基于AMESim的摊铺机自调平系统的仿真研究

付辰琦

摘 要：摊铺机调平系统在实际工作中存在调平速度慢，调平准确度低等现象。为解决这些问题，本文设计了带有高速开关阀的自调平系统方案，建立了自调平压系统的仿真模型，在AMESim软件中进行了自调平系统的仿真研究，分析了自调平系统的响应特性。仿真的结果表明提出的带有高速开关阀的自调平方案具有良好的性能指标，可以提高摊铺机所铺路面的平整度。

关键词：摊铺机 自动调平系统 仿真分析

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0019-03

摊铺机在作业时遇到不平整的路基会改变熨平板的仰角，最终导致摊铺层厚度的不均匀，因此，摊铺机需要具备高水准的自调平系统。摊铺机自调平系统通过传感器的反馈控制，自动调节熨平板的工作仰角在误差范围内，满足摊铺路面平整度的要求[1～3]。

目前国内摊铺机的自调平系统多采用电磁换向阀控制液压缸伸出速度和长度，但电磁换向阀复位时间久，响应频率小，对摊铺路面的平整度提高的作用不明显。高速开关阀本身具有响应时间快，复位时间小，最高允许频率大的优点，在自调平系统中使用高速开关阀，可以增大脉冲调节频率，并能减少系统进入死区之后的关闭时间[4～5]。

1 摊铺机自调平系统原理分析

摊铺机自调平控制系统采用高速开关阀方案具有2组高速开关阀，其余的元件和构造与普通方案没有不同。系统进油时，自调平系统的控制元件通过检测误差对电磁换向阀进行控制，调平系统依据误差的大小相应的控制高速开关阀脉宽的不同，对找平液压缸速度和长度进行控制。摊铺机自调平系统的原理如图1所示。

在图1中，序号1是齿轮液压泵，序号2是溢流阀，序号3是优先流量控制阀，序号4是分流控制阀，序号5是高速开关阀，序号6是电磁换向阀，序号7是双向控制的液压锁，序号8是溢流阀，序号9是调平用的液压缸。系统工作时，液压泵提供动力源，溢流阀调定系统的最高供油压力，优先流量控制阀来控制液压油的走向，分流控制阀起到分流的作用，高速开关阀控制调平液压缸的伸出并控制其具体的长度。

2 摊铺机自调平系统仿真模型的建立

分析高速开关阀液压系统原理图，将高速开关阀作为比例控制区的控制对象，在AMESim仿真软件中对自动调平系统的各个环节模型依次进行分析并进行具体的建模[6～7]。得到带有高速开关阀的摊铺机自动调平系统仿真模型如图2所示。

在图2当中，序号1是调平油缸，序号2是熨平板的等效模拟负载，序号3是位移信号传感器，序号4是牵引点的干扰变化，序号5是熨平板环节的传递函数，序号6是液压锁，序号7是高速开关阀，序号8是电磁换向阀，序号9是恒流源，序号10是溢流阀。

3 摊铺机自调平系统仿真分析

摊铺机在正常工作时的摊铺行走速度约为4 m/min。取波长值分别为3 m和10 m，比例区值为3 mm，误差死区值为1 mm，脉宽调节频率为3 Hz。对摊铺机带有高速开关阀自调平系统在各种基层扰动下系统的反映进行仿真模拟，得出在不同的波长取值情况下高速开关阀自调平系统所铺筑的基层路面干扰的曲线变化关系分别如图3和图所示。

在图3和图4中，线层1、2、3分别表示摊铺基层路面变化、未使用自调平系统所铺筑的路面变化和高速开关阀自调平系统所铺筑的路面变化，该系统能够达到良好的调平要求，满足较为理想的路面曲线。

分析高速开关阀比例脉冲方案系统误差死区的取值范围，设定比例区的值，在死区误差初始值为逐渐增大的情况下，最终可得到同比例区不同误差死区系统响应过程，其中所摊铺路面曲线如图5所示。

