高速铁路路基施工机械的自动控制

       对于高速铁路、公路、机场土石方的施工，平整是非常关键的一道工序，而且每一层混凝土材料的厚度及表面的平整度都是重要的质量指标，目前我们通常采用人工控制的方式了保证这两个系数，为了厚度跟平整度达到工程的要求，我们无法避免反复的刮削物料， 因此付出了延长工作时间以及浪费物料的代价，天宝的机械自动控制系统能够实现施工过程的控制，从根本上帮助我们解决这些问题。

　　三种机械控制的技术：

　　作为土石方施工的绝对主力机械，推土机和平地机在所有土方工程中都得到了广泛的应用，对两者的控制目的在于控制铲刀的高程和坡度（铲刀的倾斜角度），使其能够在休整平仓表面时达到很好的精度，最大程度的提高工程质量。

　　1、激光技术（图一，图二）GCS300,GCS400,GCS500,GCS600

　　设备的组成：激光发射器，激光接收器，控制箱，阀驱动模块等，可以控制推土机和平地机。平地机的控制除了这些部件以外还包括：声纳追踪器（与激光部分选配），旋转传感器，主降传感器和刮板传感器。特别适合大面积的场地施工。

　　图一 推土机激光自动控制系统GCS300

　　图二 平地机自动控制系统GCS500,GCS600

　　图三 同一激光发射器控制多台设备施工

　　工作原理：

　　高程控制：激光发射器发射一束能旋转三百六十度的极细的光束，在工作场地上空产生一恒定的高程基准；激光接收器通过伸缩杆安装在平地设备的铲刀上，将铲刀人为的调整到工程要求高程点，锁定铲刀与激光束之间这段被确定的距离；机械在行进过程中，当接收器检测到激光束的标高后，不停地把高程信息送给控制箱。

　　如果激光束扫到接收器的上半部，表明机器的熨平板处于设计表面之下，一个提高铲刀的修正信号被送至阀驱动模块；如果激光束扫到接收器的下部，表明机器铲刀处于完工表面之上，一个降低铲刀的修正信号被送至阀驱动模块。

　　阀驱动控制机器的升降油缸，该阀收到来自激光接收器的修正信号后，自动提高和降低机器铲刀以维持正确的标高。

　　坡度控制：对于带有双作用油缸的推土机，可以通过配装两个激光接收器的方法进行铲刀倾斜角度的控制，使机械在有坡度要求的表面严格按照工程要求进行施工。（图四）GCS400

　　图四 双接收器控制坡度的激光自动控制系统GCS400

　　平地机的坡度控制比较复杂，铲刀不仅要有左右倾斜的角度，而且为了避免铲刀前堆积大量的物料，铲刀还要保持一个左右一前一后的倾斜角度，所以要通过加装三个传感器进行铲刀姿态信息的采集，采集回来的信息与工程要求的坡度进行比较，如果出现偏差，系统会通过阀驱动模块控制油缸对铲刀进行调整，以维持坡度值的稳定。

　　采用激光控制工程机械，是目前在国内外广泛应用的技术，这种技术的特点是：工程控制精度高，一般能够达到1~2cm的控制精度；作业范围广，系统的作业范围主要取决于激光发射器的工作直径，目前激光发射器最远的工作直径是900m，非常适合在大的施工场地中施工；并且在同一个场地中架设一台激光发射器，可以支持多台机械设备工作（图四）。

　　2、全站仪技术（图五）Bladepro3D

　　设备组成：全站仪，反射棱镜，电台，控制箱，阀驱动模块等（图五）

　　工作原理：在工作之前，将工程要求高程数据输入到控制系统中，系统会自动记忆这些数据信息，将反射棱镜通过伸缩杆安装到平地机械的铲刀上，机械在行进过程中，全站仪实时的采集棱镜的高程数据，然后将这些高程数据通过电台传送给平地机械上安装的系统中，系统得到信号以后，将这些工程数据同施工前输入的工程要求数据进行比较，如果发现偏差，证明铲刀目前的高程不符合工程要求，这时系统会自动生成一个修正信号传送给系统的阀驱动模块，控制机械的油缸对铲刀进行上升或下降的调整，从而是铲刀始终保持在工程要求的高程位置。

　　图五 全站仪控制平地机施工Bladepro3D

　　使用全站仪控制机械是目前工作精度最高的一种控制技术，其精度能够达到1cm以下，这种精度是任何人工施工方法都没有办法达到的。

　　3、GPS技术在机械控制中的使用 （图六）GCS900

　　设备组成：GPS基准站，GPS车载流动天线，控制箱，阀驱动模块等

　　工作原理：在工作之前通过办公软件（Trimble Terrmodle）对施工场地表面进行设计，确定场地内各点的三维坐标信息，这些信息将通过闪存卡下载到机载系统中，系统会将这些信息作为工作过程中的标准进行存储。在机械的工作过程中，通过RTK技术，系统实时的采集铲刀的三维坐标，并与工作前存储的三维坐标数据进行比较，如果发现偏差，系统会通过阀控制模块对机械铲刀进行自动的调整，这样，机械不论走到场地的任何位置，都会很清楚的知道自己所处的点高程是不是符合工程设计要求，并且清楚的知道怎样工作来达到这个要求，从而确保了整个场地的地形能够按照设计者的要求进行精确的休整。

　　图六 GPS技术控制推土机施工 GCS900系统

　　采用GPS技术控制工程机械，从精度上可能稍逊与激光技术和全站仪技术，这跟GPS信号本身的因素有关，但GPS技术有前两者所不能实现的功能，GPS技术是以卫星信号作为工作基准的，所以能够实现全天候施工，而且在不能通视的条件下同样能很好的工作；整个场地表面信息通过前期软件进行设计，并存储在系统中，这样工作效率会非常的高，在工作中不需要进行反复的高程测量，操作机手只需要关心机械的行进方向和自动控制系统的状态就能实现较高精度的工作，所以目前这种技术在欧美很多地区的大型场地土方施工中得到了广泛的应用。

　　总结：

　　以上介绍的几种控制技术都是在国内外经过实践论证的实用技术，产品本身也非常的成熟。当然，由于采用的技术不同，各个类型的产品都有自己的特点，应该根据我们的实际情况进行选择。目前，在全国高速公路建设中被广泛使用。在水利水电系统三峡大坝、龙滩大坝、葛洲坝海外缅甸项目都在使用我们的推土机、平地机自动控制系统。取得很好的经济效益和很优异的施工质量。得到客户的好评！