用于路面銑削的刀具件、刀具裝置、路面機械及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及路面機械作業轉子控制技術領域，特別涉及一種用于路面銑削的刀具件、刀具裝置、路面機械及控制方法。
【背景技術】
[0002]對于銑刨機、冷再生機、旋挖鉆機、掘進機與穩定土拌和機等路面機械，作為其直接的作業部件，銑削或銑拌轉子等作業裝置的作業性能和作業能耗控制一直是這類路面機械研究的核心內容。
[0003]以銑拌轉子為例，目前，針對不同的銑拌狀態及工況，主要通過將液壓系統的參數或機電一體裝置測量所獲得的參數換算或轉化成轉子的扭矩，然后控制系統再依據該轉子扭矩對作業過程進行控制，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力應變狀態來進行調控的，而路面切削卻是一種非周期性、非連續性變化的作業過程，所以這種間接或換算控制方式無法實現對作業過程的實時控制，不能準確地調節控制整機作業過程中的變化姿態。
[0004]然而，要想通過直接測試銑拌刀具的應力應變來實現對銑拌轉子的準確調控，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上的靜態分析，而在作業過程中，銑拌刀具的使用工況極其惡劣，在介質阻力、載荷的作用下銑拌刀具通常會發生形變，同時刀頭的前后角隨著介質從基體上的剝離在不斷的變化，介質與刀頭之間相互作用的形態也在時刻變化，這將導致現有刀頭設計所遵循的靜態理論不再適用，從而增加了直接對銑拌刀具的應力應變進行實時測試監控的難度；其次，若要對銑拌刀具的應力應變參數進行直接測試，現有銑拌刀具的整體結構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構強度、硬度要求外還要能實現多功能化、效率化，這就對銑拌刀具的設計提出了更苛刻的要求，也進一步增加了直接對銑拌刀具的應力應變進行實時測試監控的難度；再者，直接對銑拌刀具參數進行測試，傳感器在切削過程中易被破壞，且介質顆粒的分布不均勻性，也會使監控過程復雜多變，增大測試信號的波動范圍，如何使介質不均勻性被離散化而趨于均衡，以有效限制介質特性的波動對轉子控制的不良影響也是一大難點。基于上述困難，目前還沒有通過對銑拌刀具應力應變參數進行直接測試來對銑拌轉子進行控制的裝置或方法，這就意味著現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差異對整機銑拌效果產生的影響，而這必然進一步影響調節控制的精準性。
[0005]為了準確完成對作業過程的反饋調節，本發明以銑拌刀具的受載為控制單元的輸入，實時調節轉子的信號為輸出，通過對銑拌轉子及銑拌刀具結構進行優化和改進，使在作業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，提高調節控制的準確性及效率。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的一個技術問題是:提供一種刀具件，其能夠克服現有刀具件整體結構難以捕捉受載特征的缺陷，以實現對銑拌刀具應力應變的直接測量，從而能夠避免現有間接獲取或換算方式的誤差及不確定性。
[0007]根據本發明的一個方面，本發明提供了一種用于路面銑削的刀具件，其包括具有多個側面的多面體結構，這多個側面用于在其上安裝測量部件以對作用在刀具件上的應力應變進行測量。
[0008]可選地，刀具件包括刀座，該刀座具有上述多個側面。
[0009]可選地，多個側面包括多個側面對，每個側面對由相對于刀具件的受力方向對稱的兩個相鄰側面組成。
[0010]可選地，多面體結構為12?16棱柱體。
[0011 ] 可選地，多個側面的數量為偶數。
[0012]可選地，多個側面的相鄰側面之間設置有凹槽，以將相鄰側面彼此分開。
[0013]可選地，凹槽為U型槽。
[0014]可選地，刀具件還包括保護罩，用于覆蓋多個側面。
[0015]可選地，保護罩與刀座可拆卸連接。
[0016]可選地，保護罩與多個側面之間具有間隙。
[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，刀桿的一端設置有具有弧面結構的底座安裝孔，用于相對于底座角度可調地連接。
[0019]可選地，上述弧面結構的角度范圍為O?±10°。