在图5中，曲线1到曲线5所对应的系统误差死区分别为：0、0.1、0.2、0.3、0.4。当比例区一定的情况下，保证在不引起找平液压缸振荡的情况，证明高速开关阀方案能明显减小系统的死区误差，从而提高摊铺路面的质量。高速开关阀比例脉冲频率可选择范围比较大，为了分析不同脉冲频率下的路面摊铺曲线效果，设定比例脉冲频率分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz，仿真得到的摊铺路面曲线如图6所示。

在图6中，曲线1到曲线4所对应的是分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz脉冲频率下铺筑路面的变化，在摊铺过程具体在不同频率对应下找平油缸的补偿位移变化情况如图7所示。

由图7可知，随着比例脉冲的频率从逐渐增加路面起伏的变化也逐渐变小，同时所铺筑的路面厚度也相应的变薄，通过对比不同频率下的各个找平油缸补偿过程曲线图可知，当比例脉冲频率过大时，找平液压油缸就会出现振动情况，这显然是不可取的。

4 结论

通过对使用高速开关阀的摊铺机自调平系统进行仿真研究分析，对比分析在不同的死区误差和比例区下的铺筑路面曲线，以及不同脉冲频率下的摊铺曲线，得出应用高速开关阀的摊铺机自调平方案不但可以减小系统的死区误差取值范围，而且所铺筑的路面起伏变化幅度范围值为最小，平整度效果较为理想，一定程度上减小了死区误差范围，铺筑的路面质量达到预期要求，该系统适合应用到摊铺机自调平系统中。

参考文献

[1] 张新荣.沥青混凝土摊铺机自动找平控制系统及其发展[J].筑路机械与施工机械化，2005（2）：1-4.

[2] 张蒋波，卢鹏.沥青混凝土摊铺机非接触式平衡梁的应用与研究[J].现代电子技术，2007（30）：18-20.

[3] 焦生杰，苟伟成.CAN总线在摊铺机自动找平系统中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2005（22）：21-23.

[4] 王秀丽.摊铺机自动找平控制系统自校正探讨[J].筑路机械与施工机械化，2011（9）：49-54.

[5] Luo Tianhong，Gan Xinfu，Luo Wenjun. Simulation technologies for tamper system of asphalt-paver based on AMESim. 2010 International Conference on Materia and Manufacturing Technology[M].Germany： Trans Tech Publications，2010：1098-1103.

[6] 刘晖，顾宏斌.高速开关阀非线性模型及其仿真研究[J].机械科学与技术，2008（27）：866-870.

[7] 宋仲康，许东来，李震，等.路面摊铺机自动找平装置的仿真及优化[J].机械设计，2005（1）：267-268.endprint

摘 要：摊铺机调平系统在实际工作中存在调平速度慢，调平准确度低等现象。为解决这些问题，本文设计了带有高速开关阀的自调平系统方案，建立了自调平压系统的仿真模型，在AMESim软件中进行了自调平系统的仿真研究，分析了自调平系统的响应特性。仿真的结果表明提出的带有高速开关阀的自调平方案具有良好的性能指标，可以提高摊铺机所铺路面的平整度。

关键词：摊铺机 自动调平系统 仿真分析

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0019-03

摊铺机在作业时遇到不平整的路基会改变熨平板的仰角，最终导致摊铺层厚度的不均匀，因此，摊铺机需要具备高水准的自调平系统。摊铺机自调平系统通过传感器的反馈控制，自动调节熨平板的工作仰角在误差范围内，满足摊铺路面平整度的要求[1～3]。

目前国内摊铺机的自调平系统多采用电磁换向阀控制液压缸伸出速度和长度，但电磁换向阀复位时间久，响应频率小，对摊铺路面的平整度提高的作用不明显。高速开关阀本身具有响应时间快，复位时间小，最高允许频率大的优点，在自调平系统中使用高速开关阀，可以增大脉冲调节频率，并能减少系统进入死区之后的关闭时间[4～5]。

