一种带有自动找平功能的平地机

技术领域

本发明涉及用于公路、机场等基础设施的水泥稳定土、水泥稳定碎石等基层精平作业的施工设备，尤其涉及一种基于RTK技术的辅助自动找平装置的平地机：具备平面、坡面、及道路设计功能。

背景技术

平地机利用刮刀平整地面的土方机械。刮刀装在机械前后轮之间，六组控制手柄分别控制铲刀升降、倾斜、回转、外伸及前轮摆动、铰接偏转等六个动作，动作灵活准确，是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械。

公路路基、高标准农田等大面积作业面平整，刮坡、带土、排土、疏松、布料等作业。机手的技术水平决定了施工效率与质量，在路基横纵坡坡度及高程控制方面尤为明显，因操作技术不足导致路基面层精平作业返工频率高，造成施工成本提高，工期拖延等问题。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种带有自动找平功能的平地机。

本发明所要解决的技术问题是：1、机载RTK测量技术：载波相位差分GPS技术，利用载波相位差分改正和测距两种测量方法完成动态定位，实现实时定位铲刀左右刀尖高程，精度达到厘米级。2、道路设计参数导入：道路全线或若干个标段所有数据一次性输入，主线、匝道可以转存为道路设计模型文件，系统应用该模型文件作为施工基准，统一计算中边桩平面坐标及高程。平地机控制面板识别各等级道路主线、立交匝道，实现整机按道路设计要求对铲刀高程姿态调整。3、自动控制技术：采用北斗高精度定位系统，结合坡度传感器和车载控制器等装置，VCU控制器在将左右接收机获得的高程测量信息及横坡传感器测量的横坡坡度信息与道路设计参数进行比对，将偏差值反馈至左右两侧自动控制单元，实现铲刀姿态自动控制。在无测量放样的环境中快速、精确地实现设计要求，减少测量打桩所带来的时间消耗及误差，实现无桩化施工，提高推平精度的同时，提高工作效率。

本发明是这样实现的，构造一种带有自动找平功能的平地机；包括RTK基站，铲刀左侧RTK接收机，简称左侧接收机，RTK接收机支架，铲刀右侧RTK接收机简称右侧接收机，铲刀横向倾角传感器，简称倾角传感器，左侧提升油缸电磁比例液压换向阀，简称左侧电液换向阀，右侧提升油缸电磁比例液压换向阀，简称右侧电液换向阀，铲刀左侧提升油缸电磁比例液压换向阀手动按键，简称左侧电液换向阀按键，铲刀右侧提升油缸电磁比例换向阀手动按钮，简称右侧电液换向阀按键，铲刀左侧提升油缸手动换向阀阀芯行程开关，简称左侧手动换向阀开关和铲刀右侧提升油缸手动换向阀阀芯行程开关，简称右侧手动换向阀开关，控制面板和VCU控制器；

所述的左侧接收机或右侧接收机与RTK基站、CORS移动站或RTK基站直接无线连接；所述的左侧接收机、VCU控制器和左侧电液换向阀连接，构成铲刀左侧高程自动找平控制单元，简称左侧自动控制单元，而右侧接收机、VCU控制器和右侧电液换向阀连接，则构成铲刀右侧高程自动找平控制单元，简称右侧自动控制单元；所述的左侧电液换向阀按键、VCU控制器和左侧电液换向阀连接，构成左侧手动高程自动找平电液控制单元，简称左侧手动控制单元，而右侧电液换向阀按键、VCU控制器和右侧电液换向阀连接，组成右侧手动高程电液控制单元,简称右侧手动控制单元；所述的左侧手动换向阀开关及其联动的左侧手动换向阀与VCU控制器连接，构成有开关信号输出的左侧手动控制单元，而右侧手动换向阀行程开关及其联动的右侧手动换向阀与VCU控制器连接，则构成有开关信号输出的右侧手动控制单元；所述各组成部分或其中某一部分的内部各零部件之间，通过包括无线通信模块接口在内的各类接口、带接头的连线或无线通信模块，以有线或无线的方式连接。

