一種振動碾自動作業系統及其使用方法

《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》是中國水利水電第五工程局有限公司、上海同新高泰機械設備有限公司於2016年1月28日申請的專利，該專利申請號為2016100639813，公布號為CN105887627A，公布日為2016年8月24日，發明人是賀鵬程、吳高見、張邯濤、李法海、卞永明等。

《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》包括液壓轉向控制裝置、行駛控制裝置、GPS定位裝置、監控裝置和車載控制器；液壓轉向控制裝置、速度控制裝置、行駛制動控制裝置、GPS定位裝置和監控裝置分別與車載控制器連線；液壓轉向控制裝置包括依次連線的電磁截止閥、比例節流閥和電磁換向閥，電磁截止閥同時連線車載控制器和轉向泵，電磁換向閥連線轉向油缸；行駛控制裝置包括比例電磁閥，比例電磁閥連線行駛驅動泵和緊急制動閥；車載控制器包括信號採集及處理單元、邏輯運算單元和輸出單元；監控裝置包括實時監測裝置和遠程控制裝置；該發明能夠實現振動碾的自動操作和主動控制，振動碾的控制精度提高，過程可控，施工效率高。

2021年11月，《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》獲得2020年度四川專利獎二等獎。

（概述圖為《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種振動碾自動作業系統及其使用方法
• 公布號：CN105887627A
• 公布日：2016年8月24日
• 申請號：2016100639813
• 申請日：2016年1月28日
• 申請人：中國水利水電第五工程局有限公司、上海同新高泰機械設備有限公司
• 地址：四川省成都市錦江區一環路東四段8號
• 發明人：賀鵬程、吳高見、張邯濤、李法海、卞永明、孫林智、楊建平、周廣穩、薛凱、樊鵬、韓興、梁濤、戴松貴、方曉駿、李敦全、陳曦、許麗娟、金曉林
• 專利代理機構：成都信博專利代理有限責任公司
• 代理人：崔建中
• Int.Cl.：E01C19/41(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

振動碾作為一種高效的壓實機械，越來越被廣泛套用於道路、水壩的施工建設中；然而振動碾為滿足壓實工作要求，在工作中，其自身帶有的激振機構會使得整機產生劇烈的振動，操作者長期處於這樣的工作環境中容易引起身體內部器官的共振，從而引起人體各種消化道疾病、心臟疾病、肝臟疾病等；除此以外機械振動對神經系統也有一定的影響，因此其工作環境相對其它工程機械而言較為惡劣，對振動碾操作者工作環境的改善非常必要；但是2016年1月之前的振動碾一般都是需要人工來操作的。

發明內容

技術方案

《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》包括液壓轉向控制裝置、行駛控制裝置、GPS定位裝置、監控裝置和車載控制器；所述液壓轉向控制裝置、速度控制裝置、行駛制動控制裝置、GPS定位裝置和監控裝置分別與車載控制器連線；所述液壓轉向控制裝置包括依次連線的電磁截止閥、比例節流閥和電磁換向閥，電磁截止閥同時連線車載控制器和轉向泵，電磁換向閥連線轉向油缸；所述行駛控制裝置包括比例電磁閥，比例電磁閥連線行駛驅動泵和緊急制動閥；所述車載控制器包括信號採集及處理單元、邏輯運算單元和輸出單元；所述監控裝置包括實時監測裝置和遠程控制裝置。進一步的，還包括有超音波感測器，超音波感測器設定于振動碾上，連線到車載控制器。進一步的，還包括有角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器，角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器設定于振動碾上，同時連線到車載控制器。進一步的，所述遠程控制裝置包括依次連線的分收發器、主收發器和遙控器；分收發器還連線到車載控制器。進一步的，所述實時監測裝置包括工控機，工控機通過CAN接口卡連線車載控制器。進一步的，所述GPS定位裝置為GPS信號採集儀，通過RS232轉CAN通信適配器連線車載控制器。進一步的，還包括有速度感測器，設定于振動碾上，同時連線速度控制裝置和車載控制器。

一種基於GPS的振動碾自動作業系統的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟：通過GPS信號採集儀獲取振動碾位置信息；通過超音波感測器獲取振動碾周圍障礙物信息；車載控制器接收振動碾位置信息和障礙物信息後規劃初始行駛路線；通過遠程控制系統啟動；行駛過程中，通過角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器獲取振動碾行駛參數；根據振動碾行駛參數、周圍障礙物信息、位置信息，通過液壓轉向控制裝置控制振動碾行駛方向，通過速度控制裝置控制振動碾行駛速度。進一步的，還包括以下步驟：實時監測裝置可以實時顯示振動碾的位置、行駛速度和行駛方向信息。

