CN103388300A - 具有电力驱动装置的振动压实辊压机 - Google Patents

Abstract

一种振动辊压机，包括支撑在用于压实该机器在其上行驶的地面的一个或多个辊轮组件上的底盘，其中辊轮组件包括激励器组件。该机器通过由串联混合动力驱动系统提供电力的多个驱动马达和激励马达来运作。串联混合动力驱动系统包括发动机和发电机，该发动机和发电机构造成在额定工况下将电力提供给系统。串联混合动力驱动系统还包括例如电池组或电容器组之类的电力存储系统，其构造成在峰值电力需求期间供给马达额外的电力。例如，振动辊压机可为手扶式沟槽辊压机或骑乘式辊压机。

Description

具有电力驱动装置的振动压实辊压机

技术领域

本发明总体上涉及一种振动压实机，例如，该振动压实机用于在铺设管道之后压实回填沟槽或用于压实沟槽的地面或用于压实沥青或较大的区域，并且更具体地，涉及一种具有电力驱动装置的上述类型的振动压实机。

背景技术

振动压实机使用在各种地面压实和地面平整的应用中。大多数振动压实机具有板或辊，该板或辊停靠在将要被压实的表面上并且被激励振动以压实并且平整工作表面。通用的振动压实机——本发明所非常适合的压实机——为振动沟槽辊压机。

典型的振动沟槽辊压机包括通过一个或多个旋转辊轮组件支撑在将要被压实的表面上的底盘。通常设置有两个辊轮组件，所述辊轮组件中的每个均可在沟槽辊压机为铰接式沟槽辊压机的情形下支撑底盘的相应副支架。副支架可通过枢轴连接装置彼此铰接。辊轮组件中的每个均包括固定轴壳以及安装在轴壳上并通过专用液压马达驱动旋转的辊轮。两个液压马达通过来自泵的加压液压流体供应，其中泵通过安装在副支架中的一个上的内燃机提供动力。另外，每个辊轮均受专用激励器组件的激励而振动，其中专用激励器组件位于相关副支架内并由连接至泵的液压马达提供动力。激励器组件通常包括安装在可旋转轴上的一个或多个偏心体，其中可旋转轴定位在副支架内。偏心轴的旋转将振动给予副支架并且传递给辊轮组件的其余部分。整个机器构造成尽可能的窄以允许机器装配在地面紧实的沟槽内。机器宽度通常小于3英尺(1米)。例如，在Artzberger的美国专利No.4,732,507、Polacek的美国专利No.5,082,396、以及Geier et al.的美国专利No.7,059,802中公开了这种基本类型的振动沟槽辊压机，这些专利的整个内容于此通过引用明确地并入本文。

本领域中通常已知的种类的振动沟槽辊压机的液压系统构造成控制其以下功能：前行和后退、转向、以及振动激励。液压动力由连接至发动机的液压泵产生。来自泵的加压流体通过液压集成装置分配至液压马达和气缸以控制机器的运作。低速液压马达通过齿轮减速驱动辊轮，并且振动激励通过以高速对偏心轴进行驱动的液压马达来产生。在返回储液器之前，通常为油的液压流体流经热交换器和过滤器，以保持系统性能并且减小液压部件上的磨损。

尽管常规的液压系统能合乎要求地操作并且执行机器的功能，但其表现出一些缺点和劣势。首先，如在任何液压系统中那样，在沿着系统的任何连接点处存在渗漏的可能性。在文中提供的沟槽辊压机中存在的振动激励的量只会加剧这个问题。久而久之，经历的振动可导致液压配件松动以及软管在与其它部件和/或软管的磨损中失灵。在液压流体渗漏的情况下，辊压机可停止操作和/或液压流体可渗漏到周围的土壤上并污染周围的土壤。

另外，与其它类型的动力传输装置相比较，液压装置是低效率的。这种系统低效率导致通过流体传递至系统中的其它液压部件的所不希望的发热量。该热量必须予以消除以防止损坏机器的部件，这增加了整个系统的复杂性、成本和低效率。

此外，控制液压流体流经系统所需的液压阀是非常昂贵的。需要许多不同的阀来执行振动沟槽辊压机所需的功能，因此很大程度上增加了与该机器的生产相关联的成本。另外，简单的液压控制以开-关的方式执行。因此，通常非常快地开始和停止液压流体到部件的流动。减压阀插入到系统中以限制由这些快速变化而产生的压力流。如先前所指出的，阀是相当昂贵的。附加的减压阀增加了机器的成本。另外，多个例如减压阀的部件的添加仅增加了能够失效且需要维护或更换的元件的数目。液压功能可以通过使用比例阀从而以受控程度更高的方式来激活。然而，这种阀更加昂贵并且需要更复杂的控制系统来驱动这种阀，所以对于振动沟槽辊压机和类似的机器而言，这种阀一般不会节省成本。

如上所述，简单的液压装置以开-关方式操作并且在传输期间产生高压峰值。高压条件虽然仅持续较短的时间(少于2秒)，但是给液压系统提供动力的发动机的尺寸则必须确定成使得发动机不会在最大功率消耗(power draw)下停顿，这种现象例如会出现在与激励器在上坡行驶的情形下接合时。如果机器很少在这些条件下操作——作为振动沟槽辊压机的常见情况，则发动机绝大多数时间在峰值效率以下运作。换句话说，发动机需要相当过大的尺寸以能够满足相对少见但在要求的动力中急剧变化的峰值。当然，大的发动机同样成本更高且需要更多燃料。