进一步的；所述的左侧电液换向阀和右侧电液换向阀，它们分别安装在左侧铲刀升降油缸手动换向阀和右侧铲刀升降油缸手动换向阀一侧。

进一步的；所述的左侧电液换向阀按键和右侧电液换向阀按键，它们分别安装在控制面板。

进一步的；所述的左侧接收机或右侧接收机通过RTK接收机支架安装在铲刀两端的上方，负责在铲刀处于各种姿态条件下按照一定的频率输出铲刀刀尖的北、东、高程参数，所述定位信息输出的频率应大于自动驾驶与找平系统控制循环的频率；所述RTK接收机支架的高度满足RTK定位单元在接收信号时不受影响。

进一步的；所述的倾角传感器通过倾角传感器支架安装在能与铲刀一起倾斜而不与铲刀一起回转的铲刀牵引架上，负责在铲刀处于各种姿态全工况条件下按照一定的刷新频率输出铲刀横向倾角值，所述倾角信息输出的刷新频率应大于自动驾驶与找平系统控制循环的频率。

进一步的；所述的左侧换向阀和右侧换向阀分别安装在左侧铲刀升降油缸手动换向阀和右侧铲刀升降油缸手动换向阀，阀体之间串联成组合阀的结构；左侧换向阀与左侧铲刀升降油缸手动换向阀的连接，右侧换向阀与右侧铲刀升降油缸手动换向阀的油路之间并联连接。

进一步的；所述的左侧电液换向阀按键和右侧电液换向阀按键分别安装在控制面板上，每一侧分别有向上或向下个手动按键，采用脱离控制面板的结构形式；两个按键被触发而产生的电磁脉冲控制信号，能驱动左侧换向阀和右侧换向阀实现左右侧铲刀升降油缸的微调，便于驾驶员进行对刀作业。

进一步的；所述的左侧手自动换向阀切换开关和右侧手自动换向阀切换开关分别安置在左侧手动换向阀和右侧手动换向阀的阀体上。

进一步的；所述的VCU控制器安装在方向盘下方覆盖罩内，由盒体、控制器、数据输入器、USB接口、数据转换模块、通信模块、输入输出接口、总线和电源等组成，其输入端与前述的左侧接收机、右侧接收机、倾角传感器、左侧电液换向阀按键和右侧电液换向阀按键，左侧手自动换向阀切换开关和右侧手自动换向阀切换开关的输出端接口有线或无线连接，其输出端与左侧换向阀和右侧换向阀的输入端连接，它可与控制面板集成为一体。

进一步的；所述一种带有自动找平功能的平地机操作步骤如下：

（1）将作业面的逐桩坐标参数（北、东、高程信息）转化为道路设计文件及其坐标方位角、高程和横坡度数据利用U盘倒入车载控制面板，桩点参数中的坐标方位角和横坡度数据具有方向性，反方向作业起/终点及桩点编号自动切换；采用的拼接式自动找平作业方式，需要所有桩点的桩间距数据进行加密，桩间距数值越小，算法误差越小，平整精度越高，可将误差控制在±15mm以内；平地机作业行驶速度越高，系统控制频率应越高，当平地机作业行驶速度与铲刀灵敏度成正比；公路施工测量坐标计算系统等软件工具进行预处理，道路之星软件对加密的桩点参数进行解算，再增补桩点参数的采录；道路中线桩分为左中桩和右中桩来区分横坡度的正负号，当以中线桩为基准，横坡坡度值为0，横坡方向以逆时针旋转为正，顺时针旋转为负，作业行驶方向改变，横坡度值的正负号需要改变；当逆向作业时，车辆航向角需将顺/逆向坐标方位角对应旋转±180°；对作业面进行多层次施工时，只需依次将作业基准线上所有相关桩点参数中的高程值加一个增量即可；

（2）左侧接收机或右侧接收机采集初始坐标参数：将左侧或右侧铲尖在作业面上测量坐标信息，与接收机支架至铲尖纵向高度二者之和作为初始坐标转换参数值，系统自动转化为测量铲尖坐标；

（3）左侧接收机、右侧接收机和倾角传感器的动态输出信号的频率设定：根据行驶速度或变速档位，电液控制系统响应速度进行测算，与自动找平控制系统的控制频率匹配，平地机行进0.1m的距离，在相应的时间内，左侧接收机、右侧接收机和倾角传感器输出更新后的桩号坐标参数，控制系统实时调整左右两侧铲尖高程；

