，由角度傳感器測得的θ0、θ1、θ2、θ3角和作業開始時的斗尖位置，將這些信號傳給控制器，通過控制器內的微機進行運算，求得目標切削面。在掘削中，根據斗尖位置偏離目標切削面的偏差，計算出動臂應處的位置，由控制器發出信號操縱控制動臂油缸，使斗尖沿著目標切削面運動。

1.平整精加工：修整斜坡和鏟平地面。35施工機械及其自動化(下)362.壓實平整：斗底緊貼并且沿著斜坡運動進行壓實平整。

要求：動臂、斗柄和鏟斗三者同時動作。司機只操縱斗柄，要求動臂連動，以保證斗柄端鉸沿平行于斜坡面的面運動；同時也要求斗連動，使斗底接地角度保持一定。

2.壓實平整：斗底緊貼并且沿著斜坡運動進行壓實平整。373.控制斗傾角：動臂舉升的過程中斗傾角保持不變，以防斗內物料撒落。要求：電子控制系統在動臂舉升時，控制器發出信號，控制斗傾角，隨著動臂舉升斗跟著相應運動。3.控制斗傾角：動臂舉升的過程中斗傾角保持不變，以防斗內物料384.卸土后斗復歸控制：當斗卸完土后，應自動回復到新的挖掘位置。要求:動臂、斗柄、斗和機體回轉四者配合運動，沒有不必要的調整動作。

4.卸土后斗復歸控制：當斗卸完土后，應自動回復到新的挖掘位置39§12-2自動調平控制系統自動調平系統的控制對象：各種工程機械上的工作裝置，如瀝青攤鋪機的熨平板、水泥攤鋪機的機架、推土機的推土刀、銑刨機的銑刨滾等等。§12-2自動調平控制系統40一、控制原理工作裝置由液壓缸來控制其升降的位移量，液壓缸在電液轉換元件的控制下，輸出所需的運動和動力。

一、控制原理41二、類型(1)電－機式。由傳感器檢測路基的不平度，用伺服電機作為執行機構進行調節。(2)電－液式。與電－機式的主要區別是其用液壓元件作為執行機構，調節牽引點的垂直位置。(3)全液壓式。其特點是檢測裝置和執行機構都采用液壓元件。(4)激光式。以激光作為參考基準，以光敏元件作為轉換器，最后借助于電子與液壓元件來實現調節。二、類型(3)全液壓式。其特點是檢測裝置和執行機構都采用液壓42三、攤鋪機自動調平系統三、攤鋪機自動調平系統43電－液式自動調平系統又分為開關式、比例式和比例－脈沖式三種。

1）開關式自動調平系統開關式自動調平系統由參考基準、縱坡傳感器、橫坡傳感器、調平油缸及電磁閥等組成。控制閥：普通電磁換向閥施工機械及其自動化(下)44施工機械及其自動化(下)45施工機械及其自動化(下)46施工機械及其自動化(下)47施工機械及其自動化(下)48工作過程：（1）推鋪過程中，當左側路面不平而使左牽引臂的牽引點產生升降時，安裝在左牽引臂上的縱坡傳感器也將隨之升降，這就改變了傳感器的傳感臂與基準線之間的初始夾角（一般為45o），從而產生高度偏差信號。工作過程：49（2）縱坡傳感器將此高度偏差信號轉變為電信號，并經驅動電路推動左側電磁閥，使調平油缸帶動牽引臂的牽引點上升或下降，直到熨平板恢復原來的工作仰角，傳感器也回到原位。此時偏差信號消失，油缸停止調節。（3）右側的調節與左側相似，不同之處是它用橫坡傳感器檢測橫向坡度的變化，只要有坡度偏差，右側調平油缸便進行調節，直到橫向坡度恢復設定值。（2）縱坡傳感器將此高度偏差信號轉變為電信號，并經驅動電路推50特點：開關式自動調平系統只有“開”和“關”兩種狀態，不管所檢測到的偏差大小，只要有偏差，調平油缸便以恒速進行調節。由于液壓系統的慣性，易產生超調，很難使偏差為零，系統易發生振蕩，影響鋪設路面的平整度。結構簡單，對元器件性能要求不高，價格低。特點：開關式自動調平系統只有“開”和“關”兩種狀態，不管所檢512）比例式自動調平系統控制閥：比例電磁換向閥