1 摊铺机自调平系统原理分析

摊铺机自调平控制系统采用高速开关阀方案具有2组高速开关阀，其余的元件和构造与普通方案没有不同。系统进油时，自调平系统的控制元件通过检测误差对电磁换向阀进行控制，调平系统依据误差的大小相应的控制高速开关阀脉宽的不同，对找平液压缸速度和长度进行控制。摊铺机自调平系统的原理如图1所示。

在图1中，序号1是齿轮液压泵，序号2是溢流阀，序号3是优先流量控制阀，序号4是分流控制阀，序号5是高速开关阀，序号6是电磁换向阀，序号7是双向控制的液压锁，序号8是溢流阀，序号9是调平用的液压缸。系统工作时，液压泵提供动力源，溢流阀调定系统的最高供油压力，优先流量控制阀来控制液压油的走向，分流控制阀起到分流的作用，高速开关阀控制调平液压缸的伸出并控制其具体的长度。

2 摊铺机自调平系统仿真模型的建立

分析高速开关阀液压系统原理图，将高速开关阀作为比例控制区的控制对象，在AMESim仿真软件中对自动调平系统的各个环节模型依次进行分析并进行具体的建模[6～7]。得到带有高速开关阀的摊铺机自动调平系统仿真模型如图2所示。

在图2当中，序号1是调平油缸，序号2是熨平板的等效模拟负载，序号3是位移信号传感器，序号4是牵引点的干扰变化，序号5是熨平板环节的传递函数，序号6是液压锁，序号7是高速开关阀，序号8是电磁换向阀，序号9是恒流源，序号10是溢流阀。

3 摊铺机自调平系统仿真分析

摊铺机在正常工作时的摊铺行走速度约为4 m/min。取波长值分别为3 m和10 m，比例区值为3 mm，误差死区值为1 mm，脉宽调节频率为3 Hz。对摊铺机带有高速开关阀自调平系统在各种基层扰动下系统的反映进行仿真模拟，得出在不同的波长取值情况下高速开关阀自调平系统所铺筑的基层路面干扰的曲线变化关系分别如图3和图所示。

在图3和图4中，线层1、2、3分别表示摊铺基层路面变化、未使用自调平系统所铺筑的路面变化和高速开关阀自调平系统所铺筑的路面变化，该系统能够达到良好的调平要求，满足较为理想的路面曲线。

分析高速开关阀比例脉冲方案系统误差死区的取值范围，设定比例区的值，在死区误差初始值为逐渐增大的情况下，最终可得到同比例区不同误差死区系统响应过程，其中所摊铺路面曲线如图5所示。

在图5中，曲线1到曲线5所对应的系统误差死区分别为：0、0.1、0.2、0.3、0.4。当比例区一定的情况下，保证在不引起找平液压缸振荡的情况，证明高速开关阀方案能明显减小系统的死区误差，从而提高摊铺路面的质量。高速开关阀比例脉冲频率可选择范围比较大，为了分析不同脉冲频率下的路面摊铺曲线效果，设定比例脉冲频率分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz，仿真得到的摊铺路面曲线如图6所示。

在图6中，曲线1到曲线4所对应的是分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz脉冲频率下铺筑路面的变化，在摊铺过程具体在不同频率对应下找平油缸的补偿位移变化情况如图7所示。

由图7可知，随着比例脉冲的频率从逐渐增加路面起伏的变化也逐渐变小，同时所铺筑的路面厚度也相应的变薄，通过对比不同频率下的各个找平油缸补偿过程曲线图可知，当比例脉冲频率过大时，找平液压油缸就会出现振动情况，这显然是不可取的。

4 结论

通过对使用高速开关阀的摊铺机自调平系统进行仿真研究分析，对比分析在不同的死区误差和比例区下的铺筑路面曲线，以及不同脉冲频率下的摊铺曲线，得出应用高速开关阀的摊铺机自调平方案不但可以减小系统的死区误差取值范围，而且所铺筑的路面起伏变化幅度范围值为最小，平整度效果较为理想，一定程度上减小了死区误差范围，铺筑的路面质量达到预期要求，该系统适合应用到摊铺机自调平系统中。

参考文献

[1] 张新荣.沥青混凝土摊铺机自动找平控制系统及其发展[J].筑路机械与施工机械化，2005（2）：1-4.