（4）施工操作：机手通过操作平地机前后移动以及操作铲刀左右摆动，将铲刀左刀尖放在放样桩点上或放在比放样桩点的位置上进对刀，起步后在控制面板上按亮自动找平触摸键，系统进入自动控制状态。

本发明具有如下优点：本发明提供一种带有自动找平功能的平地机，本发明利用载波相位差分改正和测距两种测量方法完成动态定位，实现实时定位铲刀左右刀尖高程，精度达到厘米级。道路全线或若干个标段所有数据一次性输入，主线、匝道可以转存为道路设计模型文件，系统应用该模型文件作为施工基准，统一计算中边桩平面坐标及高程。平地机控制面板识别各等级道路主线、立交匝道，实现整机按道路设计要求对铲刀高程姿态调整。采用北斗高精度定位系统，结合坡度传感器和车载控制器等装置，VCU控制器在将左右接收机获得的高程测量信息及横坡传感器测量的横坡坡度信息与道路设计参数进行比对，将偏差值反馈至左右两侧自动控制单元，实现铲刀姿态自动控制。在无测量放样的环境中快速、精确地实现设计要求，减少测量打桩所带来的时间消耗及误差，实现无桩化施工，提高推平精度的同时，提高工作效率。

附图说明

图1是横坡纵坡示意图；

图2是本发明的结构原理示意图；

图3-图5是定位接收机安装位置示意图。

其中：1.RTK基站，2.左侧接收机，3.RTK接收机支架，4.右侧接收机，5.倾角传感器，6.左侧电液换向阀，7.右侧电液换向阀，8.左侧电液换向阀按键，9.右侧电液换向阀按键，10.左侧手动换向阀行程开关，11.右侧手动换向阀行程开关，12.控制面板，13.VCU 控制器。

具体实施方式

下面将结合附图1-图5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于RTK技术的辅助自动找平装置的平地机，用于公路、机场等基础设施的水泥稳定土、水泥稳定碎石等基层精平作业的施工，具备平面、坡面、及道路设计功能。

一种基于RTK技术辅助自动找平装置的平地机，如图所示，可以按照如下方式予以实施；它由以下 13部分组成，分别是RTK基站1，铲刀左侧RTK接收机2（简称左侧接收机），RTK接收机支架3，铲刀右侧RTK接收机4（简称右侧接收机），RTK接收机支架3，铲刀横向倾角传感器5（简称倾角传感器），倾角传感器支架，左侧提升油缸电磁比例液压换向阀，简称左侧电液换向阀6，右侧提升油缸电磁比例液压换向阀，简称右侧电液换向阀7，铲刀左侧提升油缸电磁比例液压换向阀手动按键，简称左侧电液换向阀手动按键8，铲刀右侧提升油缸电磁比例换向阀手动按钮，简称右侧电液换向阀按键9，铲刀左侧提升油缸手动换向阀阀芯行程开关，简称左侧手自动换向阀切换开关10和铲刀右侧提升油缸手动换向阀阀芯行程开关，简称右侧手自动换向阀切换开关11、控制面板12和VCU控制器13。

所述的左侧接收机2或右侧接收机4与RTK基站1或cors网络无线连接；所述的VCU控制器13、左侧传感器2和左侧换向阀6连接，构成铲刀左侧高程自动找平控制单元；所述的倾角传感器5、VCU控制器13和左侧电液换向阀6连接，构成铲刀左侧高程自动找平控制单元；而倾角传感器5、VCU控制器13和右侧电液换向阀7连接，则构成铲刀右侧高程自动找平控制单元；当选择铲刀左侧或右侧刀尖作为采集高程基准，该侧则为自动找平基准侧，另一侧则为铲刀横坡角度控制侧；所述的左侧电液换向阀按键8、VCU控制器13和左侧电液换向阀6连接，构成左侧手动高程电液控制单元，而右侧电液换向阀按键9、VCU控制器13和右侧电液换向阀7连接，则构成右侧手动高程电液控制单元，左侧和右侧手动高程电液控制单元主要用于平地机手动操作模式作业；所述的左侧手自动换向阀切换开关10及其联动的左侧手动换向阀与VCU控制器13连接，构成有开关信号输出的左侧手动高程控制单元；而右侧手动换向阀行程开关12及其联动的右侧手动换向阀与VCU控制器13连接，则构成有开关信号输出的右侧手动高程控制单元；该左侧和右侧手动高程控制单元输出的开关电信号主要用于平地机对工作面粗平施工及面层压实后清除轮迹工序；所述的控制面板12可用于刀尖高程采集、基准面切换及偏移设置、手/自动模式切换、横纵坡坡度设置，施工路线选择/切换、施工区域地图车辆动态模型显示、卫星状态、航向信息等。