特點：根據偏差信號的大小以相應的快慢速度進行連續調節，偏差為零時，調節速度也為零，因此不存在因“搜索”和超調引起的振蕩，性能較好。

2）比例式自動調平系統52施工機械及其自動化(下)532）比例脈沖式自動調平系統控制閥：高頻開關型電磁換向閥

工作原理：在“恒速調節區”和“死區”之間設立“脈沖區”。當偏差較小，位于“死區”時，系統不調節；當偏差進入“脈沖區”時，控制器以與偏差大小成比例的脈沖信號推動電磁閥工作；當偏差進入“恒速調節區”時，控制器輸出連續調節信號以恒速調節液壓缸。特點:價格便宜，經濟實用，不會“超調”。但存在“死區”，調節精度不如比例式自動調節系統。2）比例脈沖式自動調平系統54施工機械及其自動化(下)55四、平地機刀板自動調平系統電－液式自動調平系統組成：由手動操縱系統（包括泵、手動操縱閥、左右升降油缸等）和自動控制部分（包括傾斜儀、控制箱、電磁閥和流量調整閥等）組成。

工作原理：在刀板上裝有傾斜儀，檢出刀板的傾角值，與傾角設定器（在控制箱內）設定的傾角值在運算放大器中進行比較，產生糾正信號，驅動電磁閥使油缸升降，從而控制刀板，保持所希望的傾角。

四、平地機刀板自動調平系統工作原理：在刀板上裝有傾斜儀，檢出56施工機械及其自動化(下)57施工機械及其自動化(下)58五、激光式自動調平系統激光調平系統是利用激光發射機發出的激光束為調平基準，控制刮刀升降油缸自動地調節刮刀位置。激光控制自動找平系統由激光發射器、激光接收器、控制器和執行機構組成。

五、激光式自動調平系統59激光發射器是由有源電池驅動的一種激光發生裝置，它被安置在作業面適當位置的三角架上。激光接受器的功用是接受激光發射器發來的高程光信號，并根據相對基準參照面的高度變化將光信號轉換成變化的電信號，并傳輸到控制器。控制器將激光接受器傳遞來的電位信號，經過數據分析處理后轉換成控制信號，控制電磁比例換向閥通過對鏟刀提升液壓缸的油量和方向控制，實現鏟刀的自動升降。激光發射器是由有源電池驅動的一種激光發生裝置，它被安置在作業60施工機械及其自動化(下)61施工機械及其自動化(下)62激光式調平系統有兩種：一種是顯示加激光調平型，另一種是激光調平與電子調平結合型。1）顯示加激光調平型典型的是美國Spectra-Physics公司的Laser-Plane（激光調平）系統。該系統由激光發射機、激光接收機、控制箱、顯示器和液壓電磁伺服閥組成。激光式調平系統有兩種：一種是顯示加激光調平型，另一種是激光調632）激光調平與電子調節結合型它與電子調平系統不同之處是縱向刮平以激光束為基準，而電子調平系統中縱向刮平是以基準繩或者符合要求的路面為基準。

2）激光調平與電子調節結合型64刮刀縱向刮平采用激光調平方式控制，而斜度控制采用傾斜儀測量控制，這樣激光接收機只需要安裝一個，裝在縱向刮平控制一側的牽引架上，以激光束為基準調節這一側的刮刀高度，傾斜儀裝在牽引架上，可以檢測刮刀的橫向斜度，按照設置的斜度要求控制另一側升降油缸。刮刀縱向刮平采用激光調平方式控制，而斜度控制采用傾斜儀測量控65施工機械及其自動化(下)66第十三章施工機械行走裝置控制系統

施工機械行走裝置的控制，就是對施工機械的傳動、行駛、轉向及制動系統裝置進行控制，將動力裝置的動力進行適當轉化和傳遞，以適合機械行駛和作業的需要，同時達到改善機械操縱性能、減輕司機勞動強度等的目的。

