用于路面銑削的刀具件、刀具裝置、路面機(jī)械及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及路面機(jī)械作業(yè)轉(zhuǎn)子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于路面銑削的刀具件、刀具裝置、路面機(jī)械及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于銑刨機(jī)、冷再生機(jī)、旋挖鉆機(jī)、掘進(jìn)機(jī)與穩(wěn)定土拌和機(jī)等路面機(jī)械，作為其直接的作業(yè)部件，銑削或銑拌轉(zhuǎn)子等作業(yè)裝置的作業(yè)性能和作業(yè)能耗控制一直是這類路面機(jī)械研究的核心內(nèi)容。
[0003]以銑拌轉(zhuǎn)子為例，目前，針對不同的銑拌狀態(tài)及工況，主要通過將液壓系統(tǒng)的參數(shù)或機(jī)電一體裝置測量所獲得的參數(shù)換算或轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)子的扭矩，然后控制系統(tǒng)再依據(jù)該轉(zhuǎn)子扭矩對作業(yè)過程進(jìn)行控制，然而由于這些控制單元或控制方法不是通過直接測試銑拌刀具的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)控的，而路面切削卻是一種非周期性、非連續(xù)性變化的作業(yè)過程，所以這種間接或換算控制方式無法實現(xiàn)對作業(yè)過程的實時控制，不能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)控制整機(jī)作業(yè)過程中的變化姿態(tài)。
[0004]然而，要想通過直接測試銑拌刀具的應(yīng)力應(yīng)變來實現(xiàn)對銑拌轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)確調(diào)控，卻非常的困難。首先，目前對刀頭切削過程的受力變化分析僅是基于金屬切削原理基礎(chǔ)上的靜態(tài)分析，而在作業(yè)過程中，銑拌刀具的使用工況極其惡劣，在介質(zhì)阻力、載荷的作用下銑拌刀具通常會發(fā)生形變，同時刀頭的前后角隨著介質(zhì)從基體上的剝離在不斷的變化，介質(zhì)與刀頭之間相互作用的形態(tài)也在時刻變化，這將導(dǎo)致現(xiàn)有刀頭設(shè)計所遵循的靜態(tài)理論不再適用，從而增加了直接對銑拌刀具的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實時測試監(jiān)控的難度；其次，若要對銑拌刀具的應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)進(jìn)行直接測試，現(xiàn)有銑拌刀具的整體結(jié)構(gòu)存在難以捕捉受載特征的缺陷，且要求銑拌刀具除了要滿足原有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、硬度要求外還要能實現(xiàn)多功能化、效率化，這就對銑拌刀具的設(shè)計提出了更苛刻的要求，也進(jìn)一步增加了直接對銑拌刀具的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行實時測試監(jiān)控的難度；再者，直接對銑拌刀具參數(shù)進(jìn)行測試，傳感器在切削過程中易被破壞，且介質(zhì)顆粒的分布不均勻性，也會使監(jiān)控過程復(fù)雜多變，增大測試信號的波動范圍，如何使介質(zhì)不均勻性被離散化而趨于均衡，以有效限制介質(zhì)特性的波動對轉(zhuǎn)子控制的不良影響也是一大難點?；谏鲜隼щy，目前還沒有通過對銑拌刀具應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)進(jìn)行直接測試來對銑拌轉(zhuǎn)子進(jìn)行控制的裝置或方法，這就意味著現(xiàn)有的控制單元或方法基本上都忽視了銑拌刀具之間的參數(shù)差異對整機(jī)銑拌效果產(chǎn)生的影響，而這必然進(jìn)一步影響調(diào)節(jié)控制的精準(zhǔn)性。
