影響瀝青路面施工質量的因素很多,其中,施工工藝的不合理是導致路面質量降低的直接原因。傳統的瀝青路面鋪筑工藝是由自卸卡車將瀝青混合料運輸到施工現場,并卸至瀝青攤鋪機的料斗中,經攤鋪后由壓路機進行最終壓實。國內外的施工實踐證明,用這種傳統工藝鋪筑成形的路面早期破損現象比較嚴重,其原因主要體現在如下三個方面:
(1)裝料、運輸及卸料過程中導致瀝青混合料出現材料離析和溫度離析;
(2)因攤鋪不連續造成路面結合處粘接力及其他力學性能的差異;
(3)自卸車卸料時對攤鋪機的碰撞和頂推,造成的路面的橫向接縫(即縱向波)。
針對以上工藝問題,歐美發達國家在自卸車與攤鋪機之間增加了瀝青混合料轉運車,自卸車裝載的瀝青混合料先行卸至轉運車中,經轉運車二次攪拌后,再送至攤鋪機進行攤鋪。國外統計數據表明,增加轉運車后,可節省長期維修費用95%、路面壽命延長40%,同時大大提高道路的使用率。
三一重工股份有限公司在國家科技部"863計劃"重大專項經費的支持下,通過近一年的研制,成功開發出我國第一臺瀝青混合料轉運車LHZ25,樣機參加了2002年11月BAUMA(上海)國際博覽會,引起業界的廣泛關注。
電控系統是瀝青混合料轉運車的關鍵技術之一,LHZ25采用的是全液壓驅動技術,要求行駛速度平穩,直線跑偏量不得超過2%,并與瀝青攤鋪機保持同步,轉向靈活且轉彎半徑不能太大。因此,對電控系統的設計提出很高的技術要求。本文介紹以西門子S7-200系列PLC為核心的電控系統的設計原理與性能特征。
1. 控制方案的比較和選擇
最初考慮的控制方案有兩種:一種是采用某些公司生產的專用控制器為核心的控制方案;另一種是采用S7-200系統為核心的控制方案。前者是一種較為成熟的控制方案,并且已經在瀝青攤鋪機等全液壓驅動的工程機械上得到成功的應用。缺點是價格昂貴,并且有一些瀝青轉運車的功能(如運行參數及報警信息顯示、同步跟蹤等)不能實現,仍然要借助PLC來完成。而后者的優點則是控制功能比較強大、靈活、可靠性高、操作維修方便,完全可以滿足瀝青轉運車的所有功能,且價格便宜很多。難點在于沒有現成的東西可以借鑒,控制軟件完全要靠自己開發,編程工作量大,且要冒一定的風險。由于本人有多年應用PLC的經驗,故決定采用第二種方案。
2. 控制系統結構
LHZ25瀝青轉運車的電控系統結構主要由中央單元CPU224、數字量擴展單元EM223、模擬量擴展單元EM235和文本顯示器TD200組成(圖1)。
文本顯示器用來輸入某些參數及顯示控制系統的一些運行參數和報警信息。模擬量擴展單元用來將模擬量信號(如轉彎半徑和瀝青轉運車與瀝青攤鋪機之間的實測距離)轉換成數字量,中央單元負責處理數字量和模擬量輸入信號,經過運算,對系統的輸出信號進行控制。
3. 控制系統功能
3.1行駛控制
瀝青混合料轉運車行駛系統的控制性能能否達到設計要求,關系到整個設備的成敗。對瀝青轉運車行駛系統主要有兩個方面的要求:其一是要求行駛速度平穩;其二是要保證瀝青轉運車的直線跑偏量控制在允許的誤差范圍之內。瀝青轉運車的行駛速度可通過文本顯示器或者瀝青轉運車操縱臺上的增、減速開關任意設定,本系統利用S7-200系統的函數功能、浮點運算功能和脈寬調制(PWM)功能,速度調節和偏差調節均采用PID閉環控制節系統,通過兩個高速輸出點對行駛系統液壓馬達上的比例電磁閥進行控制,獲得了令人滿意的控制效果,使得瀝青轉運車的行駛速度非常平穩,直線跑偏量小于1.3%。其控制原理和程序流程見圖2和圖3所示。