具有自动找平功能的平地机

1背景
　　平地机作为一种土地平整和整形作业的多用途的连续作业式土方机械，在公路路基平整施工中发挥着无可比拟的作用。平地机的主要工作装置是安装在机身中部的铲刀，它是一个多自由度的刮平装置。为了保证施工平整度，在平地机的运行过程中需要对铲刀的位置进行控制，以保证刮出的路槽平整度符合要求。由于平地机的铲刀位置由多个油缸控制，每个油缸都有单独的操纵手柄，所以在施工中，平地机操作手要根据实际工况不停的通过操作多个手柄控制机器，以保证施工质量。这就带来了两个影响：一是对平地机操作手的经验要求高，同时劳动强度大，二是平地精度无法进一步提高，施工效率低，在实际施工中除了操作手外，经常还需要配备一名测量员或是指挥员，协助操作手工作。
　　为了提高平地机的平整精度，减轻操作人员劳动强度和对操作人员的技术要求，提高施工效率，从而提高工程的施工质量和进度，需要开发一种具有自动找平功能的平地机。
　　目前国内外主要的平地机制造厂商有国外的卡特彼勒、沃尔沃，国内的鼎盛天工、徐工集团等。各家厂商部没有对自动找平系统进行深入研究，其中国外的卡特彼勒和沃尔沃有推出一些加装找平装置的平地机，但在工程施工领域应用的并不多。也没有形成市场化产品。 三明重型机器有限公司正是在这种情况下，与ToPcoN（托普康）公司合作，TOPcoN公司研究传感器和控制器，三明重机负责主控制阀的选定和匹配即其中的液压系统的设计研究。应用机、液、电一体化技术，通过对机械系统、液压系统、找平系统的研究，参照吸收国内外同类产品的技术特点而开发的具有自动找平功能的平地机。
　　2主要研究内容的提出
　　（1）有效的提高工作装置的稳定性和可靠性，为自动找平系统提供良好的工作基础。因为自动找平系统的核心内容就是对机器的工作装置进行实时有效的控制，使平地机的铲刀状态能自动保持在正确的位置。因此，工作装置稳定性的提高将有效的减少找平系统对工作装置的调整频率和幅度，提高系统的稳定性，而工作装置的稳定性主要受工作装置的刀片的磨损、回转圈的间隙和控制液压系统的稳定性的影响，我们从铲刀的耐磨性能和如何有效的保证回转圈间隙这两个方面人手，对工作装置进行优化设计。
　　（2）改善人机操作环境，为安装自动找平系统提供有效的空间位置。
　　（3）提高系统工作液压系统的可靠性和控制效率，为自动找平系统提供方便可靠的接口，并就系统的效率和节能效果做进一步研究，提高整机性能。
　　（4）自动找平系统的研究。
　　3自动找平系统研究的具体内容
　　（1）在提高工作装置的稳定性和可靠性方面，我们从改进工作装置的连接结构和制造工艺人手，对工作装置中回转圈和牵引架之间的连接、回转圈和铲刀之间的连接的零件的结构和工艺进行改进，提高它们之间的配合精度。对铲刀片材料和热处理工艺进行研究，通过比较多种材料在不同热处理工艺下的性能，选择出适合多种不同工况的刀片。从而保证了工作装置的稳定性。
　　（2）在改善人机操作环境方面，我们通过参考其他工程车辆设备的操纵控制系统，提出一个活动操纵台和找平系统显示器分离的方案。并按多种尺寸角度制作多个不同的实物模型在驾驶室里分别试装，找出最合适的
模型，再在此基础上进行优化。
　　（3）在提高系统工作液压系统的可靠性和控制效率方面，我们采用了转向液压和其中的部分工作液压共用一个油泵，制动系统单独用一个油泵，利用负载敏感技术控制、优先转向的方案。这个方案大大提高了制动系统的可靠性，同时负载敏感技术的系统更加节能，提高了系统的效率。在保证系统的可靠性方面，我们选用高质量的多路换向阀，液压锁等部件，以保证系统稳定可靠。
　　（4）在自动找平系统的研究方面，根据其他土方机械的自动找平系统研究的经验和平地机的使用工况，在平整工作过程中，我们必须实时掌握机器的运转方向坡度、铲刀的转动角度和铲刀的横坡度，而且必须采用非接触式传感器来感知铲刀位置状态，检测铲刀状态的再通过控制相应油缸动作的电磁阀开口大小和方向，调节铲刀的位置状态，保持铲刀的正确位置，相应的信号处理和控制信号的发出则由中央控制器统一完成。为了保证系统不因机器的磨损而改变精度，还必须在系统中设置可以手动修正系统参数的输入装置。
　　4自动找平系统研究的解决办法
　　整个系统包括检测铲刀状态的铲刀传感器（测量铲刀的横坡度）、转盘传感器（测量铲刀的转动角）、主流传感器（测量机器运转方向的坡度）、主控阀（调整铲刀达到所需的高度和横坡度）、主控制器（进行信号比较计算并发出调整动作信号）和连接电缆以及显示屏、调整面板和手动按纽等组成。
　　（1）传感器的选定：目前在工程建设的自动找平领域有两种非接触式传感器用的较多：激光扫描式和超声波式，必须对这两种传感器在平地机的实际工况的使用情况进行多方面的检测比较，需要检测它们各自在平地机工况下的测量精度和在多变的工况下（如环境温度、湿度、能见度的任