本发明的操作步骤如下：

1、将作业面的逐桩坐标参数（北、东、高程信息）转化为道路设计文件及其坐标方位角、高程和横坡度数据利用U盘倒入车载控制面板12，桩点参数中的坐标方位角和横坡度数据具有方向性，反方向作业起/终点及桩点编号自动切换；采用的拼接式自动找平作业方式，需要所有桩点的桩间距数据进行加密，桩间距数值越小，算法误差越小，平整精度越高，可将误差控制在 ±15mm以内；平地机作业行驶速度越高，系统控制频率应越高，当平地机作业行驶速度与铲刀灵敏度成正比；公路施工测量坐标计算系统等软件工具进行预处理，道路之星软件对加密的桩点参数进行解算，再增补桩点参数的采录；道路中线桩分为左中桩和右中桩来区分横坡度的正负号，当以中线桩为基准，横坡坡度值为0，横坡方向以逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。作业行驶方向改变，横坡度值的正负号需要改变；当逆向作业时，车辆航向角需将顺/逆向坐标方位角对应旋转±180°；对作业面进行多层次施工时，只需依次将作业基准线上所有相关桩点参数中的高程值加一个增量即可；

2、左侧接收机2或右侧接收机4采集初始坐标参数：将左侧或右侧铲尖在作业面上测量坐标信息，与接收机支架至铲尖纵向高度二者之和作为初始坐标转换参数值，系统自动转化为测量铲尖坐标；

3、左侧接收机2、右侧接收机4和倾角传感器5的动态输出信号的频率设定：根据行驶速度或变速档位，电液控制系统响应速度进行测算，与自动找平控制系统的控制频率匹配，平地机行进0.1m的距离，在相应的时间内，左侧接收机2、右侧接收机4和倾角传感器5输出更新后的桩号坐标参数，控制系统实时调整左右两侧铲尖高程；

4、施工操作：机手通过操作平地机前后移动以及操作铲刀左右摆动，将铲刀左刀尖放在放样桩点上或放在比放样桩点的位置上进对刀，起步后在控制面板13上按亮自动找平触摸键，系统进入自动控制状态。

工作原理和用途阐述如下；

所述的左侧接收机2或右侧接收机4通过RTK接收机支架3安装在铲刀两端的上方，负责在铲刀处于各种姿态条件下按照一定的频率输出铲刀刀尖的北、东、高程参数，所述定位信息输出的频率应大于自动驾驶与找平系统控制循环的频率；所述RTK接收机支架的高度满足RTK定位单元在接收信号时不受影响。

所述的倾角传感器5通过倾角传感器支架安装在能与铲刀一起倾斜而不与铲刀一起回转的铲刀牵引架上，负责在铲刀处于各种姿态全工况条件下按照一定的刷新频率输出铲刀横向倾角值，所述倾角信息输出的刷新频率应大于自动驾驶与找平系统控制循环的频率。

所述的左侧换向阀6和右侧换向阀7分别安装在左侧铲刀升降油缸手动换向阀和右侧铲刀升降油缸手动换向阀，阀体之间串联成组合阀的结构；左侧换向阀6与左侧铲刀升降油缸手动换向阀的连接，右侧换向阀7与右侧铲刀升降油缸手动换向阀的油路之间并联连接。

所述的左侧电液换向阀按键8和右侧电液换向阀按键9它们分别安装在控制面板12上，每一侧分别有向上或向下2个手动按键，采用脱离控制面板12的结构形式；两个按键被触发而产生的电磁脉冲控制信号，能驱动左侧换向阀6和右侧换向阀7实现左右侧铲刀升降油缸的微调，便于驾驶员进行对刀作业。