第十三章施工機械行走裝置控制系統施工機械行走67常用控制系統類型：

1.自動換擋系統：用于機械驅動行駛的車輛中，實現自動換擋變速。

2.無級變速系統：用于全液壓驅動行駛的車輛中，實現無級變速。常用控制系統類型：68§13-1施工機械自動換擋系統自動換擋系統：車輛在行駛過程中，操縱者按行駛需要控制操縱手柄，系統可根據發動機負荷和車輛運行工況，自動換入不同檔位，達到變速的目的。自動換擋系統的工作原理：按照換擋規律的要求，隨著控制參數的變化，自動地選擇最佳換擋點，發出換擋信號，換擋信號操縱換擋執行機構，完成擋位的自動變換。§13-1施工機械自動換擋系統69自動換擋系統根據其換擋信號的產生及控制換擋閥方式的不同，可分為液壓式和電液式。

液壓式：是將車輛的行駛速度v、油門開度x等行駛狀況參數轉換成油壓信號P，由油壓信號控制換擋閥完成自動換擋。

電液式：是將v、x等行駛狀況參數轉換成電信號后輸入電子換擋控制器，由電子換擋控制器控制換擋閥而實現自動換擋。自動換擋系統根據其換擋信號的產生及控制換擋閥方式的不同，可分702.自動換擋系統的控制內容控制的主要內容:換擋規律的控制和換擋品質的控制。

換擋規律是指各排擋間隨工況參數自動進行換擋的變化規律；

換擋品質是指換擋過程的平穩性，常以沖擊度來衡量。2.自動換擋系統的控制內容713.自動換擋系統的基本組成電液式：（1）供油系統：油濾器、油泵、變矩器、減壓閥、背壓閥、鎖止閥、順序閥、冷卻器等（2）執行機構：制動器、離合器、閉鎖離合器等組成。制動器和離合器不同組合的接合，可構成變速器的各前進擋和倒退擋。3.自動換擋系統的基本組成72(3)換擋控制機構：是一個計算機控制的開關電路，它以速度傳感器、油門開度傳感器為依據，接受車輛的行駛狀況參數，再根據變速選擇器的電信號，自動計算合適的換擋時刻。(4)信號轉換系統：速度傳感器、油門開度電位計、定位器和變速選擇器將車輛行駛狀態參數及其它選擇參數轉換成電信號送至計算機或電子控制機構。

(3)換擋控制機構：是一個計算機控制的開關電路，它以速度傳感73施工機械及其自動化(下)744.自動換擋變速器控制系統1）系統的組成及功用控制系統包括速度傳感器、定位傳感器、變速控制器（內裝計算機）、各電磁閥及執行元件。工程機械自動換擋系統一般采用雙參數控制：油門開度x和車速v，或發動機轉速ne和車速v。4.自動換擋變速器控制系統75施工機械及其自動化(下)76變速控制器的功用：按照速度傳感器信號和選擇器設定的位置信號，自動設定最佳的動力變速擋位和變速時刻。速度傳感器及速度傳感器控制器的功用：測試變速器輸入和變矩器渦輪軸的轉速，將轉速轉換成電信號并加工放大，整形成約12V的矩形脈沖信號，然后送到變速控制器中。變速控制器的功用：按照速度傳感器信號和選擇器設定的位置信號，77施工機械及其自動化(下)78

根據速度傳感器送來的脈沖信號及變速桿位置信號，微型計算機通過驅動電路驅動相應的變速電磁閥，利用電磁閥控制先導控制油路，進而控制換擋閥進行換擋。

79

定位傳感器的功用：它和踏板連接在一起，當踩下踏板時，定位傳感器產生電信號并傳至變速控制器，對正在接合的工作擋位進行限定。此時自動變速控制器不再進行自動變速控制。

選擇器的功用：手動操作的選擇器手柄用來選定工作速度的范圍，并將選定的工作速度范圍信號送到變速控制器中。定位傳感器的功用：它和踏板連接在一起，當踩下踏80

2）變速控制器鏟運機上使用的變速控制器，即A·E·S·C控制器。2）變速控制器81§13-2無級變速控制系統

無級變速普通用于全液壓驅動行駛的車輛中，尤其是現代工程機械履帶式行駛車輛的行駛系統均采用全液壓驅動的電控液壓泵一馬達系統，實現無級變速。

一、無級變速傳動系統組成

無級變速傳動系統的動力傳遞路線為：發動機→液壓泵→液壓馬達→輪邊減速→驅動輪。

§13-2無級變速控制系統82

由于液壓泵、液壓馬達的數量和形式不同，傳遞路線也可分為以下型式：由于液壓泵、液壓馬達的數量和形式不同，傳遞路線也可分為83二、速度控制方式電控泵－馬達速度控制系統可分三種控制方式。1．開環控制系統變量泵和閥控液壓缸組成的位置回路控制系統：通過改變變量泵的斜盤角來控制供給液壓馬達的流量，以此來調節液壓馬達轉速。