[0020]根據本發明的另一方面，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，刀具件的多個側面均設有測量部件，以測量作用在各側面上的應力應變。
[0021]根據本發明的又一方面，還提供了一種路面機械，其包括具有轉鼓的作業轉子、控制單元以及以上任一刀具裝置，其中刀具裝置安裝在轉鼓上，控制單元用于依據刀具裝置的測量結果對路面機械進行控制。
[0022]可選地，在轉鼓的多個不同位置節點上均設置有刀具裝置。
[0023]可選地，刀具裝置的數量為8?12個。
[0024]可選地，刀具裝置的刀具件具有不同的安裝角和/或側向傾角。
[0025]可選地，上述安裝角的調節范圍為38?55°，上述側向傾角的調節范圍為O?±10°。
[0026]可選地，路面機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轉子旋轉方向上的力矩。
[0027]可選地，扭矩測量部件安裝在路面機械的法蘭盤上，該法蘭盤設置在作業轉子與旋轉機械的減速器之間。
[0028]本發明還提供了一種對以上任一路面機械進行控制的方法，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面的應力應變；
[0030]將所測得的各個側面的應力應變傳遞給控制單元；以及
[0031]控制單元對各個側面的應力應變進行統計分析以得到刀具件的主應力應變，然后基于刀具件的主應力應變對作業轉子或刀具件的工作參數進行調控。
[0032]可選地，本發明的方法還包括以下步驟:
[0033]分別在轉鼓的多個位置節點上設置刀具裝置；
[0034]將所測得的多個位置節點上的刀具件的各個側面的應力應變傳遞給控制單元；以及
[0035]控制單元對每個位置節點上的刀具件的各個側面的應力應變進行統計分析以得到每個位置節點上的刀具件的主應力應變，然后對各個位置節點上的刀具件的主應力應變進行對比分析以得到綜合主應力應變，進而根據綜合主應力應變對刀具件的安裝參數或作業轉子的工作參數進行調整。
[0036]可選地，將作業轉子的工作參數反饋給控制單元，控制單元對路面機械的整機動力系統(例如發動機)的輸出進行動態調控，以使其與作業轉子的外部負載相匹配。
[0037]可選地，得到刀具件的主應力應變依次包括以下步驟:
[0038]對多個側面中的每個側面對所包括的兩個側面上的應力應變進行相互比較以校準每個側面對上的應力應變，每個側面對由相對于刀具件的受力方向對稱的相鄰兩個側面組成；以及
[0039]對各側面對上的應力應變進行統計分析而得到刀具件的主應力應變。
[0040]可選地，本發明的方法還包括以下步驟:
[0041]控制單元將各個側面的應力應變合成為沿作業轉子旋轉方向的力；
[0042]扭矩測量部件獲取上述沿作業轉子旋轉方向的力所產生的力矩，并將該力矩的測量結果傳遞給控制單元；
[0043]控制單元基于刀具件的主應力應變和/或力矩對作業轉子或刀具件的工作參數進行調控。
[0044]基于本發明實施例的各個方面，其可以提供如下有益效果之一:
[0045](I)本發明所提供的刀具件，其刀座設計為具有多個側面的多面體結構，這樣就將原有刀座整個圓柱體受力分散到多個側面上，再通過在各個側面上設置測量部件，就可以方便、準確地獲取其作業過程中應力應變方向及大小，能夠有效地克服現有刀座整體結構難以捕捉受載特征的缺陷，且可以使介質不均勻性被離散化，有效消除由于介質間差異而導致的測試誤差。
[0046](2)設置在刀座各個側面之間的凹槽，可以對相互干擾方向上的應力應變進行弱化甚至排除，減少或消除各個方向上受力的相互干擾，從而獲得實際作業過程中各方向上的真實受力狀態數值，保證測試信號的精準，提高調節控制的準確度。
[0047](3)通過設置保護罩，可以隔離刀座及測量部件與介質的摩擦，避免測試系統受到外界的劇烈沖擊而影響測試精度，保證測試系統處于相對封閉、隔離的狀態中，同時保護罩能屏蔽作業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°的弧面結構，使得本發明的刀具件可以根據實際需求有效地調節刀頭側向傾角安裝方式，為該參數的連續變化調節及對比驗證建立了有效的途徑。
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