改善效果

（1）《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》採用GPS定位裝置結合液壓轉向控制裝置對振動碾進行遠程操作和自動控制，在無人駕駛的情況下完成作業，能夠有效改善施工者的工作環境，可以隨時施工從而延長工作時間；

（2）該發明通過多種感測器採集振動碾使用參數，通過振動碾使用參數結合GPS定位系統實時調整振動碾的運動，提高了振動碾的精度，實現了過程可控；

（3）該發明的控制為主動控制，可有效避免事後處理，在過程中進行主動控制，可精確控制行駛速度，避免重複碾壓，有效減少返工，提供了一次性碾壓合格率，提高了施工效率。

附圖說明

圖1為《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》結構示意圖。

圖2為該發明液壓轉向控制裝置結構示意圖。

權利要求

1.《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》包括液壓轉向控制裝置、行駛控制裝置、GPS定位裝置、監控裝置和車載控制器；所述液壓轉向控制裝置、速度控制裝置、行駛制動控制裝置、GPS定位裝置和監控裝置分別與車載控制器連線；所述液壓轉向控制裝置包括依次連線的電磁截止閥、比例節流閥和電磁換向閥，電磁截止閥同時連線車載控制器和轉向泵，電磁換向閥連線轉向油缸；所述行駛控制裝置包括比例電磁閥，比例電磁閥連線行駛驅動泵和緊急制動閥；所述車載控制器包括信號採集及處理單元、邏輯運算單元和輸出單元；所述監控裝置包括實時監測裝置和遠程控制裝置；還包括有超音波感測器，超音波感測器設定于振動碾上，連線到車載控制器；利用超音波感測器檢測振動碾周圍是否有物體靠近，當在一定範圍內檢測到有物體靠近時，振動碾能自動停止作業，待物體遠離後繼續完成作業；還包括有角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器，角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器設定于振動碾上，同時連線到車載控制器；通過角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器採集振動碾作業信號，根據振動碾的作業參數，設定振動碾的作業路徑。

2.根據權利要求1所述的一種振動碾自動作業系統，其特徵在於，所述遠程控制裝置包括依次連線的分收發器、主收發器和遙控器；分收發器還連線到車載控制器。

3.根據權利要求1所述的一種振動碾自動作業系統，其特徵在於，所述實時監測裝置包括工控機，工控機通過CAN接口卡連線車載控制器。

4.根據權利要求2所述的一種振動碾自動作業系統，其特徵在於，所述GPS定位裝置為GPS信號採集儀，通過RS232轉CAN通信適配器連線車載控制器。

5.根據權利要求1所述的一種振動碾自動作業系統，其特徵在於：還包括有速度感測器，設定于振動碾上，同時連線速度控制裝置和車載控制器。

6.如權利要求1-5任一項所述的一種振動碾自動作業系統的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟：通過GPS信號採集儀獲取振動碾位置信息；通過超音波感測器獲取振動碾周圍障礙物信息；車載控制器接收振動碾位置信息和障礙物信息後規劃初始行駛路線；通過遠程控制系統啟動；行駛過程中，通過角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器獲取振動碾行駛參數；根據振動碾行駛參數、周圍障礙物信息、位置信息，通過液壓轉向控制裝置控制振動碾行駛方向，通過速度控制裝置控制振動碾行駛速度。

7.根據權利要求6所述的一種振動碾自動作業系統的使用方法，其特徵在於，還包括以下步驟：實時監測裝置可以實時顯示振動碾的位置、行駛速度和行駛方向信息。

實施方式

如圖1所示，《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》包括液壓轉向控制裝置、行駛控制裝置、GPS定位裝置、監控裝置和車載控制器；所述液壓轉向控制裝置、速度控制裝置、行駛制動控制裝置、GPS定位裝置和監控裝置分別與車載控制器連線；所述液壓轉向控制裝置包括依次連線的電磁截止閥、比例節流閥和電磁換向閥，電磁截止閥同時連線車載控制器和轉向泵，電磁換向閥連線轉向油缸；所述行駛控制裝置包括比例電磁閥，比例電磁閥連線行駛驅動泵和緊急制動閥；所述車載控制器包括信號採集及處理單元、邏輯運算單元和輸出單元；所述監控裝置包括實時監測裝置和遠程控制裝置。