二、速度控制方式84施工機械及其自動化(下)852．帶位置環的閉環控制系統

在開環速度控制的基礎上，增加了速度傳感器，將液壓馬達速度進行反饋，構成閉環控制系統。速度反饋信號與指令信號的差值經積分放大器加到變量伺服機構的輸入端，使泵的流量向減小速度誤差的方向變化。2．帶位置環的閉環控制系統863．不帶位置環的閉環控制系統如果將泵變量機構的位置反饋通路去掉，可以得到速度控制系統。3．不帶位置環的閉環控制系統87三、行駛控制原理控制系統的基本功能：車輛的直線行駛、轉向、前進、后退、制動以及制動過程中動力傳遞配合等。前進后退就是通過電路的邏輯判斷決定哪個電磁閥工作；速度的控制是確定通入電磁閥工作電流的大小；轉向則是兩者綜合控制的結果。三、行駛控制原理88

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主講教師：李浩平施工機械及其自動化

(下篇)

主講教師89第九章施工機械自動化概論第一節自動化技術基本概念自動化：機械或設備在無人干預的情況下按規定的程序或指令進行操作或控制的過程。控制器：用來代替人完成控制的設備。被控對象：被控制的機械或設備。自動控制系統：被控對象和控制器組成的系統。第九章施工機械自動化概論第一節自動化技術基本概念90自動控制系統的組成：

a.測量機構：用來測量被控量

b.比較機構：用來比較被控量與給定值，得出誤差

c.執行機構：按照誤差的性質作出控制動作

d.指令機構：給出被控量給定值自動控制系統的組成：91自動控制系統原理：自動控制系統原理：92第二節施工機械控制及自動化施工機械的控制：通過機械、電子、電氣、液壓和信息等方式對施工機械的動力、行走、工作等裝置進行有效控制，以提高機械的動力性、經濟性。施工機械的自動化程度：

a.監控：通過微電子技術控制機械自身或外界狀態

b.遙控：通過有線或無線電遙控操縱機械

c.半自動：部分機構實現自動控制

d.全自動：全部實現自動控制第二節施工機械控制及自動化93施工機械控制分類：1）按被控對象分：a.動力裝置控制

b.工作裝置控制

c.行走裝置控制

2）按采用的控制技術：a.機械控制

b.液壓控制

c.電子控制

d.電液控制

e.激光控制施工機械控制分類：943）按所控制的自動化程度：

a.監控控制

b.遙控控制

c.半自動控制

d.全自動控制3）按所控制的自動化程度：95第十一章施工機械動力裝置控制系統

一、挖掘機的發動機電子控制系統1.電子功率優化系統（EPOS）EPOS是一種閉環控制系統，工作中它能根據發動機負荷的變化，自動調節液壓泵所吸收的功率，使發動機轉速始終保持在額定轉速附近，即發動機始終以全功率投入工作。這樣既充分利用了發動機的功率，提高了挖掘機的作業效率，又防止了發動機過載熄火。

第十一章施工機械動力裝置控制系統一、挖掘機的發動機電子96大宇DH280型挖掘機的電子功率優化系統的組成：柱塞泵斜盤角度調節裝置、電磁比例減壓閥、EPOS控制器、發動機轉速傳感器及發動機油門位置傳感器等。大宇DH280型挖掘機的電子功率優化系統的組成：柱塞泵斜盤角97施工機械及其自動化(下)98控制過程：當工作模式選擇開關處于“H方式(最大供油位置）”位置，

1）裝有微電腦的EPOS控制器的端子上有電壓信號（即油門拉桿處于最大供油位置）時，EPOS控制器便不斷地通過轉速傳感器檢測發動機的實際轉速，并與控制器內所貯存的發動機額定轉速值相比較。

