专利名称：保证移动分料器控制系统运行的方法及运行过程控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于冬季公路养护以及对路面进行维修的方法与工具。本发明可用于 在移动设备的设计中，这些移动设备用来喷洒不同的施工材料，其中包括固体和液体融雪 剂(融冰剂)，以及维修路面时所需的浙青乳浊液。
背景技术：
已知的对喷洒融雪材料的移动分料器(撒布机)进行控制的系统包括控制台； 电子式车辆速度传感器；带微控制器的控制单元，在微控制器内部装有控制程序；宽脉冲 调制器，此调制器与分料器执行机构-传送带与撒布盘驱动装置的旋转频率液压调节器的 比例电磁铁相连接(RU 18280，公布于 2001. 10. 06 ;DT 2504725 Al，1975. 02. 05，公布于 1976. 08.19)。对已知分料器运行状况进行控制的过程归结于，当车辆速度发生变化时，仍必须 保持执行机构的运行输出参数固定不变，而速度的瞬间数值由电子速度传感器来确定。在 已知装置中，执行机构驱动装置的每个液压调节器中都被注入工作液体，它来自双回路液 压系统的独立液压泵。双回路系统的主要缺点是它比较复杂且造价高，这是因为对于这种系统来说，除 两个高压液压泵以外，必须同样有双倍数量的工作液体。反馈传感器保证已知控制系统运 行，它们产生的电信号与执行机构驱动装置的旋转频率成正比。这些信号进入微控制器，与 已设定的控制参数标准值进行比较，如果存在差异，则产生进入宽脉冲调制器的修正脉冲。 因此，对流经比例调节器电路的电流进行了校正，并且执行机构驱动装置的旋转频率在期 望的方向中发生了改变。许多实际应用中具有反馈的控制系统的例子表明，它们存在严重的缺点。因为反 馈传感器安装在执行机构驱动装置的外面，所以它受到侵蚀性环境的负面影响，在此种环 境中存在着钠、钙和其他金属的盐，从而造成传感器元件加速腐蚀、传感器失去密封性以及 出现故障。分料器的执行机构，例如融雪材料分料器的执行机构，具有不同的动态特性并需 要用不同方法来实现调节过程，而在实践中以使用一个控制系统的条件，很难实现这点。这 就会导致，例如，融雪材料所进入的撒布盘改变自身的动态特性并具有高旋转惯性。因此， 已设定的调节范围的上下界限往往发生转换并且撒布盘会开始不时地减小和增加自身的 旋转频率。此过程类似于动态系统中产生的自激振荡过程。只有在大大降低系统灵敏度的 情况下，才能在具有反馈的调节系统中完全消除它。在实践中，采用被称为“粗化”反馈传 感器信号的方法会导致调节精度降低，相应地导致在路面上喷洒材料的精度也降低了。上述已知的控制系统在用于喷洒一种材料的分料器中使用。在这种情况下，为了 使用控制器对用于喷洒另一种材料的分料器进行控制，必须重新给微控制器编程序，如果 要更换分料器的一种工作设备到另一种工作设备，例如从固体材料转换为液体材料，则这 种情况大大地限制了系统的通用性。在公布于1976年2月26的文献DT 2439046A1中列举了用于保证分料器运行的自动控制系统，此喷洒材料的分料器具有单回路液压系统。由于存在反馈传感器，本控制 系统具有前面所提到的缺点，因此，如果不对控制系统进行实质性处理，其中包括重新编程 序，则它同样也不适用于不同类型的使用材料。除上面提到的缺点之外，在移动分料器上使用已知控制系统时，还需要进行定期 的检查与调校。检查归结于利用实验手法建立由控制台设定的分料器参数与实际得到数值 间的对应关系。进行这项检查时出现的问题是，进行检查时车辆应该不是处于运动状态，就 是停在原地，且车辆驱动桥处于抬升(断开)状态下。这是由于必须要接收来自电子传感器 的信号造成的。在这些条件下完成检查是一项繁重的、昂贵的，并且往往还是危险的任务。除此之外，在现代条件下使用移动分料器时，无论是在结束一班工作以后，还是在 实时方式下，都必须使用卫星导航系统以及通过移动GPRS将信息传输到远程设备上的装 置，例如传输到调度电脑上，从而监控移动分料器的实际运行方式。在已知装置中，额外的 外部装置，如光盘信息存储器和卫星导航系统以及将数据传输到远程设备上的系统，不可 能与控制台相连接。这缩小了已知自动控制系统的功能范围。