[0005]為了準(zhǔn)確完成對作業(yè)過程的反饋調(diào)節(jié)，本發(fā)明以銑拌刀具的受載為控制單元的輸入，實時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的信號為輸出，通過對銑拌轉(zhuǎn)子及銑拌刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使在作業(yè)過程能直接獲取單體刀頭的受力信息，避免間接獲取或換算的誤差及不確定性，提高調(diào)節(jié)控制的準(zhǔn)確性及效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是:提供一種刀具件，其能夠克服現(xiàn)有刀具件整體結(jié)構(gòu)難以捕捉受載特征的缺陷，以實現(xiàn)對銑拌刀具應(yīng)力應(yīng)變的直接測量，從而能夠避免現(xiàn)有間接獲取或換算方式的誤差及不確定性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種用于路面銑削的刀具件，其包括具有多個側(cè)面的多面體結(jié)構(gòu)，這多個側(cè)面用于在其上安裝測量部件以對作用在刀具件上的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行測量。
[0008]可選地，刀具件包括刀座，該刀座具有上述多個側(cè)面。
[0009]可選地，多個側(cè)面包括多個側(cè)面對，每個側(cè)面對由相對于刀具件的受力方向?qū)ΨQ的兩個相鄰側(cè)面組成。
[0010]可選地，多面體結(jié)構(gòu)為12?16棱柱體。
[0011 ] 可選地，多個側(cè)面的數(shù)量為偶數(shù)。
[0012]可選地，多個側(cè)面的相鄰側(cè)面之間設(shè)置有凹槽，以將相鄰側(cè)面彼此分開。
[0013]可選地，凹槽為U型槽。
[0014]可選地，刀具件還包括保護(hù)罩，用于覆蓋多個側(cè)面。
[0015]可選地，保護(hù)罩與刀座可拆卸連接。
[0016]可選地，保護(hù)罩與多個側(cè)面之間具有間隙。
[0017]可選地，刀具件還包括刀桿，該刀桿與刀具件的底座固定連接。
[0018]可選地，刀桿的一端設(shè)置有具有弧面結(jié)構(gòu)的底座安裝孔，用于相對于底座角度可調(diào)地連接。
[0019]可選地，上述弧面結(jié)構(gòu)的角度范圍為O?±10°。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種刀具裝置，其包括測量部件和以上任一刀具件，刀具件的多個側(cè)面均設(shè)有測量部件，以測量作用在各側(cè)面上的應(yīng)力應(yīng)變。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種路面機(jī)械，其包括具有轉(zhuǎn)鼓的作業(yè)轉(zhuǎn)子、控制單元以及以上任一刀具裝置，其中刀具裝置安裝在轉(zhuǎn)鼓上，控制單元用于依據(jù)刀具裝置的測量結(jié)果對路面機(jī)械進(jìn)行控制。
[0022]可選地，在轉(zhuǎn)鼓的多個不同位置節(jié)點上均設(shè)置有刀具裝置。
[0023]可選地，刀具裝置的數(shù)量為8?12個。
[0024]可選地，刀具裝置的刀具件具有不同的安裝角和/或側(cè)向傾角。
[0025]可選地，上述安裝角的調(diào)節(jié)范圍為38?55°，上述側(cè)向傾角的調(diào)節(jié)范圍為O?±10°。
[0026]可選地，路面機(jī)械還包括扭矩測量部件，扭矩測量部件用于測量刀具件在作業(yè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向上的力矩。
[0027]可選地，扭矩測量部件安裝在路面機(jī)械的法蘭盤上，該法蘭盤設(shè)置在作業(yè)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的減速器之間。
[0028]本發(fā)明還提供了一種對以上任一路面機(jī)械進(jìn)行控制的方法，其依次包括以下步驟:
[0029]通過刀具裝置的測量部件測量刀具件的各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變；
[0030]將所測得的各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變傳遞給控制單元；以及
[0031]控制單元對各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計分析以得到刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變，然后基于刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變對作業(yè)轉(zhuǎn)子或刀具件的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。
[0032]可選地，本發(fā)明的方法還包括以下步驟:
[0033]分別在轉(zhuǎn)鼓的多個位置節(jié)點上設(shè)置刀具裝置；