控制過程：99

2）實際轉速若低于設定的額定轉速，EPOS控制器便增大驅動電磁比例減壓閥的電流，使其輸出壓力增大，通過油泵斜盤角度調節裝置減小斜盤角度，降低泵的排量，使轉速提高。重復進行直到實測發動機轉速與設定的額定轉速相符為止。

如果實測的發動機轉速高于額定轉速，EPOS控制器便減小驅動電流，于是泵的排量增大，最終使發動機也工作在額定轉速附近。2）實際轉速若低于設定的額定轉速，EPOS控100工作模式控制

（1）H模式：即重負荷挖掘模式。發動機油門處于最大供油位置，發動機以全功率投入工作。

（2）S模式：即標準作業模式。液壓泵輸入功率的總和約為發動機最大功率的85％。對于DH280型挖掘機，當選擇H模式而油門未處于最大供油位置時，控制器也將自動地使挖掘機處于S模式，并且與轉速傳感器所測得的轉速值無關。

工作模式控制101

（3）F模式：為輕載作業模式。液壓泵輸入總功率約為發動機最大功率的60％，適合于挖掘機的平整作業。在F模式下EPOS控制器向電磁換向閥提供電流，換向閥的換向接通了安裝在發動機高壓油泵處小驅動油缸的油路。于是活塞桿伸出，將發動機油門關小，使發動機的轉速降至1450r/min左右。（3）F模式：為輕載作業模式。液壓泵輸入總功率約102自動怠速控制

作用：裝有自動怠速裝置的挖掘機，當操縱桿回中位達數秒時，發動機能自動進入低速運轉，從而可減小液壓系統的空流損失和發動機的磨損，起到節能和降低噪聲的作用。大宇DH280型挖掘機的自動怠速裝置：在液壓回路中裝有兩個壓力開關，挖掘機工作過程中兩開關都處于開啟狀態。當左右兩操縱桿都處于中立位置，即挖掘機停止作業時，兩開關閉合。自動怠速控制103

如果此時自動怠速開關是處于接通位置，并且兩個壓力開關閉合4S以上，EPOS控制器便向自動怠速電磁換向閥（和F模式用同一換向閥）提供電流，接通自動怠速小驅動油缸的油路，油缸活塞桿推動油門拉桿減小發動機的供油量，使發動機自動進入低速運轉。扳動操縱桿重新作業時，發動機將自動快速地恢復到原來的轉速狀態。如果此時自動怠速開關是處于接通位置，并且兩個壓1042.電噴系統的概念柴油機電噴系統（即電子控制柴油噴射系統）是指柴油機供給系，利用各種傳感器，將影響發動機性能的全部（或部分）信號轉換成電信號，通過控制裝置對輸入的電信號進行的處理，然后產生新的信號輸給執行器，控制柴油機供給系的工作。作用：對噴油系統進行電子控制，實現對噴油量以及噴油定時等運行工況的實時控制。

2.電噴系統的概念105施工機械及其自動化(下)106（1）結構電子控制柴油噴射系統由3個部分組成：即傳感器、控制器與執行器。

（1）結構107傳感器將柴油機工作中各種工況的信息，如轉速、各種介質的溫度、運轉工況等，轉換成電信號輸入到控制器。

控制器按預定的程序對各種傳感器的輸入信號進行處理、計算、判斷或決策。然后，產生新的信號輸給執行器（輸出裝置）。

執行器將控制器輸入的信號轉換為機械運動，即通過電能、液壓、氣壓等或它們之間的組合作用，對外作功，推動柴油機的某個裝置運動，以完成所需要的控制任務。例如，實現噴油量、噴油定時與排氣再循環的控制等。傳感器將柴油機工作中各種工況的信息，如轉速、各種介質的溫度、108施工機械及其自動化(下)1093.挖掘機電子油門控制系統以小松PC200－5挖掘機為例：電子油門控制系統由油門控制器、調速器馬達、燃油控制盤、監控儀表盤、蓄電池繼電器等組成。該系統的功能有三個：發動機轉速的控制、自動升溫控制和發動機停車控制。

