建筑機(jī)械自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)探究

1、建筑機(jī)械自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)探究摘要：隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提高，傳統(tǒng)的建筑機(jī) 械雖然可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，在一定程度上無(wú)法滿足生產(chǎn)要 求，隨著社會(huì)的進(jìn)步逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動(dòng)化。本文詳細(xì)闡述 了建筑機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞：建筑機(jī)械；自動(dòng)化；關(guān)鍵技術(shù)中圖分類號(hào)：tu69文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：引言：傳統(tǒng)的建筑機(jī)械雖然可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，在一定程度 上滿足上述要求，但仍然是手工操縱，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大、 舒適性較差，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低，建筑機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)使建 筑施工向安全、高效、省力、優(yōu)質(zhì)、舒適方向發(fā)展。1、建筑機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀建筑機(jī)械自動(dòng)化的研究和開發(fā)開端與上世紀(jì)五六十年 代，八十年代后期建筑

2、機(jī)械自動(dòng)化的開發(fā)和應(yīng)用步伐加快。 當(dāng)前來(lái)說(shuō)，在建筑機(jī)械領(lǐng)域采用自動(dòng)化技術(shù)的裝備主要有： 在攤鋪機(jī)上使用的保證縱向和橫線找平的自動(dòng)調(diào)平裝置，以 及混合料自動(dòng)供料裝置和攤鋪層厚度控制與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 自動(dòng)化在推土機(jī)上的先進(jìn)應(yīng)用主要是電子檢測(cè)控制系統(tǒng) pic,它可以實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控；在液壓挖掘機(jī)上最新 的載荷檢測(cè)、故障診斷、自動(dòng)怠速以及工作方式電控功能等, 都是自動(dòng)化系統(tǒng)和理念在建筑機(jī)械中應(yīng)用的典范。以下以自 動(dòng)化在壓實(shí)機(jī)和推土機(jī)、挖掘機(jī)應(yīng)用情況為典型，簡(jiǎn)要說(shuō)明 建筑機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)狀。1.1自動(dòng)化壓路機(jī)壓路機(jī)是水庫(kù)大壩的混凝土澆筑施工中所用的主要設(shè) 備，當(dāng)前其自動(dòng)化技術(shù)方面已經(jīng)引入了檢測(cè)裝置

3、、數(shù)據(jù)處理 裝置、遠(yuǎn)程通訊裝置和中央控制系統(tǒng)等功能模塊，可以實(shí)現(xiàn) 作業(yè)過(guò)程中以預(yù)設(shè)的地面基準(zhǔn)點(diǎn)為依據(jù)，采用光波距離測(cè)算 儀和機(jī)載自動(dòng)跟蹤儀進(jìn)行工作位置的測(cè)定，然后將測(cè)得的位 置數(shù)據(jù)通過(guò)通訊模塊傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，該系統(tǒng)可將設(shè)備 位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為設(shè)備控制指令，以無(wú)線通訊的形式調(diào)整和校 準(zhǔn)設(shè)備，從而精準(zhǔn)的完成一系列大規(guī)模的壓實(shí)作業(yè)。1.2推土機(jī)、挖掘機(jī)作業(yè)的自動(dòng)化推土機(jī)、挖掘機(jī)等建筑土方施工機(jī)械的自動(dòng)化改造會(huì)很 大程度上提升施工質(zhì)量和效率土。最早在推土機(jī)的鏟刀和挖 掘機(jī)的鏟斗上使用的自動(dòng)化控制裝置是1976年研制成功的 以開關(guān)系統(tǒng)為基準(zhǔn)的反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由投光器、感光 器和控制系統(tǒng)構(gòu)成，由于裝置