发明内容
本发明的技术成果为提高了控制系统的通用性及其运行的可靠性。另一项成果为降低了工作量并提高了监控或检查控制系统运行状态时的安全性， 同样也扩大了控制系统的功能范围。移动分料器向路面喷洒材料，例如喷洒融雪剂，利用保证自动控制其运行过程的 系统能够工作的方法，得到了上面所提到的成果，此方法的特点是，首先采用实验或计算的 方法，得到分料器执行机构的可调节液压驱动装置的旋转频率与所使用材料的类型及宽脉 冲调制器的电流强度之间的关系式，这里电流流经此驱动装置的调节器的比例电磁铁电 路；然后，将所得到的关系式以表格数据的形式存入自动控制系统的可编程微控制器的存 储器中；接着，根据所设定的分料器运行方式及向路面上喷洒材料的类型，选择性地使用在 微控制器的存储器中存储的表格数据；之后，形成对宽脉冲调制器的电流强度进行控制的 信号，在这种情况下，工作液体以固定流量被输送到驱动装置旋转频率的液压调节器内。使用对移动分料器运行过程进行控制的装置，得到了上面所提到的成果。此装置 的特点是，它包括安装在车辆上的控制台；与控制台相连接的车辆速度电子传感器；宽脉 冲调制器，其输出端与比例电磁铁的线圈电气耦合，该比例电磁铁属于分料器执行机构的 旋转频率液压调节器；工作液体固体流量的可调节液压阀，其与前述液压调节器的输入端 相通；与控制台相连的控制单元，其包括一个可编程微控制器，该微控制器内部装有分料器 运行控制程序，同时，此微控制器中还包含有表格数据，它们是分料器相应执行机构的旋转 频率与每个宽脉冲调制器的电流强度之间关系式的表格数据，这里此分料器用于喷洒至少 两种类型的材料，而电流在比例电磁铁的电路中流动，控制台配备有根据已设定的分料器 运行方式及所使用材料的类型来选择所需数据的工具。控制台装有车辆速度电子模拟器，它与车辆速度电子传感器并联。控制台装有用于与外部装置，例如与磁盘信息存储器和/或用于车辆卫星定位的 装置及将传输数据到远程设备上的装置，相连的通信工具。
通过附图阐明本发明的实质。图1中示出了固体融雪材料的移动分料器的侧视图；图2中示出了液体融雪材料的移动分料器的侧视图；图3中示出了用于实施此方法的装置的结构示意图或控制移动分料器运行的系 统。
具体实施例方式移动分料器用来喷洒对路面进行处理时所使用的材料，通过理解对其运行过程进 行自动控制的装置，来说明此装置的运行方法。此装置包括带显示器的控制台1，其安装 在车辆2上；分料器的专用设备，例如固体融雪材料贮料仓3(图1)或液体融雪材料存储罐 4(图2)。在固体融雪材料分料器(图1)的车辆2上装有传送带5和撒布盘6，它们组成固 体材料分料器的执行机构。在液体融雪材料分料器(图2)的车辆2上装有化学泵7和撒 布盘8，它们组成液体材料分料器的执行机构。与控制台1 (图3)相连接的是车辆速度电子传感器9。控制单元10与控制台1连 接，并且它包括内置分料器运行控制程序的可编程微控制器11。微控制器11具有内置运算 存储器，与控制程序产生相互作用时所需的数据保存在此存储器中。所谓的车辆速度模拟 器12与电子传感器9平行，并与控制台1相连。它是电脉冲发生器，所产生的电脉冲与传 感器9的信号一致。控制台1装有用于与外部装置进行通信的工具13，外部装置例如磁盘 信息存储器14和/或用于车辆2卫星定位以及将数据传输到远程设备上的装置15。