3.挖掘機電子油門控制系統110施工機械及其自動化(下)111(1)發動機轉速的控制

發動機的轉速通過燃油控制盤來選定。裝有微電腦的油門控制器根據電壓計算出所選定的發動機轉速的大小。繼而控制調節調速器馬達，達到調節噴油泵的供油量，最終控制發動機轉速的目的。(1)發動機轉速的控制112整個過程如下：控制器根據所測得的燃油控制盤電位器的輸出電壓大小，驅動調速器馬達使其正轉或反轉，通過連桿機構驅動供油拉桿，調節供油量（柱塞行程），即調節發動機轉速。直到馬達轉角電位器所反饋回的馬達實際轉角位置（即實際循環供油量或發動機轉速）與燃油控制盤的位置相符為止。

整個過程如下：控制器根據所測得的燃油控制盤電位器的輸出電壓大113(2)自動升溫控制

如果冷卻水的溫度低于30℃并且燃油控制盤所選定的發動機轉速低于1200r/min，監控儀表盤中的電腦便向發動機油門控制器電腦發出“升溫”信號。油門控制器電腦收到此信號后，便驅動調速器馬達使發動機轉速上升至1200r/min，以便縮短發動機的暖機時間。

(2)自動升溫控制114以下三個條件之一滿足時，發動機的自動升溫功能被取消：①冷卻水溫度超過30℃；②燃油控制盤處于滿量程的70％以上、發動機高速空轉超過3S；③升溫時間超過l0min。

以下三個條件之一滿足時，發動機的自動升溫功能被取消：115(3)發動機停車控制

當檢測到起動開關轉至“切斷”位置，油門控制器輸出電流，驅動蓄電池繼電器使其觸點保持閉合，以保持主電路的繼續接通。同時，控制器驅動調速器馬達，將噴油泵的供油拉桿拉向停止供油位置，從而使發動機熄火。供油拉桿處于“停油”位置之后，控制器延時2.5S，然后使蓄電池繼電器斷電，切斷主電路。(3)發動機停車控制116第十二章施工機械工作裝置控制系統

§12-1液壓挖掘機工作裝置控制系統

一、工作裝置自動挖掘系統原理

對挖掘機工作裝置的軌跡控制就是對動臂L1、斗桿L2和鏟斗L3在液壓油缸驅動下繞關節（銷軸）轉動的相對轉角:動臂角θ1、斗桿角θ2、鏟斗角θ3進行控制。

第十二章施工機械工作裝置控制系統§12-1液壓挖掘機117施工機械及其自動化(下)118二、挖掘軌跡的計算機控制

將要求的工作面傾角和鏟斗切削角輸入計算機

輸入所希望的速度V算出（1）與目標值一致的斗齒切削速度的水平分量Vx和垂直分量Vy（2）動臂角、斗桿角、鏟斗角求得各液壓缸的伸縮量及速度

計算結果作為液壓伺服系統的輸入，送進伺服放大器，經過伺服閥和伺服液壓缸而啟動換向閥

工作液壓缸作所需的相應伸縮。

二、挖掘軌跡的計算機控制119液壓缸的伸縮又被反饋到伺服放大器和計算機，作為后續計算及動作修正依據。液壓缸的伸縮又被反饋到伺服放大器和計算機，作120三、自動挖掘系統組成及工作原理

自動挖掘系統由角度傳感器（動臂、斗柄、鏟斗和機體傾斜）、電磁比例閥、控制器、角度設定器和自動掘削開關等組成。三、自動挖掘系統組成及工作原理121施工機械及其自動化(下)1221.平整精加工：修整斜坡和鏟平地面。

根據設定的坡角和指定的切削角，由角度傳感器測得的θ0、θ1、θ2、θ3角和作業開始時的斗尖位置，將這些信號傳給控制器，通過控制器內的微機進行運算，求得目標切削面。在掘削中，根據斗尖位置偏離目標切削面的偏差，計算出動臂應處的位置，由控制器發出信號操縱控制動臂油缸，使斗尖沿著目標切削面運動。

