路面碎石高精度自动摊铺系统及其摊铺方法

技术领域

本发明涉及路面自动摊铺领域，尤其是涉及一种路面碎石高精度自动摊铺系统及其摊铺方法。

背景技术

在人们对高速、舒适的不断追求下，机场跑道公路施工质量的要求也日益提高，尤其是对机场跑道公路平整度的要求越来越高。沥青混凝土摊铺机作为高等级路面铺筑的核心设备，对路面施工质量具有重要影响。摊铺机自动找平技术作为摊铺机的一项关键技术，其性能的好坏直接影响着路面的平整度。

摊铺机中已使用的找平系统主要有钢丝线为基准的找平方式、机械式平衡梁找平方式、超声波(多声纳)非接触平衡梁找平方式等几种。其中，钢丝线为基准的找平方式在面层沥青料摊铺时，会暴露出诸如人为架线误差，支架间距、牢固度不易控制，钢丝线张紧力不足等弱点，影响摊铺厚度和宏观平整度；机械式平衡梁找平方式也存在以下缺点：系统过于庞大，粘附现象严重，清理困难，机械损坏率高，需人工精细保修，工作量大，十分繁琐，且小弯道摊铺时，易扭损梁架，摊铺精度难以保证；超声波(多声纳)非接触平衡梁找平方式一定程度上克服了机械式平衡梁找平系统的不足，改善了机械式平衡梁的使用性能，但装拆仍然比较复杂，结构较大(梁长约7～8m)，熨平板的振动易对系统稳定性产生影响，且当遇到挥发性较强的特殊材料粘结层或沥青料时，由于声纳离地较近(约50cm)，挥发物易粘附于声波发射片上而使声纳传感器不能正常工作；近期，又推出了激光扫描调平系统(RoadScanning System，RSS)，其采用的是激光测距原理。激光的传播速度比声纳快的多，又不受环境影响，故测距比声纳精确，然而据用户反映实际摊铺情况并非如此，且价格昂贵。

中国专利CN101718072B一种基于摄像测量的摊铺机找平系统和方法。首先建立由固定于摊铺机熨平板上的四个人工合作标志和摄像测量系统构成的找平系统，通过摄像机系统的快速精确测量得到固定于摊铺机熨平板上的人工合作标志相对初始位置的偏移量，从而得到摊铺机熨平板相对初始位置的偏移量，然后将测量结果反馈给摊铺机控制系统，从而实现摊铺机快速自动找平。该系统对摊铺机进行了精确的控制，但是对铺路时出现的偏差并不能进行修补，采用摄像测量并不能完美的实现摊铺机找找平。

中国专利CN103161117A公开了一种基于倾角传感器的摊铺机自动找平系统，包括摊铺机总控制器、与摊铺机总控制器相接的显示器以及均通过CAN总线通信模块与摊铺机总控制器相接的第一倾角传感器、第二倾角传感器、第三倾角传感器和第四倾角传感器，所述第一倾角传感器和第二倾角传感器分别安装在熨平板两端的两个遥控盒附近，所述第三倾角传感器和第四倾角传感器分别安装在主熨平板的两根大臂附近。多个倾角传感器并不能很好的器控制摊铺机自动找平，还需对摊铺机的熨平板进行控制，保证路面找平和摊铺找平。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种路面碎石高精度自动摊铺系统及其摊铺方法，解决钢丝线为基准的找平方式、机械式平衡梁找平方式、超声波(多声纳)非接触平衡梁找平方式比较复杂，熨平板的振动易对系统稳定性产生影响的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种路面碎石高精度自动摊铺系统，包括全站仪和摊铺机，摊铺机的熨平板上设有反光片，摊铺机上还设有接收器，全站仪检测反光片的数据发送到接收器，接收器与摊铺机控制系统控制箱电连接，控制箱与第一液压控制器电连接，大臂两端通过液压缸与摊铺机连接，第一液压控制器与液压缸连接控制大臂角度。