4、本身存在的速度響應(yīng)問(wèn)題，最 終未能投入實(shí)際應(yīng)用；但隨后由日本學(xué)者北郁夫研究開發(fā)的 komatsulaserlevelingsustem實(shí)現(xiàn)了在推入機(jī)作業(yè)中車速 為5km/h時(shí)，施工平整度誤差保持在3cm以內(nèi)，因此獲得了 良好的效果。此外液壓挖掘機(jī)的激光自動(dòng)掘削系統(tǒng)也是自動(dòng) 化技術(shù)在建筑機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)典范，它由日本菊池雄一 等人與1992年研制成功，其控制系統(tǒng)圖如圖1所示。該系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)上由自動(dòng)直線加工系統(tǒng)和激光系統(tǒng)兩部分組成，其中 的激光感光器可以測(cè)出作業(yè)面的位置，激光系統(tǒng)可以檢測(cè)出 設(shè)備的車體高度，然后將測(cè)得的綜合信息傳輸給自動(dòng)掘削系 統(tǒng)，系統(tǒng)將該信息和各傳感器信號(hào)通過(guò)綜合分析形成為對(duì)各

5、電磁比例閥的控制指令，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各油缸的控制。該系統(tǒng) 大大提高了作業(yè)精度和施工能力。2、建筑機(jī)械自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)在施工過(guò)程中，建筑機(jī)械的大多都在地形復(fù)雜、作業(yè)環(huán) 境惡劣的作業(yè)面實(shí)施土、石方作業(yè)，要實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)械的自動(dòng) 化，首先要在以下這些關(guān)鍵技術(shù)上有所探索和突破。2. 1機(jī)身位置識(shí)別技術(shù)建筑機(jī)械位置識(shí)別技術(shù)是指機(jī)械設(shè)備具備自動(dòng)辨識(shí)自 身所處位置的能力，目前主要采用的方式有內(nèi)部位置識(shí)別方 式和外部位置識(shí)別方式，內(nèi)部位置識(shí)別方式運(yùn)用速度傳感器 和回轉(zhuǎn)式角傳感器相互配合，來(lái)檢測(cè)機(jī)械行駛的路徑數(shù)據(jù)， 然后將測(cè)得數(shù)據(jù)反饋到計(jì)算機(jī)中心后根據(jù)運(yùn)動(dòng)和方位的變 化，獲得設(shè)備所處位置數(shù)據(jù)；而外部識(shí)別方式主要是采

6、依賴 于在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先設(shè)定的幾個(gè)位置基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)超聲波或電 磁波來(lái)確定機(jī)械設(shè)備所處位置的方法。2. 2位置誘導(dǎo)機(jī)能位置誘導(dǎo)機(jī)能是機(jī)械設(shè)備在實(shí)施作業(yè)過(guò)程中按照預(yù)先 設(shè)定好的作業(yè)路徑進(jìn)行作業(yè)，并以機(jī)身位置識(shí)別系統(tǒng)的反饋 數(shù)據(jù)為依據(jù)，適時(shí)的校準(zhǔn)或消除與預(yù)先設(shè)定作業(yè)路徑誤差的 閉環(huán)控制技術(shù)，建筑機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中，如果偏離了既定的 路徑，機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)自動(dòng)復(fù)位功能可以最大限度的恢復(fù)到既 定路徑，該系統(tǒng)可以保證設(shè)備在位置、速度、方向上均能夠 實(shí)時(shí)的矯正和恢復(fù)。2. 3作業(yè)對(duì)象識(shí)別與評(píng)價(jià)技術(shù)識(shí)別和評(píng)價(jià)作業(yè)對(duì)象是建筑機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化最重要的 一個(gè)基礎(chǔ)功能，沒(méi)有這個(gè)系統(tǒng)的支持將無(wú)從談起機(jī)械的作業(yè) 方式的判斷與決策，

7、該技術(shù)一般以平面超聲波信號(hào)感知器為 核心器件，可以使機(jī)械設(shè)備具備實(shí)時(shí)反饋施工對(duì)象的位置、 形狀、大小及姿態(tài)等信息，認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)施工對(duì)象的能力。比 如安裝在液壓挖掘機(jī)鏟斗上超聲傳感器可以識(shí)別比如土方、 沙石、巖塊的形狀，從而為后續(xù)的作業(yè)方式選擇提供前提和 信息。2. 4安全保障機(jī)能建筑施工一般會(huì)動(dòng)用大量各種類型的施工設(shè)備，同時(shí)施 工場(chǎng)地又有大量的建筑用材和作業(yè)器具等障礙物，給建筑設(shè) 備的施工運(yùn)行帶來(lái)一定的困難，為了確保運(yùn)行中的多臺(tái)設(shè)備 之間互不干涉，并協(xié)調(diào)高效運(yùn)行就必須引入一套集識(shí)別、報(bào) 警、停止作業(yè)、安全域確定的誘導(dǎo)控制機(jī)能。2. 5機(jī)群協(xié)作控制技術(shù)在眾多建筑機(jī)械設(shè)備聯(lián)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，

