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压路机的安全控制策略

文档作者：胡刚毅周亚军陈乐尧文档来源：三一重工股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年09月08日
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速约6．3 m／s(图14)，与路试相近。
原地叉装举升试验始终处于平稳工作状态，中
间无中断，因此试验数据平滑，无脉动现象。
5 结论与建议
从叉装机的高速跑车试验和叉装举升试验结
果来看，整机冷却性能很好，作为衡量散热能力主
要指标的发动机出水水温保持在合理的温度范围
内，即使在高温环境下工作也未出现开锅现象；液
力变矩器油温适中；中冷器出口温度、散热器风速
与理论计算结果及发动机要求偏差很小，工作正常。
此次试验结果也显示出整机的一些不足和值
得改进的地方：
(1)液压油冷却采用的是直接回油箱冷却，对
高速跑车工况无影响，因为高速跑车时液压系统几
乎不工作，但在叉装举升这一正常使用工况下却显
方式，空气从发动机前端进入，经过发动机仓到达散
热器后的温度提高很多(约12℃)，若能采用吸风式
风扇并将散热器布置在发动机前端，冷却效果将会
更好，并能在一定程度上减小散热器的整体尺寸。
参考文献
【1】GBfI'12542汽车热平衡能力道路试验方法[s]．
[2】JBtr 6033履带式推土机热平衡性能试验方法[s】．
f3] 3赵献荣，刘玲．大型振动压路机水、油散热方案试验研究
[JJ．工程机械，2006(5)：18—20．
[4]解玉钦．LG953轮式装载机散热系统的改进设计【D】．吉
林：吉林大学，2009．
【5】郭洪江．XCL50装载机液压系统热平衡问题研究【D】．吉
林：吉林大学，2004．
通信地址：江苏省徐州市金山桥开发区驮蓝山路3号徐州
工程机械研究院(221004) (收稿日期：2011-01—28)
压路机的安全控制策略
胡刚毅，周亚军，陈乐尧
(三一重工股份有限公司)
摘要：在分析压路机施工特点的基础上，提炼出压路机施工中的安全控制需求，并由此构建压路机
的安全控制系统，介绍该系统的组成、主要安全控制模块及控制方法。通过在压路机上的实际应用，表明
该方法可有效保护压路机的相应部件，消除可能危及到人身和财产安全的隐患，达到了预期的目标。
关键词：压路机；安全；控制方法
安全性、人性化、智能化f1】已成为当今工程机械
控制技术的发展方向，同时也是提升设备档次的有
效手段。
压路机是周期性连续作业的工程机械，同时也
是典型的以追求施工质量为目标的工程设备，如果
在连续作业中发生故障或者安全事故，不仅会降低
作业效率，而且会影响施工质量甚至危及作业人员
的人身安全。如能在提高作业人员的安全作业意识
的同时，使机器具有自动进行自我保护和人身安全
保护的功能，无疑为压路机的作业安全装上了一层
“防护网”。
1 压路机施工特点及安全控制需求
工程机械用柴油发动机，持续运行时间长，作
业环境恶劣，如果发动机无法启动或停车，安全施
工则无从谈起。发动机的启动装置和润滑装置是最
易出现故障的部件，因此，安全控制首先需要控制
发动机启动的安全性，并实时监控润滑系统的运行
状态。
压路机在连续作业过程中，要经历起步-+加
作者简介：胡刚毅(1984一)，男，四川眉山人，学士，助理工程师，研究方向：工程机械电气控制。
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速一恒速一减速一换向一加速一恒速一减速一停
车的作业周期，周期中的每个过程都应做到平稳、
有序。在停车与起步时，制动系统应能安全有效地
作用于行驶装置，尤其在坡道施工时，制动系统更
是安全的重要保障。
对于压路机的振动系统则要求：起步后再开启
振动，停车前关闭振动，硬地转场时严禁开启振动，
这些要求不仅是对机器自身的保护，也是对已建路
面和周围建筑物的保护。对沥青面层进行压实作业
时，振动与压实的速度必须保持在一定范围内 ，否
则施工效果不佳，甚至会破坏路面。
压路机施工环境嘈杂，施工区域经常有人员走
动，因此要配置多级报警警示装置。
以上压路机的施工特点决定了其安全控制技
术需包含：发动机安全控制、行驶安全控制、制动安
全控制、振动安全控制和安全报警控制等方面。
2 安全控制系统组成
压路机的安全控制系统以压路机整机电气控
制系统为基础，所有元器件均为主机已有的配置，
因此只需在控制程序内将其设置为全局变量，再调
用即可。图1为压路机安全控制系统的组成框图，
开关、按钮、速度传感器和行驶手柄传感器用于工