优选方案中，大臂上设有角度传感器，大臂底部设有第一距离传感器，角度传感器、第一距离传感器与第一液压控制器电连接。

优选方案中，大臂一端通过第一液压缸与摊铺机连接，另一端通过第二液压缸与摊铺机连接，大臂与熨平板连接。

优选方案中，熨平板一侧设有夯锤板，熨平板一侧通过第三液压缸与熨平架铰接，另一侧通过第四液压缸与熨平架铰接。

优选方案中，熨平板一侧还设有整平板，整平板一侧通过第六液压缸与熨平架铰接，另一侧与熨平架通过第五液压缸与熨平架铰接。

优选方案中，熨平板上设有横向传感器，横向传感器与横向控制中心电连接，横向控制中心与第二液压控制器电连接，第二液压控制器与多个第三液压缸和第四液压缸连接。

优选方案中，还设有第三液压控制器，第三液压控制器与横向控制中心电连接，第三液压控制器与多个第五液压缸和第六液压缸连接。

优选方案中，摊铺机与熨平板之间设有螺旋布料器，螺旋布料器通过伸缩杆与驱动机滑动连接，驱动机与螺旋布料器之间通过多个第七液压缸连接。

优选方案中，驱动机与摊铺机铰接，摊铺机与驱动机之间通过第八液压缸连接；

驱动机上还设有摄像头，摄像头上设有第二距离传感器。

该方法包括：

S1、摊铺机铺出基础平面，在基础平面上架设多个全站仪，全站仪追踪反光片，将捕获的坐标输送到摊铺机的控制系统中；

S2、全站仪捕捉区域在反光片的监控条内，捕捉点超出监控条外部，第一液压控制器控制第一液压缸和第二液压缸调整大臂位置，保证反光片的监控条处于全站仪捕捉点上；

S3、调节第一液压缸和第二液压缸使大臂角度发生变化，角度传感器检测大臂的角度为β，横向传感器检测熨平板的熨平角度为α，当β角度大于水平基准使时，第三液压缸和第四液压缸伸出，控制熨平角度为α，当β角度小于水平基准使时，三液压缸和第四液压缸缩回，控制熨平角度为α，保持熨平角α稳定；

S4、第一距离传感器检测地面原理大臂时，第一液压控制器控制大臂角度，同时第三液压缸和第四液压缸控制熨平板熨平角α稳定，且熨平板处于水平摊铺状态；

S5、横向传感器检测熨平板与摊铺平面出现倾斜，倾斜角度为γ，熨平板最高点与摊铺平面的高度为h，横向控制中心接受到数据，第二液压控制器控制熨平板最高点位置的液压缸伸出，最低点的液压缸缩回保证熨平板平整；

S6、摊铺的倾斜位置通过整平板进行修正，横向控制中心将修正数据输送到第三液压控制器，第三液压控制器控制多个第五液压缸和第六液压缸使整平板进行逐渐修正；

S7、摊铺平面突出结构为弧形，防止整平板直接将弧形凸起铲掉影响路面，整平板一端经过弧形凸起的高度变化为k=h-2i，k＜h，其中0＜i＜h/2，i接近 0时，整平板一端在最高点，n接近h/2时，整平板一端在最底点；

S8、整平板一端到达弧形凸起位置时，通过i的数值从最大到最小值，使整平板一端达到逐渐整平的效果；

S9、整平板另一端的高度的为k′=h/2-i′, 0＜i′≤h/2，平板一端到达弧形凸起位置时，整平板另一端i′从最小值到h/2，整平板另一端从最高位置到摊铺平面位置，利用物料对摊铺平面凹陷位置进行逐渐填补；

S10、螺旋布料器前方的物料过多时，摄像头检测物料多少，第二距离传感器检测物料与第二距离传感器之间的距离，物料挤压过多，第七液压缸伸出，第八液压缸推动布料器向摊铺机位置移动，此时布料器分料较少，解决物料挤压过多；

S11、物料过少的时候，第八液压缸推动布料器向摊铺机方向移动，第七液压缸收缩，带动布料器远离摊铺机，摊铺机下料速度快且较多；

S12、当出现步骤S5的情况时，第八液压缸推动布料器向后移动，第七液压缸收缩，使布料器与熨平板之间的物料增多，增多的物料经过熨平板整平后，部分物料通过整平板对步骤S5的凹陷位置进行修补。