[2] 张蒋波，卢鹏.沥青混凝土摊铺机非接触式平衡梁的应用与研究[J].现代电子技术，2007（30）：18-20.

[3] 焦生杰，苟伟成.CAN总线在摊铺机自动找平系统中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2005（22）：21-23.

[4] 王秀丽.摊铺机自动找平控制系统自校正探讨[J].筑路机械与施工机械化，2011（9）：49-54.

[5] Luo Tianhong，Gan Xinfu，Luo Wenjun. Simulation technologies for tamper system of asphalt-paver based on AMESim. 2010 International Conference on Materia and Manufacturing Technology[M].Germany： Trans Tech Publications，2010：1098-1103.

[6] 刘晖，顾宏斌.高速开关阀非线性模型及其仿真研究[J].机械科学与技术，2008（27）：866-870.

[7] 宋仲康，许东来，李震，等.路面摊铺机自动找平装置的仿真及优化[J].机械设计，2005（1）：267-268.endprint

摘 要：摊铺机调平系统在实际工作中存在调平速度慢，调平准确度低等现象。为解决这些问题，本文设计了带有高速开关阀的自调平系统方案，建立了自调平压系统的仿真模型，在AMESim软件中进行了自调平系统的仿真研究，分析了自调平系统的响应特性。仿真的结果表明提出的带有高速开关阀的自调平方案具有良好的性能指标，可以提高摊铺机所铺路面的平整度。

关键词：摊铺机 自动调平系统 仿真分析

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0019-03

摊铺机在作业时遇到不平整的路基会改变熨平板的仰角，最终导致摊铺层厚度的不均匀，因此，摊铺机需要具备高水准的自调平系统。摊铺机自调平系统通过传感器的反馈控制，自动调节熨平板的工作仰角在误差范围内，满足摊铺路面平整度的要求[1～3]。

目前国内摊铺机的自调平系统多采用电磁换向阀控制液压缸伸出速度和长度，但电磁换向阀复位时间久，响应频率小，对摊铺路面的平整度提高的作用不明显。高速开关阀本身具有响应时间快，复位时间小，最高允许频率大的优点，在自调平系统中使用高速开关阀，可以增大脉冲调节频率，并能减少系统进入死区之后的关闭时间[4～5]。

1 摊铺机自调平系统原理分析

摊铺机自调平控制系统采用高速开关阀方案具有2组高速开关阀，其余的元件和构造与普通方案没有不同。系统进油时，自调平系统的控制元件通过检测误差对电磁换向阀进行控制，调平系统依据误差的大小相应的控制高速开关阀脉宽的不同，对找平液压缸速度和长度进行控制。摊铺机自调平系统的原理如图1所示。

在图1中，序号1是齿轮液压泵，序号2是溢流阀，序号3是优先流量控制阀，序号4是分流控制阀，序号5是高速开关阀，序号6是电磁换向阀，序号7是双向控制的液压锁，序号8是溢流阀，序号9是调平用的液压缸。系统工作时，液压泵提供动力源，溢流阀调定系统的最高供油压力，优先流量控制阀来控制液压油的走向，分流控制阀起到分流的作用，高速开关阀控制调平液压缸的伸出并控制其具体的长度。

2 摊铺机自调平系统仿真模型的建立

分析高速开关阀液压系统原理图，将高速开关阀作为比例控制区的控制对象，在AMESim仿真软件中对自动调平系统的各个环节模型依次进行分析并进行具体的建模[6～7]。得到带有高速开关阀的摊铺机自动调平系统仿真模型如图2所示。