况的判定及对操作人员下一步动作的预测，启动装
置、加浓阀、断油电磁阀和刹车阀是系统控制对象。
SYLD显示器
行驶手柄传感器
口壁巫
发动机转速传感器
行驶速度传感器
S’妇 C
控制器
言光警示灯
启动装置
加浓阀
断油阀
刹车阀
中位开关 I座椅开关I 倒车报警器
图1 压路机安全控制系统框图
显示器和控制器之间采用基于SCP协议的
CAN2．0B总线网络交换数据。控制器采用三一的工
程机械运动控制器，该控制器具备两路CAN接口，
一路RS485和一路以太网接口，多种输入、输出端
口，复用程度高。显示器采用三一生产的5．7 in
(0．144 78 ra)LCD显示器，用于显示工况数据和提
示当前操作。
3 安全控制策略
3．1 发动机安全控制
发动机启动的安全控制可归结于：启动时机和
持续时间的控制。在安全允许的条件下才能够启
动，防止因反复启动、运行中启动和线路问题而造
成的故障的产生；同时管理启动时间，在足以满足
发动机无负荷运转的条件后，尽可能快地停止启动
装置[31。此外，还必须设定成行驶手柄在中位和振动
按钮无效时才能启动发动机。行走系统和振动系统
是压路机的主要耗能系统，在发动机启动阶段要限
制开启这两个系统，保证发动机无负荷31~,,J启动。
启动保护控制流程图如图2所示。
在发动机启动前，点火开关处于OFF位置，启
动时，将其首先置于AC位置，此时蓄电池向预热单
元和控制单元供电，断油阀也首先被打开，以便在
发动机启动时燃油能被吸入高压油泵。控制单元判
定是否达到允许启动的条件，启动条件包括：1)单
次启动时间不超过10 S；2)每次启动的间隔时间不
低于15 s；3)发动机运行中，不能被启动；4)连续启
动3次不成功后必须检修确认；5)行驶手柄处于中
位；6)振动按钮／开关无效。如果满足条件，则表明
启动时机已经成熟，电控单元控制接通启动电机线
圈，同时接通启动加浓阀，保证足够的燃油混合浓
度。电控单元开始进行启动持续时间的控制，以发
动机曲轴转速作为判断启动成功的条件：转速达到
喷油系统能提供足够的燃油，以满足发动机稳定运
转的要求转速。同时电控单元将启动的持续时间自
动控制在3～10 S内，如超过10 s仍未达到设定转
速，将自动退出启动程序并停止启动，并在显示器
上显示相应的提示信息。
3．2 行驶安全控制
压路机在行驶过程中需要频繁进行前后换向、
加减速操作，操作人员为观察作业情况，有时会离
开座椅进行操作，这种行为对操作人员的作业安全
极为不利。为此，压路机的行驶安全控制采用基于
座椅占用状态的控制方法，一方面减少操作人员体
力的消耗，另一方面防止施工中或检修时因误操作
而造成人身危害。
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启动保护子程序)
●
点火开关AC挡
+
点火开关sI挡 一 I _· “． ．h bd． 窟{甘．
’ r l ●
启动标志sI 接通启动线圈
记录启动次数 接通加浓阀
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提示1)
动间隔时间计时
1 r
主 1 r ’ r 1 r 葬翥黎街圈
／，，—、 启动完毕s2
f提示31 、 『
( 退出)
图2 启动保护控制流程图
图3是行驶安全控制流程图。在压路机施工过
程中，循环检测机油压力，若低于安全值，则优先跳
转并控制发动机熄火，避免发动机因润滑系故障而
导致烧瓦事故。发动机启动完毕后，压路机处于怠
速状态等待行走，要求操作人员坐在座椅上或者系
好安全带才能开动机器。如果违反这些规定或者行
驶系统线路故障，则电控单元断开断油电磁阀，使
发动机熄火，避免因未熄火就离开机器或者检修时
误动作带来的安全隐患，此功能具有最高优先级。
在行驶过程中，要求操作人员不能长时间离开
座位，但允许因视野问题短时间站起观看周围情
况。控制系统根据座椅未占用的时间 来预测操作
人员的动作意图。如果行走过程中 ≥3 S，则认为违
反操作规程而自动控制发动机熄火；如果T<3 S，则
一24一
不作处理。在熄火过程中，如果操作人员在发动机
熄火完毕前，又回到座位，则控制燃油加浓阀高频
间隔通断，使发动机转速逐渐上升至额定转速；如
果发动机已停机，只能通过手动操作重新启动。
3．3 制动安全控制
合理的制动系统及控制方式，是压路机安全控
制的另一重要部分。全液压压路机一般采用闭式行
走系统，行走马达上带有湿式常闭盘式制动器，可
实现三级制动，且在发动机熄火后能自动锁死行走
装置而实现驻车制动。其制动作用传递路线为：操
纵装置一制动控制一动力／液压驱动一制动执行机
构 压路机制动。
行车制动由静液压行走本身所具备的柔性制