所述的左侧手自动换向阀切换开关10和右侧手自动换向阀切换开关11其可以分别安置在左侧手动换向阀和右侧手动换向阀的阀体上。

所述的VCU控制器13安装在方向盘下方覆盖罩内，由盒体、控制器、数据输入器、USB接口、数据转换模块、通信模块、输入输出接口、总线和电源等组成，其输入端与前述的左侧接收机2、右侧接收机4、倾角传感器5、左侧电液换向阀按键8和右侧电液换向阀按键9，左侧手自动换向阀切换开关10和右侧手自动换向阀切换开关11的输出端接口有线或无线连接，其输出端与左侧换向阀6和右侧换向阀7的输入端连接，它可与控制面板 12集成为一体。

下面以平整高速公路路基水泥稳定土面层为例，说明本发明操控原理的实施过程。

1、平面设计：以空间内一点，创建与大地水准面平行的面,创建平面，可以以当前左铲尖或者右铲尖所在的点的高程创建。点击“自动采集”，采集铲刀刀尖坐标，采集完成之后，也可以进行修改调整。

2、坡面设计：以一条基线（两个点的连线）为基准，垂直于基线，向两侧延伸的面为横坡，当两个基点高程不一致时，出现沿着基线方向上的纵坡面。坡度以百分比为基准，2%的坡，定义为1米差0.02米，即2cm。创建坡面时，需要确定两个基准点。可以将车辆开到A位置，采集左铲尖或右铲尖坐标作为基点A;在将车辆开到B位置，采集左铲尖或右铲尖坐标作为基点B。坡面坡度有正负之分，2%的横坡，相对于基线是向上走势的坡度，-2%坡是向下走势的坡度。2%的纵坡是沿着基线方向向上走势的坡，-2%坡是向下走势的坡度。如图1所示。

3、道路设计：利用道路之星软件，将道路设计参数导入控制面板12，主流配置机型的190马力平地机，铲刀尺寸为3.965m×0.637m；一级公路加路基面层宽21m，长度300m，横坡左幅道路横坡坡度2%，右侧为-2%；施工设计作业中边桩间距都为10m。

操作步骤：

①距左边桩1.5m增桩作业基准线La 上所有桩点的高程Ki（zi）和横坡度Ki（si）值，在采样时应取中桩基准线上桩点的Ki（zi）和Ki（si）值；

②选择右中桩键、选择基准线Lb 线对比右边桩坐标选择系统的起始桩点坐标

Ki（xi，yi）、选择预设高程键的增减键位并确认高程、选择右侧铲刀刀尖对刀；调整铲刀水平回转角至左侧卸土位置，平地机沿Lc线行进，用右侧铲刀尖对起始作业线上的右边桩对刀；驾驶平地机起步后按亮控制面板12上的自动找平键，进行自动找平作业；当到达作业终止桩点时，点击左右侧铲刀升降油缸手动换向阀的操作手柄，提升铲刀完成卸土，倒车返回到起始作业线，结束一个行程；

③左边桩-左中桩、选择作业基准线L1 线并确认、比照左边桩放样标记坐标选择并确认起始桩点坐标Ki（xi，yi）、选择预设高程键的增减键位并确认高程、选择左侧铲刀刀尖对刀；人工调整铲刀略向左倾，调整铲刀水平回转角至右侧卸土位置，驾驶平地机沿La线入线，用左侧铲刀刀尖对起始作业线上的左边桩放样标记对刀；后续其他工序的操作方法同Lc 线；④在进行La 线走刀行程时，对Lb 线放样；作业时选择中桩（水平坡）键、选择作业基准线Lb线并确认、比照距右边桩2m增补桩放样标记坐标选择并确认系统的起始桩点坐标Ki （xi，yi）、选择预设高程键的增减键位并确认高程；人工调整铲刀处于水平姿态；调整铲刀水平回转角至0°位即两侧卸土位置；驾驶平地机沿Lc 线入线，用右侧铲刀刀尖对起始作业线上的距右边桩2m增对刀；⑤人工整平后进入下一个作业段；循环上述步骤至平整作业工程完工。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。