通信工具13是这样一种装置，即在其内部对从微控制器11处得到的数据进行处 理，并利用必要的接口将其转发到外部装置上。自动控制装置或系统同时包括有宽脉冲调制器16和17。与调制器16输出端电气 耦合的是液压调节器19的比例电磁铁18的线圈，而此液压调节器与执行机构-传送带5或 与泵7相连。与调制器17输出端电气耦合的是液压调节器21的比例电磁铁20的线圈，而此 液压调节器与执行机构-撒布盘6或撒布盘8相连。存放在微控制器11的运算存储器中的 数据为执行机构的旋转频率与电流强度之间的关系式的表格数据，执行机构_传送带5ηκ =f (Ik)或泵7nH = f (Ih)，以及执行机构-撒布盘6 nd=f( Id )或撒布盘8 ndl=f( Idl ), 而电流指的是宽脉冲调制器16和17流过比例电磁铁18和20电路的电流。事先利用实验 校准的方法和/或计算的方法，可以得到前面所提到的关系式。在任何情况下，对于不同类 型的喷洒材料，它们物理和化学性质完全不同并且具有不同的物态-固态或液态，都可以 得到这种数据表格。这些材料可能是固体融雪材料砂-盐混合物、化学试剂或惰性材料， 以及液体融雪材料，包括氯化钙、氯化钠、氯化镁溶液。由于每种使用材料对路面上雪-冰 结构产生的影响不同，所以使用它们的方法相互差异很大并且在上述得到的关系式可以找 到有关这种差别的反映。控制台1中装有一个工具，用于根据已设定的运行方式与所使用材料的类型选择 所需的数据。使用这种选择工具时，在控制分料器运行的程序中会存在子程序，它具有选择 菜单，而菜单显示在控制台1的显示器上，或者，比如在电气转换器(未示出)上显示。控制系统的液压部分包括高压液压泵22，与其压力主管并联的是安全阀23和旁
5通阀24。工作液体流量固定的可控液压阀25的输入端与泵的压力主管相连接。阀25内 置流量调节器，在泵22加大输送工作液体的情况下，它将多余的工作液体排入油箱26中， 当车辆2的发动机曲轴旋转频率发生变化时，调节器的旋转频率也会发生变化。在这种情 况下，在阀25的输出端形成工作液体的固定流量Q(Q =常量)，它流入液压调节器19的输 入端。调节器19和21具有对应的旁通管线27和28，以及优先管线29和30。在旁通管线 27与优先管线29之间包括驱动执行机构5或7的液压马达31，其中旁通管线27与液压调 节器20的输入端相连。因此，执行机构6或8的驱动装置的液压马达32就与旁通管线28 及优先管线30相连接。旁通管线28与油箱26相通。用控制系统的运行状况来阐明保证分料器控制系统能够工作的方法。为使控制系 统运行，首先利用实验(校准)或计算的方法，针对不同类型的喷洒材料，得出液压马达31 和32旋转频率与宽脉冲调制器16和17电流强度之间的关系式，这里的电流是指分别流经 比例电磁铁18和20的电路。所得到的关系式以表格数据的形式，例如通过给微控制器编 程的方法，而存入(引入)到运算存储器11中。在这种情况下，在微控制器11的存储器中 引入了至少两种前面提到关系式，例如nK = f (I κ)和nH = f (Ih)，以及叫=/(厶)和 产/ (Idj ),它们适用于两种类型(固体和液体)的材料。在开始工作前，用控制台1来选择所使用材料的类型，并根据在具体条件下使用 的技术来设定所需要的喷洒方式，例如喷洒密度和宽度。在这种情况下，用控制程序从微控 制器11的存储器中只需抽取出位于其内部的有关已选使用材料类型及已设定喷洒方式的 数据即可。为了向路面上喷洒材料，车辆2要在打开泵22的状态下开始运动。在关闭旁通阀 24的状态下，工作液体进入阀25，它事先已经过调校，使其输送的流量为液压马达31和32 工作时所需的。要这样选择泵22的工作容量，即当车辆2运动时，在泵22旋转频率的全部 范围内，泵的流量总是超过必需的工作液体流量。