1.平整精加工：修整斜坡和鏟平地面。123施工機械及其自動化(下)1242.壓實平整：斗底緊貼并且沿著斜坡運動進行壓實平整。

要求：動臂、斗柄和鏟斗三者同時動作。司機只操縱斗柄，要求動臂連動，以保證斗柄端鉸沿平行于斜坡面的面運動；同時也要求斗連動，使斗底接地角度保持一定。

2.壓實平整：斗底緊貼并且沿著斜坡運動進行壓實平整。1253.控制斗傾角：動臂舉升的過程中斗傾角保持不變，以防斗內物料撒落。要求：電子控制系統在動臂舉升時，控制器發出信號，控制斗傾角，隨著動臂舉升斗跟著相應運動。3.控制斗傾角：動臂舉升的過程中斗傾角保持不變，以防斗內物料1264.卸土后斗復歸控制：當斗卸完土后，應自動回復到新的挖掘位置。要求:動臂、斗柄、斗和機體回轉四者配合運動，沒有不必要的調整動作。

4.卸土后斗復歸控制：當斗卸完土后，應自動回復到新的挖掘位置127§12-2自動調平控制系統自動調平系統的控制對象：各種工程機械上的工作裝置，如瀝青攤鋪機的熨平板、水泥攤鋪機的機架、推土機的推土刀、銑刨機的銑刨滾等等。§12-2自動調平控制系統128一、控制原理工作裝置由液壓缸來控制其升降的位移量，液壓缸在電液轉換元件的控制下，輸出所需的運動和動力。

一、控制原理129二、類型(1)電－機式。由傳感器檢測路基的不平度，用伺服電機作為執行機構進行調節。(2)電－液式。與電－機式的主要區別是其用液壓元件作為執行機構，調節牽引點的垂直位置。(3)全液壓式。其特點是檢測裝置和執行機構都采用液壓元件。(4)激光式。以激光作為參考基準，以光敏元件作為轉換器，最后借助于電子與液壓元件來實現調節。二、類型(3)全液壓式。其特點是檢測裝置和執行機構都采用液壓130三、攤鋪機自動調平系統三、攤鋪機自動調平系統131電－液式自動調平系統又分為開關式、比例式和比例－脈沖式三種。

1）開關式自動調平系統開關式自動調平系統由參考基準、縱坡傳感器、橫坡傳感器、調平油缸及電磁閥等組成。控制閥：普通電磁換向閥施工機械及其自動化(下)132施工機械及其自動化(下)133施工機械及其自動化(下)134施工機械及其自動化(下)135施工機械及其自動化(下)136工作過程：（1）推鋪過程中，當左側路面不平而使左牽引臂的牽引點產生升降時，安裝在左牽引臂上的縱坡傳感器也將隨之升降，這就改變了傳感器的傳感臂與基準線之間的初始夾角（一般為45o），從而產生高度偏差信號。工作過程：137（2）縱坡傳感器將此高度偏差信號轉變為電信號，并經驅動電路推動左側電磁閥，使調平油缸帶動牽引臂的牽引點上升或下降，直到熨平板恢復原來的工作仰角，傳感器也回到原位。此時偏差信號消失，油缸停止調節。（3）右側的調節與左側相似，不同之處是它用橫坡傳感器檢測橫向坡度的變化，只要有坡度偏差，右側調平油缸便進行調節，直到橫向坡度恢復設定值。（2）縱坡傳感器將此高度偏差信號轉變為電信號，并經驅動電路推138特點：開關式自動調平系統只有“開”和“關”兩種狀態，不管所檢測到的偏差大小，只要有偏差，調平油缸便以恒速進行調節。由于液壓系統的慣性，易產生超調，很難使偏差為零，系統易發生振蕩，影響鋪設路面的平整度。結構簡單，對元器件性能要求不高，價格低。特點：開關式自動調平系統只有“開”和“關”兩種狀態，不管所檢1392）比例式自動調平系統控制閥：比例電磁換向閥