本发明提供了一种路面碎石高精度自动摊铺系统及其摊铺方法，摊铺机自动控制系统，用全站仪追踪摊铺机上光学标靶，将捕获的坐标通过数据电台实时传送到摊铺机控制系统的CB460控制箱中，显示控制箱同设计数据进行比对后再将高程修正信息传递给自动控制箱，这时由控制箱发出指令，通过液压阀驱动液压油缸使牵引大臂产生一定量的位移，实现对熨平板高程和坡度的精确控制。本发明将全站仪追踪测量技术用于摊铺机找平系统，这种方法具有非接触、全场、精度高、易于自动化实现等优点。本发明同样适用于平地机，可以提高平地机平地质量和自动化程度。本发明结构简单，设计合理，安装实现方便，智能化程度高，实时性能好，使用操作便捷，找平精度高，能够实现不论任何环境都能有相同的平整度且提高了路面平整度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明总体结构图；

图2是本发明全站仪检测结构图；

图3是本发明熨平板和整平板控制结构图；

图4是本发明熨平板和整平板调节距离结构图；

图5是本发明反光片结构图；

图6是本发明螺旋布料器结构图；

图中：摊铺机1；接收器2；第一液压缸3；大臂4；角度传感器5；螺旋布料器6；伸缩杆601；第二液压缸7；夯锤板8；熨平板9；反光片10；监控条1001；全站仪11；第一距离传感器12；第三液压缸13；第四液压缸14；整平板15；第五液压缸16；第六液压缸17；第一液压控制器18；横向传感器19；第二液压控制器20；横向控制中心21；第三液压控制器22；摄像头23；第七液压缸24；驱动机25；第八液压缸26；第二距离传感器27；熨平架28。

具体实施方式

实施例1

如图1~6所示，一种路面碎石高精度自动摊铺系统，包括全站仪11和摊铺机1，摊铺机1的熨平板9上设有反光片10，摊铺机1上还设有接收器2，全站仪11检测反光片10的数据发送到接收器2，接收器2与摊铺机控制系统控制箱电连接，控制箱与第一液压控制器18电连接，大臂4两端通过液压缸与摊铺机1连接，第一液压控制器18与液压缸连接控制大臂4角度。摊铺机自动控制系统，用全站仪追踪摊铺机上光学标靶，将捕获的坐标通过数据电台实时传送到摊铺机控制系统的CB460控制箱中，显示控制箱同设计数据进行比对后再将高程修正信息传递给自动控制箱，这时由控制箱发出指令，通过液压阀驱动液压油缸使牵引大臂产生一定量的位移，实现对熨平板高程和坡度的精确控制。本发明将全站仪追踪测量技术用于摊铺机找平系统，这种方法具有非接触、全场、精度高、易于自动化实现等优点。本发明同样适用于平地机，可以提高平地机平地质量和自动化程度。

优选方案中，大臂4上设有角度传感器5，大臂4底部设有第一距离传感器12，角度传感器5、第一距离传感器12与第一液压控制器18电连接。第一距离传感器12检测路面的的情况，角度传感器5检测大臂4的角度变化。

优选方案中，大臂4一端通过第一液压缸3与摊铺机1连接，另一端通过第二液压缸7与摊铺机1连接，大臂4与熨平板9连接。第一液压缸3和第二液压缸7控制大臂4的角度变化。

优选方案中，熨平板9一侧设有夯锤板8，熨平板9一侧通过第三液压缸13与熨平架28铰接，另一侧通过第四液压缸14与熨平架28铰接。熨平板9通过第三液压缸13和第四液压缸14控制角度。

优选方案中，熨平板9一侧还设有整平板15，整平板15一侧通过第六液压缸17与熨平架28铰接，另一侧与熨平架28通过第五液压缸16与熨平架28铰接。整平板15通过第六液压缸17和第五液压缸16控制角度。

优选方案中，熨平板9上设有横向传感器19，横向传感器19与横向控制中心21电连接，横向控制中心21与第二液压控制器20电连接，第二液压控制器20与多个第三液压缸13和第四液压缸14连接。横向传感器19检测熨平板9横向角度。

优选方案中，还设有第三液压控制器22，第三液压控制器22与横向控制中心21电连接，第三液压控制器22与多个第五液压缸16和第六液压缸17连接。第三液压控制器22控制多个第五液压缸16和第六液压缸17。