[0034]將所測得的多個位置節(jié)點上的刀具件的各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變傳遞給控制單元；以及
[0035]控制單元對每個位置節(jié)點上的刀具件的各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計分析以得到每個位置節(jié)點上的刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變，然后對各個位置節(jié)點上的刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行對比分析以得到綜合主應(yīng)力應(yīng)變，進(jìn)而根據(jù)綜合主應(yīng)力應(yīng)變對刀具件的安裝參數(shù)或作業(yè)轉(zhuǎn)子的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0036]可選地，將作業(yè)轉(zhuǎn)子的工作參數(shù)反饋給控制單元，控制單元對路面機(jī)械的整機(jī)動力系統(tǒng)(例如發(fā)動機(jī))的輸出進(jìn)行動態(tài)調(diào)控，以使其與作業(yè)轉(zhuǎn)子的外部負(fù)載相匹配。
[0037]可選地，得到刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變依次包括以下步驟:
[0038]對多個側(cè)面中的每個側(cè)面對所包括的兩個側(cè)面上的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行相互比較以校準(zhǔn)每個側(cè)面對上的應(yīng)力應(yīng)變，每個側(cè)面對由相對于刀具件的受力方向?qū)ΨQ的相鄰兩個側(cè)面組成；以及
[0039]對各側(cè)面對上的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計分析而得到刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變。
[0040]可選地，本發(fā)明的方法還包括以下步驟:
[0041]控制單元將各個側(cè)面的應(yīng)力應(yīng)變合成為沿作業(yè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的力；
[0042]扭矩測量部件獲取上述沿作業(yè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的力所產(chǎn)生的力矩，并將該力矩的測量結(jié)果傳遞給控制單元；
[0043]控制單元基于刀具件的主應(yīng)力應(yīng)變和/或力矩對作業(yè)轉(zhuǎn)子或刀具件的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)控。
[0044]基于本發(fā)明實施例的各個方面，其可以提供如下有益效果之一:
[0045](I)本發(fā)明所提供的刀具件，其刀座設(shè)計為具有多個側(cè)面的多面體結(jié)構(gòu)，這樣就將原有刀座整個圓柱體受力分散到多個側(cè)面上，再通過在各個側(cè)面上設(shè)置測量部件，就可以方便、準(zhǔn)確地獲取其作業(yè)過程中應(yīng)力應(yīng)變方向及大小，能夠有效地克服現(xiàn)有刀座整體結(jié)構(gòu)難以捕捉受載特征的缺陷，且可以使介質(zhì)不均勻性被離散化，有效消除由于介質(zhì)間差異而導(dǎo)致的測試誤差。
[0046](2)設(shè)置在刀座各個側(cè)面之間的凹槽，可以對相互干擾方向上的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行弱化甚至排除，減少或消除各個方向上受力的相互干擾，從而獲得實際作業(yè)過程中各方向上的真實受力狀態(tài)數(shù)值，保證測試信號的精準(zhǔn)，提高調(diào)節(jié)控制的準(zhǔn)確度。
[0047](3)通過設(shè)置保護(hù)罩，可以隔離刀座及測量部件與介質(zhì)的摩擦，避免測試系統(tǒng)受到外界的劇烈沖擊而影響測試精度，保證測試系統(tǒng)處于相對封閉、隔離的狀態(tài)中，同時保護(hù)罩能屏蔽作業(yè)過程中摩擦力及拋料作用力的干擾。
[0048](4)位于刀桿一端的底座安裝孔，其具有±10°的弧面結(jié)構(gòu)，使得本發(fā)明的刀具件可以根據(jù)實際需求有效地調(diào)節(jié)刀頭側(cè)向傾角安裝方式，為該參數(shù)的連續(xù)變化調(diào)節(jié)及對比驗證建立了有效的途徑。
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