在图2当中，序号1是调平油缸，序号2是熨平板的等效模拟负载，序号3是位移信号传感器，序号4是牵引点的干扰变化，序号5是熨平板环节的传递函数，序号6是液压锁，序号7是高速开关阀，序号8是电磁换向阀，序号9是恒流源，序号10是溢流阀。

3 摊铺机自调平系统仿真分析

摊铺机在正常工作时的摊铺行走速度约为4 m/min。取波长值分别为3 m和10 m，比例区值为3 mm，误差死区值为1 mm，脉宽调节频率为3 Hz。对摊铺机带有高速开关阀自调平系统在各种基层扰动下系统的反映进行仿真模拟，得出在不同的波长取值情况下高速开关阀自调平系统所铺筑的基层路面干扰的曲线变化关系分别如图3和图所示。

在图3和图4中，线层1、2、3分别表示摊铺基层路面变化、未使用自调平系统所铺筑的路面变化和高速开关阀自调平系统所铺筑的路面变化，该系统能够达到良好的调平要求，满足较为理想的路面曲线。

分析高速开关阀比例脉冲方案系统误差死区的取值范围，设定比例区的值，在死区误差初始值为逐渐增大的情况下，最终可得到同比例区不同误差死区系统响应过程，其中所摊铺路面曲线如图5所示。

在图5中，曲线1到曲线5所对应的系统误差死区分别为：0、0.1、0.2、0.3、0.4。当比例区一定的情况下，保证在不引起找平液压缸振荡的情况，证明高速开关阀方案能明显减小系统的死区误差，从而提高摊铺路面的质量。高速开关阀比例脉冲频率可选择范围比较大，为了分析不同脉冲频率下的路面摊铺曲线效果，设定比例脉冲频率分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz，仿真得到的摊铺路面曲线如图6所示。

在图6中，曲线1到曲线4所对应的是分别为3 Hz、9 Hz、30 Hz、60 Hz脉冲频率下铺筑路面的变化，在摊铺过程具体在不同频率对应下找平油缸的补偿位移变化情况如图7所示。

由图7可知，随着比例脉冲的频率从逐渐增加路面起伏的变化也逐渐变小，同时所铺筑的路面厚度也相应的变薄，通过对比不同频率下的各个找平油缸补偿过程曲线图可知，当比例脉冲频率过大时，找平液压油缸就会出现振动情况，这显然是不可取的。

4 结论

通过对使用高速开关阀的摊铺机自调平系统进行仿真研究分析，对比分析在不同的死区误差和比例区下的铺筑路面曲线，以及不同脉冲频率下的摊铺曲线，得出应用高速开关阀的摊铺机自调平方案不但可以减小系统的死区误差取值范围，而且所铺筑的路面起伏变化幅度范围值为最小，平整度效果较为理想，一定程度上减小了死区误差范围，铺筑的路面质量达到预期要求，该系统适合应用到摊铺机自调平系统中。

参考文献

[1] 张新荣.沥青混凝土摊铺机自动找平控制系统及其发展[J].筑路机械与施工机械化，2005（2）：1-4.

[2] 张蒋波，卢鹏.沥青混凝土摊铺机非接触式平衡梁的应用与研究[J].现代电子技术，2007（30）：18-20.

[3] 焦生杰，苟伟成.CAN总线在摊铺机自动找平系统中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2005（22）：21-23.

[4] 王秀丽.摊铺机自动找平控制系统自校正探讨[J].筑路机械与施工机械化，2011（9）：49-54.

[5] Luo Tianhong，Gan Xinfu，Luo Wenjun. Simulation technologies for tamper system of asphalt-paver based on AMESim. 2010 International Conference on Materia and Manufacturing Technology[M].Germany： Trans Tech Publications，2010：1098-1103.

[6] 刘晖，顾宏斌.高速开关阀非线性模型及其仿真研究[J].机械科学与技术，2008（27）：866-870.

[7] 宋仲康，许东来，李震，等.路面摊铺机自动找平装置的仿真及优化[J].机械设计，2005（1）：267-268.endprint