优选方案中，摊铺机1与熨平板9之间设有螺旋布料器6，螺旋布料器6通过伸缩杆601与驱动机25滑动连接，驱动机25与螺旋布料器6之间通过多个第七液压缸24连接。驱动机25与摊铺机1铰接，摊铺机1与驱动机25之间通过第八液压缸26连接；驱动机25上还设有摄像头23，摄像头23上设有第二距离传感器27。螺旋布料器6前方的物料过多时，摄像头23检测物料多少，第二距离传感器27检测物料与第二距离传感器27之间的距离，物料挤压过多，第七液压缸24伸出，第八液压缸26推动布料器6向摊铺机1位置移动，此时布料器6分料较少，解决物料挤压过多。

物料过少的时候，第八液压缸26推动布料器6向摊铺机1方向移动，第七液压缸24收缩，带动布料器6远离摊铺机1，摊铺机1下料速度快且较多。

当出现上述横向传感器19检测熨平板9与摊铺平面出现倾斜的情况时，第八液压缸26推动布料器6向后移动，第七液压缸24收缩，使布料器6与熨平板9之间的物料增多，增多的物料经过熨平板9整平后，部分物料通过整平板15对步骤S5的凹陷位置进行修补。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1-6所示，该方法包括：摊铺机1铺出基础平面，在基础平面上架设多个全站仪11，全站仪11追踪反光片10，将捕获的坐标输送到摊铺机1的控制系统中。

全站仪11捕捉区域在反光片10的监控条1001内，捕捉点超出监控条1001外部，第一液压控制器18控制第一液压缸3和第二液压缸7调整大臂4位置，保证反光片10的监控条1001处于全站仪11捕捉点上。

调节第一液压缸3和第二液压缸7使大臂4角度发生变化，角度传感器5检测大臂4的角度为β，横向传感器19检测熨平板9的熨平角度为α，当β角度大于水平基准使时，第三液压缸13和第四液压缸14伸出，控制熨平角度为α，当β角度小于水平基准使时，三液压缸13和第四液压缸14缩回，控制熨平角度为α，保持熨平角α稳定。

第一距离传感器12检测地面原理大臂4时，第一液压控制器18控制大臂4角度，同时第三液压缸13和第四液压缸14控制熨平板9熨平角α稳定，且熨平板9处于水平摊铺状态。

横向传感器19检测熨平板9与摊铺平面出现倾斜，倾斜角度为γ，熨平板9最高点与摊铺平面的高度为h，横向控制中心21接受到数据，第二液压控制器20控制熨平板9最高点位置的液压缸伸出，最低点的液压缸缩回保证熨平板9平整。

摊铺的倾斜位置通过整平板15进行修正，横向控制中心21将修正数据输送到第三液压控制器22，第三液压控制器22控制多个第五液压缸16和第六液压缸17使整平板15进行逐渐修正。

摊铺平面突出结构为弧形，防止整平板15直接将弧形凸起铲掉影响路面，整平板15一端经过弧形凸起的高度变化为k=h-2i，k＜h，其中0＜i＜h/2，i接近 0时，整平板15一端在最高点，n接近h/2时，整平板15一端在最底点。

整平板15一端到达弧形凸起位置时，通过i的数值从最大到最小值，使整平板15一端达到逐渐整平的效果。

整平板15另一端的高度的为k′=h/2-i′, 0＜i′≤h/2，平板15一端到达弧形凸起位置时，整平板15另一端i′从最小值到h/2，整平板15另一端从最高位置到摊铺平面位置，利用物料对摊铺平面凹陷位置进行逐渐填补。

螺旋布料器6前方的物料过多时，摄像头23检测物料多少，第二距离传感器27检测物料与第二距离传感器27之间的距离，物料挤压过多，第七液压缸24伸出，第八液压缸26推动布料器6向摊铺机1位置移动，此时布料器6分料较少，解决物料挤压过多。

物料过少的时候，第八液压缸26推动布料器6向摊铺机1方向移动，第七液压缸24收缩，带动布料器6远离摊铺机1，摊铺机1下料速度快且较多。

当出现上述横向传感器19检测熨平板9与摊铺平面出现倾斜的情况时，第八液压缸26推动布料器6向后移动，第七液压缸24收缩，使布料器6与熨平板9之间的物料增多，增多的物料经过熨平板9整平后，部分物料通过整平板15对步骤S5的凹陷位置进行修补。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。