一种具备自动回中功能的沟槽压实机及自动回中控制方法与流程

本发明涉及工程机械，尤其涉及一种具备自动回中功能的沟槽压实机及自动回中控制方法。

背景技术：

1、沟槽压实机是市政给排水、燃气、电力管线施工中必备的压实设备，主要在狭窄沟槽内完成回填土压实作业。受作业空间狭小、沟槽地面凹凸不平、设备自身高频振动等因素影响，压实轮极易偏离沟槽中心线，引发偏压、漏压、压实度不均等问题，不仅降低施工质量，还会造成压实轮、转向铰接机构单侧磨损，缩短设备使用寿命。

2、目前行业内主流回中方式为两类：一是人工目视判断、手动操作转向回中，该方式完全依赖操作人员经验，回中精度差、响应滞后，长期作业劳动强度大，也无法适配遥控、无人驾驶等智能化作业场景；二是采用机械弹簧复位结构，依靠弹簧弹力实现复位，但沟槽作业强振动环境下，弹簧易出现疲劳、形变，复位精度持续下降，且无法根据偏移量自适应调节，纠偏效果差。

3、现有部分大型压路机采用角度传感器+pid+电液比例阀的闭环转向控制方案，但这类通用控制系统未针对沟槽压实机窄空间、高振动、连续颠簸的特殊工况做优化：一方面传感器无减振结构，振动会导致检测信号失真，控制紊乱；另一方面通用pid算法未做分段优化，大偏移时响应慢、小偏移时易产生振荡，无法满足沟槽压实高精度、高稳定性的作业要求。因此，研发一款适配沟槽压实机工况、抗振能力强、控制逻辑针对性优化的自动回中装置，成为本领域的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中的问题，提供一种具备自动回中功能的沟槽压实机及自动回中控制方法，通过机械端给角位移传感器配置减振组件消除振动信号干扰，依靠电液比例阀与对称油缸实现平稳转向；控制端采用滑动平均滤波降噪，设计分段pid算法，按偏移区间匹配不同控制增益，兼顾快速纠偏与中位防振荡；配套一键零位标定、多级超限报警、故障锁止、手动优先安全逻辑，可自动补偿转向偏差，将压实轮稳定控制在沟槽中心，适配遥控、无人化施工，兼顾恶劣工况适应性与作业精度、设备安全性。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种具备自动回中功能的沟槽压实机，包括机架主体、压实轮支架、转动安装于所述压实轮支架底部的压实轮，以及连接所述机架主体与所述压实轮支架的转向铰接总成，还包括：回中检测机构，由角位移传感器与传感器减振安装组件组成，所述角位移传感器同轴安装于所述转向铰接总成的铰接主轴端部，用于采集压实轮的偏转角度，所述传感器减振安装组件设置于所述角位移传感器与所述转向铰接总成之间，用于物理隔绝整机振动对传感器的干扰；

3、液压执行机构，包括双作用对称转向油缸及电液比例换向阀，所述转向油缸的缸体端铰接于所述机架主体，活塞杆端铰接于所述压实轮支架，所述电液比例换向阀用于控制所述转向油缸的伸缩动作；

4、电控单元，分别与所述角位移传感器及所述电液比例换向阀电性连接，所述电控单元内置信号滤波模块、零位标定模块、分段pid闭环调节模块及故障诊断与保护模块；

5、人机交互模块，与所述电控单元连接，包括手动/自动切换开关和控制面板，所述手动/自动切换开关被配置为手动模式优先级高于自动模式，且在手动模式下自动回中功能即刻失效。

6、进一步的，所述传感器减振安装组件为橡胶减振垫与锁紧法兰组成的柔性连接结构，所述角位移传感器的壳体通过所述橡胶减振垫实现柔性连接，以隔离高频振动加速度向传感器壳体的传递，使得角位移传感器在强振工况下仍能输出稳定的检测信号，从源头上避免了因振动导致的信号失真与误判。

7、进一步的，所述转向铰接总成的铰接部位集成有防尘密封组件，所述液压执行机构配套的液压供油回路设置有吸油滤油器、回油滤油器及压力溢流阀，所述压力溢流阀将系统最高工作压力限定为16mpa，从而在多粉尘、泥水的恶劣沟槽环境中有效保护铰接机构，并通过多级过滤与压力保护确保液压系统长期运行的稳定性与安全性。

8、进一步的，所述信号滤波模块采用点数为8的滑动平均滤波算法，用于滤除振动杂波；所述零位标定模块支持一键基准标定，用于存储标定后的基准角度值以消除设备装配误差；所述电控单元的控制周期为20ms，由此在保证系统快速响应的同时，滤除瞬时振动噪声，并通过简易标定适配不同装配公差的设备，提升了产品的通用性与部署效率。