泵22的流量与必需的工作液体流量之间 的差即是多余的工作液体，多余的工作液体从阀25排出到油箱26。因此，工作液体总是以 固定流量注入液压调节器19。工作液体流过液压马达5或7及旁通线路27后，它的总液流 注入液压调节器21的输入端。这个工作液体的总液流同样也具有固定流量，它等于流经液 压调节器19的工作液体的流量。当车辆2运动时，电子速度传感器9产生脉冲，这些脉冲的数量与所测速度成正 比。传感器9的脉冲进入控制台1并传输到微控制器11中，在此微控制器中，利用输入传 感器9的信号和从存储器中抽取的存储于其内部的关系式数据，分料器运行控制程序进行 参数计算，以便形成对宽脉冲调制器16和17的电流强度进行控制的信号。当分料器运行时，需要所设定的分料方式_在道路上喷洒材料的密度和宽度固定 不变，并且与车辆2的速度无关。显然，当车辆2的速度提高时，必须增加输入到撒布盘6或 8上的材料数量，这通过提高液压马达31的旋转速度可实现。当车辆2的速度下降时，必须 减少进入撒布盘6或8的材料数量，这通过降低液压马达31的旋转频率可达到。这种调整 以自动方式进行，因此控制程序对运行速度的任何改变都会做出反应并更改宽脉冲调制器 16的控制信号。对这些变化做出了反应，所以在比例电磁铁18的线圈电路中的电流强度同 样也发生了变化。比例电磁铁18铁心的移动距离与通过电磁铁线圈的电流成正比，这使得 通过提高或降低液压马达31的旋转频率，从而实现对流经此马达的工作液体流量的调节。由于注入调节器19和21输入端的是流量固定的工作液体，所以液压马达31和32的旋转 频率只取决于调节器19与21的比例电磁铁18和20线圈中的电流强度，而与其他参数无 关。也就是说，液压马达31和32旋转频率的实际值永远单值地由上述关系式的数据确定， 这些关系式是事先用校准或计算的方法得到的。正是因为在道路表面上喷洒材料的宽度与撒布盘6或8的旋转频率成正比且实际 上与其他因素无关，所以为保持在控制台1上设定的喷洒宽度固定不变，只需保持宽脉冲 调制器17通过比例电磁铁20线圈的电流强度恒定即可。为此控制程序从校准或计算出的 关系式数据中选出必需的电流值，并为它形成宽脉冲调制器17的恒定控制信号。由此，不 断检查液压马达31和32的轴旋转频率的必要性下降，所以也没必要使用反馈传感器来获 得关于液压马达31和32旋转频率实际数值的信息。因此控制系统的运行可靠性整体得到提高，这是因为在其内部没有会受到侵蚀性 介质侵蚀作用影响的元件-反馈传感器。调节精度也同样地得到了提高，这是因为在控制 系统运行时不会出现自激振荡现象并且系统运行稳定。控制系统是通用的并且适用于各种分料器，因此可使用材料的类型实际上没有限 制，这是因为微控制器11的运算存储器在容量上能够在其内部存储相当多的信息数组。当 使用同一个车辆2并在它上面安装适用于不同类型应用材料的替换设备时，例如适用于固 体与液体融雪材料的替换设备，就特别适合使用这里所讲述的自动控制系统。在使用分料器时必须定期检查控制系统的运行状况并对其进行必要的修正，例如 对控制程序做出修改。为进行这种检查，车辆2要位于平台上并将泵22打开。电子速度传 感器9在停车状态下不运转，因此要打开速度模拟器12，它产生与传感器9类似的电脉冲。 使用控制台1设定喷洒材料的参数及其类型，而用速度模拟器12设置一定的模拟车辆2速 度的值。在此之后，使用必要的工具测量液压马达31和32的轴旋转频率，并将获得的数值 与已设定的喷洒方式及所使用材料的所具有的数值进行比较。如果偏差很大，则对控制程 序进行修正，以便得到上述参数间的最大吻合值。这里讲述的检查程序是在车辆2静止时 进行的，因此不需要使用昂贵的特殊装置，进行工作时具有低工作量与高安全性。目前在越来越多的分料器实际应用中，可以找到不同的方法来存储有关控制系统 运转情况的当前信息。