浅析自动找平控制技术在推土机上的应用

目前应用在推土机上的自动找平控制方式有两种：激光控制和GPS三维高程控制。
　　激光控制机械自动找平系统是一种专门用于对施工作业面进行高精度平整的光机电液一体化自动控制设备，是专门与相关施工机械配套并提高其自动化水平的重要手段，是当今世界上最先进的整平作业技术之一。世界著名的卡特彼勒公司和小松公司在其中小马力推土机上都应用了激光控制自动找平系统。推土机安装激光控制机械自动找平系统主要是将激光信号转化为电信号，根据电信号的变化控制电磁比例液压换向阀，最终控制铲刀提升液压缸实现平整作业。
　　GPS三维控制系统集成了定位技术、设计软件和强大的控制系统，能够实现对推土机的精确控制、铲刀的实时定位以及平整、掘土和运土的完全自动化。满足垂直曲线、过渡点、超高曲线和复杂站点等要求苛刻的工程建设需要。
　　本文以山推TSY160L型推土机为例，论述激光控制机械自动找平系统在实际工程中的应用。
　　1 推土机自动找平系统的使用对象和范围
　　目前，激光控制机械自动找平技术在世界发达国家已经得到广泛的使用；近几年国内在农田基本建设、水利水电工程、公路铁路建设、机场建设和市政工程等方面也开始应用。
　　2 基本配置
　　推土机的激光控制自动找平系统由激光发射器、激光接收器、控制器和推土机组成。
　　(1)激光发射器的分类
　　从发射距离上分为：发射直径300 m、600 m、900 m和1 200 m；
从发射角度上分为：纯水平发射器和斜坡发射器；
　从作业坡面上分为：单坡发射器和双坡发射器；
从水平校正方式上分为：人工水平校准和自动水平校准。
　　(2)激光接收器按接收角度可分为180°和360°两种，它安装在自动或手动桅杆上与推土铲组成一体。推土机上应当配置360°的接收器，以便于机器的灵活作业。
　　(3)控制器是连接激光接收器和推土机的重要组成部分，它有信号传输与处理功能，将接收器的信号进行数据处理、存储、下载以实现对铲刀的液压控制，并且能够根据施工工况和要求设置不同的精度等级，精确的可达到3~5mm，粗略的可设置为20 mm，达到优化施工的目的。
　　(4)推土机必须为液压控制，在液压管路上并联电磁比例换向阀，使设备具有手动控制和自动控制两种功能。
　　3 工作原理
　　激光控制自动找平技术是利用激光束参照平面作为非视觉控制手段，代替常规机械设备中操作人员的目测判断方法，自动控制铲刀刀口的升降高度，以便达到精确整平的效果。
　　激光发射器是由有源电池驱动的一种激光发生装置，它被安置在作业面适当位置的三脚架上。激光发射头在工作时是高速旋转的，旋转速度高达900 r/min，并可根据设定要求自动达到水平面或斜坡面状态，它发射的激光束可在作业面上形成一个激光光学平面，该平面即作为整平作业的基准参照面。由于该参照面是处于一定空间高度的稳定平面，因而不受机群作业和其它因素的干扰。
　　激光接收器的功用是接收激光发射器发来的高程光信号，并根据相对基准参照面的高度变化将光信号转换成变化的电信号，并传输到控制器。
　　控制器将激光接收器传递来的电位信号，经过数据分析处理后转换成控制信号，控制电磁比例换向阀通向铲刀提升液压缸的油量和方向，实现铲刀的自动升降。
　　4 系统作业效率分析
　　推土机进行平整作业时，在公路路基施工中，将自卸车堆放的土料进行摊铺，熟练的司机经过3次作业可将路面大致整平，然后再经过平地机2次作业后才能进行压实作业。采用推土机加装自动找平系统后，自卸车堆放的土料只需一次平整作业即可进行压实作业(平整度不大于20mm)。工作效率提高，劳动强度降低，质量明显改善。尤其在进行大面积场地作业时，不仅作业周期加快，而且减少了施工中的多次测量，减少返工，一次施工即可达到要求。
　　5 应用实例
　　加装激光自动找平系统的山推TSY160L型推土机曾在三峡大坝右岸RCC围堰工程中进行施工(题图)。施工对象为堆放的混凝土散料，由于施工要求铺层的厚度要均匀平整，整个作业面要协调一致，且要一次完成任务，不能有太长的时间间隔。如果采取手动操作施工，不仅难以达到平整度要求，而且混凝土的凝固时间也不允许，将严重影响工程的质量。采用自动找平系统后，一台推土机可以配合12～15台自卸卡车送料，而且成堆卸放的物料不需要进行粗略摊铺，经过推土机的一次整平作业即可满足进行振动压实的要求，每小时作业面积可达到8000～11 000 m2，满足混凝土物料的快速整平要求。
　　6 结束语
　　在国内，自动找平系统在推土机上的应用虽然尚处于初始阶段，但是随着国民经济的不断发展以及工程施工要求的不断变化，该领域的发展潜力是非常大的，应该得到重视和关注。尤其在机群化作业施工中，更具有无可比拟的优越性。