动特性提供，加减速平稳且不会产生钢轮抱死滑移
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图3 行驶安全控制流程图
现象[41；驻车制动由电磁切换阀控制制动器的制动
和解除制动；紧急情况下，按下急停按钮，发动机熄
火且行驶马达迅速制动，达到快速停车的目的。在
坡道中施工时，尤其需要制动系统的高可靠性和安
全性，当行驶手柄回到中位，如果不继续行驶操作，
则 时间后驻车制动自动生效，以防液压油泄漏或
其他故障引发的恶性事件， 则依据于不同机器行
驶系统的起步、停车性能而定。
需要特别指出的是，在高速行驶过程中不允许
使用驻车制动，否则会对减速器和液压系统造成严
重损害。同时基于人性化的考虑，如果在行驶中不
小心误操作了驻车开关，控制系统会认为是非法操
作，不执行该动作并提示操作人员紧急状况时请使
用紧急制动。表1是各级制动所对应的控制关系。
表1 制动控制表
制动形式 操作装置 控制部位 执行机构 压路机状态 制动效果
发动机 行驶液压泵刷动阀
行车制动 行驶操纵杆 不控制 渐减行驶泵排量 行驶泵 速度渐减至停车 平稳无危害
行驶操纵杆 不控制 减行驶泵排量 速度渐减至停 平稳无危害、
驻车制动 回中位后延时 制动阀生效 行驶泵、制动器 车
、轮被锁死 停车安全锁
驻车开关 不控制 制动阀生效(行驶中无效) 制动器 机器静止、轮被 停 车安全 锁 、
锁死 无危害
快减行驶泵排量(仅限于电比
紧急制动 急停按钮 立即熄火 例泵) 行驶泵、制动器 速度迅速减为 迅速制动，有
制动阀立即生效 零、轮被锁死 一定危害
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3．4 振动安全控制
压路机的振动系统应在行驶速度低于 一时
开启，严禁在成型硬地上开启振动，当速度高于I，一
时，控制系统控制振动装置自动停振。通常要求行
驶系统和振动系统不能同一时刻启动与停止，一方
面保证施工质量，另一方面也可降低发动机的最大
功率需求。行驶系统的优先级高于振动系统，因此
控制振动装置去协调行驶系统是较为合理的方式。
图4是振动与行驶的控制关系。图4中 舳是
前进施工振动开启最大限制速度， 一是后退施工
速度及手柄位置
振动开启最大限制速度， 和 一可根据不同国
家和地区的施工技术标准进行设置。压路机的振动
系统应在行驶速度低于 和 一时才允许开启，
当速度高于 或 一时，控制振动装置自动停
振。振动控制分为手动控制和自动控制，手动时，由
操作人员操作振动按钮，在起步后开启振动，在停
车前停止振动；自动时，根据行驶手柄的位置作为
起振与停振的条件，此时压路机正处于起步阶段，
速度慢慢建立，但是行驶泵压力建立很快，满足振
动与行驶的“错峰”控制。
图4 振动与行驶的控制关系
3．5 安全报警装置
压路机的安全报警装置包括：显示器故障提
示、驾驶室内蜂鸣报警器、驾驶室顶部声光警示灯
和压路机尾部倒车报警器。
压路机所有机载传感器的状态、发动机转速及
行驶速度均在显示器首页显示，当某一个状态出现
异常或传感器故障时，显示器页面内相对应的图标
会按一定的频率闪烁，表明应检修；若该异常状态
是机器上的关键部位，则蜂鸣器鸣响予以警示。
当操作人员违反安全操作规程时，机器在进行
自我保护的同时，蜂呜器发出响声，警示其违规操
作，如超速振动，行驶过程中站离座位，就属于上述
范畴。驾驶室顶部声光警示灯作为压路机的标准配
置，施工时开启以对周边的人员警示。在挂入倒挡
或行驶手柄向后时，倒车报警器联动响起。
必要性。根据控制需求，建立了安全控制系统，通过
5个安全控制分模块，对机器进行保护；并从人性化
的角度出发，对操作人员无意中违规操作可能造成
的风险进行控制。本安全控制系统在三一重工
STR130C型全液压双钢轮振动压路机上的成功应
用表明，该安全控制系统控制稳定，对机器和人员
都能起到较好的保护效果，达到了预期的目标。
参考文献
[1】蔡自兴．智能控制导论fM】．北京：中国水利水电出版
社．2007．
【2] 2 JTG F40--2004 公路沥青路面施工技术规范[s】．
【3】陈新轩．现代工程机械发动机与底盘构造【M]．北京：人
民交通出版社，2002．
『4J万汉驰．压路机三级制动评说【J】．建筑机械化，2007
(4)：23—27．
4 结束语 通信地址
：湖南省长沙经济技术开发区三一路1号三一工
本文从压路机施工需求出发并结合操作人员 业城路机研究院(41ol00)
的行为习惯，阐明安全控制对于压路机安全施工的 (收{高日期：2011-01—27)

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