液壓轉向控制裝置與振動碾原有全液壓轉向器同時存在，通過電磁截止閥根據不同施工工況以及施工要求控制電磁截止閥的得失電，實現人工轉向液壓系統和自動轉向液壓系統的切換；液壓轉向控制裝置可以控制振動碾的轉向和轉向速度；轉動方向通過電磁換向閥實現，轉向速度通過比例節流閥控制；監控裝置可以實現對振動碾工作狀態的遠程監控和控制。

進一步的，還包括有超音波感測器，超音波感測器設定于振動碾上，連線到車載控制器；利用超音波感測器檢測振動碾周圍是否有物體靠近，當在一定範圍內檢測到有物體靠近時，振動碾能自動停止作業，待物體遠離後繼續完成作業。

進一步的，還包括有角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器，角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器設定于振動碾上，同時連線到車載控制器；通過角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器採集振動碾作業信號，根據振動碾的作業參數，設定振動碾的作業路徑。進一步的，所述遠程控制裝置包括依次連線的分收發器、主收發器和遙控器；分收發器還連線到車載控制器；通過無線傳輸可以方便的實現遠程控制。

進一步的，其特徵在於，所述實時監測裝置包括工控機，工控機通過CAN接口卡連線車載控制器；通過工控機可以實時監控振動碾的運動狀態和位置信息。

進一步的，還包括有速度感測器，設定于振動碾上，同時連線速度控制裝置和車載控制器；通過速度感測器精確測量振動碾的運動速度，以便於及時調整振動碾的運動。進一步的，所述GPS定位裝置為GPS信號採集儀，通過RS232轉CAN通信適配器連線車載控制器。

一種振動碾自動作業系統的使用方法，其特徵在於，包括以下步驟：通過GPS信號採集儀獲取振動碾位置信息；通過超音波感測器獲取振動碾周圍障礙物信息；車載控制器接收振動碾位置信息和障礙物信息後規劃初始行駛路線；通過遠程控制系統啟動；行駛過程中，通過角度編碼器、傾角感測器和壓力感測器獲取振動碾行駛參數；根據振動碾行駛參數、周圍障礙物信息、位置信息，通過液壓轉向控制裝置控制振動碾行駛方向，通過速度控制裝置控制振動碾行駛速度。

進一步的，還包括以下步驟：實時監測裝置可以實時顯示振動碾的位置、行駛速度和行駛方向信息。

為實現振動碾的自動行駛和速度控制，對原行駛驅動泵進行改造；原手動操縱閥改為行駛控制裝置，控制比例電磁閥一端線圈的電流來改變行駛驅動泵排量調節活塞的位移，進而改變行駛驅動泵斜盤的擺角，調整行駛驅動泵的輸出流量，實現振動碾的行駛速度調節；同時通過控制比例電磁閥回到中位，使行駛驅動泵的排量調節活塞回到中位，行駛馬達的流浪降至零，振動碾停止運行，即完成行駛制動；同時電磁比例閥還連線緊急制動閥，可以實現緊急制動。

該發明通過液壓轉向控制裝置實現自動轉向控制，同時還可以保留人工駕駛轉向控制系統；利用電磁截止閥實現原車轉向液壓系統與自動轉向的切換；原系統中轉向泵通過液壓轉向器連線轉向油缸；當電磁截止閥不通電時，即為原車人工轉向方式；電磁截止閥通電時，轉向泵輸出油液經比例節流閥和電磁換向閥後到轉向油缸；通過控制比例節流閥線圈的電流可以改變比例節流閥的開度，實現轉向速度的調節；通過控制電磁換向閥兩端不同的線圈得電，控制轉向油缸的伸縮，實現轉向的控制；當電磁換向閥閥芯在中位時，停止轉向；振動碾的角度通過角度編碼器進行採集，然後將信號傳送到車載控制器。

車載控制器作為作業系統的核心部件，接收並處理信號，形成指令控制其他裝置的運行；信號採集及處理功能的實現不能影響原振動碾的操作功能，故增加以兩位開關，實現就地/遠程控制；為了配合液壓轉向控制裝置，將原來的機械手柄替換為一電控手柄，車載控制器採集手柄輸出的模擬量值來進行前進/後退的判斷與行駛速度的控制；通過速度感測器實現對作業速度的實時監測，並對振動碾的行駛速度實時反饋，控制振動碾的速度；通過超音波感測器檢測振動碾周圍是否有物體靠近，當在一定範圍內檢測到有物體靠近時，振動碾能自動停止作業，待物體遠離後能繼續完成作業；振動碾通過遙控器、工控機和車載控制器完成自動控制。

榮譽表彰

2021年11月，《一種振動碾自動作業系統及其使用方法》獲得2020年度四川專利獎二等獎。