这样的信息可能包括分料器已设定参数的数据值、车辆2的速度、以 及诊断信息等。与外部装置耦合的通信工具13能够将此信息传输到磁盘存储器14上，例 如闪存上。在一班工作结束后，可用在此班工作中所记录的信息来分析具体分料器的运行 状况。除此以外，还可将有关分料器运行状况的信息传输到远程装置上，例如通过GPRS将 此信息连同有关车辆2当前坐标的信息一起传输到运营组织调度部门的计算机上。有关当 前坐标的信息来自对车辆2进行卫星定位的装置15。对获得的信息进行实时处理，可以使 调度员有效地控制分料器的运行状况，这对保证道路交通安全极为重要。
权利要求
保证移动分料器运行过程的控制系统运行的方法，所述移动分料器向路面上喷洒材料，例如融雪剂，其特征在于，首先利用实验或计算的方法获得分料器执行机构的可调节液压驱动装置的旋转频率与所使用材料的类型及宽脉冲调制器的电流的强度之间的关系式，所述电流流经所述驱动装置的调节器的比例电磁铁的电路；然后，以表格数据的形式将所得到的关系式存入自动控制系统的可编程微控制器的存储器中；接着，根据所设定的分料器运行方式及向路面喷洒材料的类型，选择性地使用所述微控制器的存储器中存储的表格数据；之后，形成对宽脉冲调制器的电流的强度进行控制的信号，同时将固定流量的工作液体输送到驱动装置旋转频率的液压调节器内。
2.移动分料器运行过程的控制装置，所述移动分料器向路面上喷洒材料，例如融雪剂， 其特征在于，所述控制装置包括安装在车辆上的控制台；与控制台相连接的车辆速度电 子传感器；宽脉冲调制器，其输出端与分料器执行机构旋转频率的液压调节器的比例电磁 铁的线圈电气耦合；工作液体固定流量的可调节液压阀，其与所述液压调节器的输入端相 通；与控制台相连的控制单元，其包括具有内置分料器运行控制程序的可编程微控制器，同 时所述微控制器中包含分料器相应执行机构的旋转频率与每个宽脉冲调制器的电流的强 度之间关系式的表格数据，分料器用于喷洒至少两种类型的材料，所述电流是指流经比例 电磁铁电路的电流，所述控制台上配备有根据已设定的分料器运行方式及所使用材料的类 型来选择所需数据的工具。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制台上装有与车辆速度电子传感 器并联的车辆速度电子模拟器。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制台上装有用于与外部装置进行 通信的工具，所述外部装置为例如磁盘信息存储器和/或车辆卫星定位装置及将数据传输 到远程设备上的装置。
全文摘要
本发明为保证移动分料器控制系统运行的方法及运行过程控制装置，其提高系统可靠性并扩大功能范围。方法包括利用实验或计算获得执行机构的液压驱动装置的旋转频率与使用材料类型及宽脉冲调制器电流强度之间的关系式；将关系式存入自动控制系统的可编程微控制器的存储器中；依运行方式及材料类型使用存储器中的数据；形成控制电流强度的信号，并将定量工作液体传送到液压调节器。控制装置包括车辆上的控制台；与控制台相连的车速传感器；宽脉冲调制器，其输出端耦合液压调节器的比例电磁铁线圈；固定流量液压阀，与液压调节器输入端相通；及带可编程微控制器的控制装置，而微控制器包含执行机构的旋转频率与宽脉冲调制器的电流强度间关系式的数据。
文档编号E01C19/17GK101881011SQ20091017376
公开日2010年11月10日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年5月5日
发明者别洛采尔科夫斯基·格里戈里·米哈伊洛维奇, 卡里亚金·谢尔盖·鲍里索维奇, 阿尔艾梅韦·爱德华·维克托罗维奇 申请人:生态科技贸易有限责任公司