特點：根據偏差信號的大小以相應的快慢速度進行連續調節，偏差為零時，調節速度也為零，因此不存在因“搜索”和超調引起的振蕩，性能較好。

2）比例式自動調平系統140施工機械及其自動化(下)1412）比例脈沖式自動調平系統控制閥：高頻開關型電磁換向閥

工作原理：在“恒速調節區”和“死區”之間設立“脈沖區”。當偏差較小，位于“死區”時，系統不調節；當偏差進入“脈沖區”時，控制器以與偏差大小成比例的脈沖信號推動電磁閥工作；當偏差進入“恒速調節區”時，控制器輸出連續調節信號以恒速調節液壓缸。特點:價格便宜，經濟實用，不會“超調”。但存在“死區”，調節精度不如比例式自動調節系統。2）比例脈沖式自動調平系統142施工機械及其自動化(下)143四、平地機刀板自動調平系統電－液式自動調平系統組成：由手動操縱系統（包括泵、手動操縱閥、左右升降油缸等）和自動控制部分（包括傾斜儀、控制箱、電磁閥和流量調整閥等）組成。

工作原理：在刀板上裝有傾斜儀，檢出刀板的傾角值，與傾角設定器（在控制箱內）設定的傾角值在運算放大器中進行比較，產生糾正信號，驅動電磁閥使油缸升降，從而控制刀板，保持所希望的傾角。

四、平地機刀板自動調平系統工作原理：在刀板上裝有傾斜儀，檢出144施工機械及其自動化(下)145施工機械及其自動化(下)146五、激光式自動調平系統激光調平系統是利用激光發射機發出的激光束為調平基準，控制刮刀升降油缸自動地調節刮刀位置。激光控制自動找平系統由激光發射器、激光接收器、控制器和執行機構組成。

五、激光式自動調平系統147激光發射器是由有源電池驅動的一種激光發生裝置，它被安置在作業面適當位置的三角架上。激光接受器的功用是接受激光發射器發來的高程光信號，并根據相對基準參照面的高度變化將光信號轉換成變化的電信號，并傳輸到控制器。控制器將激光接受器傳遞來的電位信號，經過數據分析處理后轉換成控制信號，控制電磁比例換向閥通過對鏟刀提升液壓缸的油量和方向控制，實現鏟刀的自動升降。激光發射器是由有源電池驅動的一種激光發生裝置，它被安置在作業148施工機械及其自動化(下)149施工機械及其自動化(下)150激光式調平系統有兩種：一種是顯示加激光調平型，另一種是激光調平與電子調平結合型。1）顯示加激光調平型典型的是美國Spectra-Physics公司的Laser-Plane（激光調平）系統。該系統由激光發射機、激光接收機、控制箱、顯示器和液壓電磁伺服閥組成。激光式調平系統有兩種：一種是顯示加激光調平型，另一種是激光調1512）激光調平與電子調節結合型它與電子調平系統不同之處是縱向刮平以激光束為基準，而電子調平系統中縱向刮平是以基準繩或者符合要求的路面為基準。

2）激光調平與電子調節結合型152刮刀縱向刮平采用激光調平方式控制，而斜度控制采用傾斜儀測量控制，這樣激光接收機只需要安裝一個，裝在縱向刮平控制一側的牽引架上，以激光束為基準調節這一側的刮刀高度，傾斜儀裝在牽引架上，可以檢測刮刀的橫向斜度，按照設置的斜度要求控制另一側升降油缸。刮刀縱向刮平采用激光調平方式控制，而斜度控制采用傾斜儀測量控153施工機械及其自動化(下)154第十三章施工機械行走裝置控制系統

施工機械行走裝置的控制，就是對施工機械的傳動、行駛、轉向及制動系統裝置進行控制，將動力裝置的動力進行適當轉化和傳遞，以適合機械行駛和作業的需要，同時達到改善機械操縱性能、減輕司機勞動強度等的目的。

第十三章施工機械行走裝置控制系統施工機械行走155常用控制系統類型：

1.自動換擋系統：用于機械驅動行駛的車輛中，實現自動換擋變速。

2.無級變速系統：用于全液壓驅動行駛的車輛中，實現無級變速。常用控制系統類型：156§13-1施工機械自動換擋系統自動換擋系統：車輛在行駛過程中，操縱者按行駛需要控制操縱手柄，系統可根據發動機負荷和車輛運行工況，自動換入不同檔位，達到變速的目的。自動換擋系統的工作原理：按照換擋規律的要求，隨著控制參數的變化，自動地選擇最佳換擋點，發出換擋信號，換擋信號操縱換擋執行機構，完成擋