8、就 必須有一套能將各個(gè)作業(yè)設(shè)備包括運(yùn)輸車輛的位置、運(yùn)行軌 跡、工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)反饋到中央控制室，由中央 控制室通過(guò)計(jì)算制定出最優(yōu)化分配形式，然后形成作業(yè)指令 傳輸給各個(gè)設(shè)備或運(yùn)輸車輛，機(jī)械設(shè)備或運(yùn)輸車輛接收到作 業(yè)指令按照指令進(jìn)行作業(yè)的全方位、全過(guò)程的控制體統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，日前，雖然建筑機(jī)械自動(dòng)化 技術(shù)在某些方面取得了巨大進(jìn)步，但由于建筑機(jī)械自動(dòng)化開 發(fā)和應(yīng)用的難度比較大，特別是推廣工作比較困難。主要體 現(xiàn)在：建筑施工的作業(yè)條件惡劣，傳感器等自動(dòng)化元件抗污 染、抗干擾性能差，使自動(dòng)化建筑機(jī)械可靠性不高，影響了 正常使用；建筑施上與機(jī)械制造等上業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)不同， 不具備通用

9、性，所以很難開發(fā)具有通用性的個(gè)自動(dòng)化的建筑機(jī)械；建筑施工工序復(fù)雜，難以分解成簡(jiǎn)單、 重復(fù)的動(dòng)作模式，加上控制參數(shù)的多樣性和影響精度的復(fù)雜 性，完成一種控制方案的制定和驗(yàn)證需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這大 大增加了開發(fā)研究的難度。自動(dòng)化建筑機(jī)械可以分為兩類: 僅作業(yè)裝置自動(dòng)化整機(jī)自動(dòng)控制及機(jī)群施上系統(tǒng)控制，如殮 噴射機(jī)器人，隧道挖掘機(jī)器人，高層大樓個(gè)自動(dòng)施上系統(tǒng)。 對(duì)于第一類自動(dòng)化建筑機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)在于單項(xiàng)自動(dòng)化技 術(shù)，主要是：移動(dòng)機(jī)能一液壓傳動(dòng)用的液壓比例技術(shù)；變頻 控制技術(shù)，變頻器（變頻調(diào)速器的簡(jiǎn)稱，又稱交流調(diào)速器）是 靠改變電源頻率、降低電壓來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種機(jī)器。它 具有提高設(shè)備的能效（節(jié)能效果顯

10、著）、提高自動(dòng)化控制與檢 測(cè)水平（實(shí)現(xiàn)分散使用集中管理）、提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、 滿足新上藝要求等優(yōu)點(diǎn)；高精度、高速度操作技術(shù)；對(duì)于第 二類自動(dòng)化建筑機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)在于綜合自動(dòng)化技術(shù)，主要 是：遙控技術(shù)；傳感器技術(shù)（視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)傳感器等）； 可靠性技術(shù)（耐振、密封、抗干擾性能）；高度判斷機(jī)能技術(shù) （認(rèn)識(shí)、判別學(xué)習(xí)、適應(yīng)機(jī)能、人上智能等）；導(dǎo)向（定位）技 術(shù)，個(gè)球衛(wèi)星定位系統(tǒng)gps等；相關(guān)的材料和元件開發(fā)技術(shù) 自動(dòng)化、機(jī)器人化的相關(guān)技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)。結(jié)束語(yǔ)：隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)必 將推動(dòng)建筑機(jī)械向更加運(yùn)行高效、操作便捷的自動(dòng)化方向發(fā) 展。參考文獻(xiàn)：1 黃宗益等工程機(jī)械技術(shù)發(fā)展展望j.建筑機(jī)械 化，2000（1）,