9、进一步的，所述分段pid闭环调节模块被配置为：

10、当角度偏差大于±2°时，启用大比例增益快速调节；

11、当角度偏差处于0.5°~2°区间时，切换为常规pid参数平稳纠偏；

12、当角度偏差小于±0.5°时，降低比例增益和微分增益以抑制系统振荡，实现了大偏移时的快速回正与小偏移时的无静差稳定保持，既避免了纠偏不及时，又有效消除了中位附近的系统振荡现象。

13、进一步的，所述故障诊断与保护模块预设纠偏启动阈值为±2°、报警阈值为±5°，当偏转角度超出±5°时触发声光报警；当传感器信号中断或液压压力超出18mpa时，系统立即切断自动回路并锁定机构，从而构建了分级预警与硬件锁止的安全防线，防止因过度偏移造成设备损坏或沟壁坍塌，并在液压异常时及时停机避险。

14、进一步的，所述人机交互模块还包括声光报警装置，所述声光报警装置与所述电控单元连接，用于在偏转角度超限或系统故障时发出声光提示，以便现场人员能够迅速察觉设备异常，及时进行人工干预或检修，进一步保障了作业过程的安全可控。

15、本发明还提供一种沟槽压实机的自动回中控制方法，包括以下步骤：

16、s1：将压实轮调整至沟槽中心线位置，通过控制面板执行一键零位标定，电控单元采集当前角位移传感器的数值并存储为回中基准零位；

17、s2：将手动/自动切换开关切换至自动档位，装置进入自动回中工作状态；

18、s3：角位移传感器实时采集压实轮的偏转角度，原始信号经电控单元内的信号滤波模块降噪后传输至处理核心；

19、s4：电控单元将实时角度与基准零位对比计算角度偏差，根据偏差区间调用分段pid闭环调节模块中对应的pid参数，输出控制信号驱动电液比例换向阀，控制转向油缸伸缩完成纠偏动作；

20、s5：压实轮回归中位后，系统维持稳定状态，将偏差控制在±0.5°以内。

21、进一步的，所述s4中分段pid闭环调节的具体逻辑为：

22、当角度偏差大于±2°时，启用大比例增益快速调节，驱动转向油缸推动压实轮向中心位置快速回正；

23、当偏差缩小至0.5°~2°区间时，切换为常规pid参数平稳纠偏；

24、当偏差小于±0.5°时，降低微分增益和比例增益，使压实轮稳定保持在中心位置，通过这种分阶段递进式的调节策略，兼顾了纠偏的动态响应速度与稳态控制精度，确保压实轮始终沿沟槽中心线作业。

25、进一步的，还包括故障保护步骤：当偏转角度超出±5°时，声光报警装置触发报警；当角位移传感器信号中断或液压压力异常时，电控单元立即切断自动回路并锁定机构；作业过程中任意时刻切换至手动模式，自动回中功能即刻失效，由人工全权控制转向，形成了“预警-保护-接管”的完整安全闭环，既避免了设备带病运行的风险，又保留了紧急情况下的人工处置权。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、1、传感器减振安装组件采用橡胶减振垫与锁紧法兰构成的柔性连接结构，物理隔绝了30~50hz高频振动向角位移传感器的传递；配合电控单元内点数为8的滑动平均滤波算法，有效滤除颠簸作业产生的瞬时杂波。双重机制协同作用下，角度检测误差被严格控制在极小范围，避免了通用控制系统因振动导致的“假偏移”误判与输出紊乱，确保了回中控制的基准准确性，为后续高精度纠偏奠定了坚实基础。

28、2、采用的分段pid闭环调节策略，针对不同偏移工况实现了控制逻辑的精准适配。当偏移量大于±2°时启用大比例增益，驱动转向油缸快速回正，避免漏压；当偏移量处于0.5°~2°区间时切换常规pid参数，保证纠偏过程平稳无冲击；当偏移量小于±0.5°时降低增益抑制振荡，使压实轮稳定保持在中心位置。这种递进式调节逻辑既克服了传统机械复位精度差、响应滞后的缺陷，又解决了通用pid算法在大偏差时响应慢、小偏差时易振荡的问题，最终将回中稳定精度提升至±0.5°，大幅提高了沟槽回填压实的均匀性与施工质量。

29、3、转向铰接部位的防尘密封组件与液压回路的多级过滤设计，使其能从容应对沟槽多粉尘、泥水的恶劣环境，延长液压元件使用寿命；手动优先的安全逻辑、多级角度阈值报警及故障锁定机制，构建了完善的安全防线。

30、4、一键零位标定功能消除了设备装配误差，适配各类机型的新装与改造。全流程自动化回中不仅降低了操作人员90%以上的劳动强度，更避免了长期偏载作业导致的部件单边磨损，延长设备大修周期。