最后，液压软管必须根据系统的流量需求来确定尺寸。可以使这些软管的直径测量成超过一英寸。软管的盖通常构造成抵抗磨损，这使得难以弯曲或以其它方式操纵软管。这样，在相对有限的空间中布置多个软管是相当困难的。

上述缺点和劣势导致了多个系统缺陷和故障，该系统缺陷和故障包括但不限于：由松动的配件或损坏的O形环引起的液压渗漏、激励马达轴密封失效或壳体破裂、软管磨损损坏、液压集成装置渗漏、和/或插装阀失灵。此外，这种系统故障通常发生在副支架内部的部件中并影响副支架内部的部件，并且这些问题往往是耗时的，因此补修的代价也高。辊压机的紧凑设计要求其部件设置在往往被辊压机的其它部件堵塞或阻碍的狭小位置中。因此，确定渗漏的位置以及修复渗漏会是相当困难的。

振动压实机的其它类型采用类似的液压驱动装置并且具有至此所描述的相同的或类似的缺点。另外，某些其它类型的振动压实机——例如用于压实土壤或平整沥青的骑乘式辊压机——也具有另外的缺点。

例如，骑乘式辊压机的液压系统具有多种低效性，这些低效性要求这些辊压机使用尺寸足够大以在峰值压力下操作辊压机的所有系统的发动机。例如，骑乘式辊压机的激励器系统通常通过简单的开-关液压阀来控制，该开-关液压阀使液压流体向激励马达的流动快速地开始和停止。将激励器体从停止状态迅速地加速到额定运行速度要求较大的转矩量。一旦激励器处于运行速度，则很大程度上降低了转矩要求。转矩在高压液压流体从附接至发动机的泵流经液压马达时产生。高压力和高流量要求来自发动机的更多的动力。

另外，骑乘式辊压机在使用期间通常不要求驱动系统的最大转矩。仅在如下情况下才要求较高转矩：陡坡上运作、从拖车装载或卸载时、或当机器在松散土壤中运作时。可根据具体应用而在1-50％的持续率中需要给高转矩。因此，发动机的尺寸必须确定成满足这些峰值压力和流量要求。然而，与沟槽辊压机和其它压实机一样，这种高负荷工况仅在可以低至1％的限定量的操作时间出现。因此很少使用额外的发动机动力容量。通过需要在占机器的整个操作时间的一小部分的时间内操作的更大的发动机，很大程度上增加了辊压机的整体尺寸、重量和成本。

此外，使用在现代骑乘式辊压机中的驱动系统通常也是液压的，但这些驱动系统不同于使用在沟槽辊压机中的驱动系统。骑乘式辊压机使用能够按比例控制泵的液压流体的流速的静液压泵。这些泵提供了可变的速度并且消除了简单液压阀的开-关性质。然而，静液压泵的效率较低并且还操作为所谓的“闭环”系统，所述闭环系统会要求用于去除热以避免部件损坏的额外的措施。

用于骑乘式辊压机的许多静液压驱动系统包括两个并联回路，所述两个并联回路中的一个回路用于前辊轮并且另一个回路用于后辊轮。这些系统中的液压流体流动到最小阻力的路径，所以如果一个辊轮失去牵引则其将得到所有流量。有时，分流器用在这些机器上以为这些情况提供所谓的“牵引控制”。分流器产生额外的热量并且增加了辊压机的复杂性和成本。静液压泵也直接联接至发动机，所以这些泵被持续地驱动，甚至在机器不移动时在发动机上产生寄生载荷(parasitic load)。最后，这种静液压驱动系统是相对昂贵的。

另外，通常以周期性方式——即，在土壤或沥青的一部分上来回驱动以压实表面——使用骑乘式辊压机。机器的周期性操作在其方向改变时需要能量来加速和减速机器。机器的周期性操作还能够产生驱动系统所需的不同水平的动力，即，在斜坡上压实材料的情形下，上坡驱动将比下坡驱动需要更多的动力。

因此，需要为此类振动辊压机提供消除了上述缺陷中的一个或多个缺陷的驱动系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，通过提供支撑在前辊轮组件和后辊轮组件上的振动辊压机来满足上述要求中的至少一个要求。辊轮组件包括各自的激励器组件，并且机器和激励器组件由多个相应的激励马达和驱动马达提供动力。激励马达和驱动马达通过串联混合动力驱动系统提供电力。机器可以是振动沟槽辊压机、骑乘式辊压机、或前述通用型的任何其它辊压机。辊压机可以是具有彼此枢转地连接的前副支架和后副支架的铰接辊压机。

串联混合动力驱动系统包括相互配合运作的发动机和发电机以给振动辊压机的部件提供动力。发动机可以是二冲程或四冲程发动机并且可由例如火花点燃或压缩点燃提供动力。发动机驱动发电机产生用于供给至以下部件的电力：1)机器的例如激励马达和/或驱动马达之类电动部件、和/或2)电力存储系统。电力存储系统也将电力选择性地供给至机器的电动部件。在优选实施方式中，电力存储系统为在当前电力需求超过可从发电机获得的电力输出时，对由发电机供给的电力进行补充的备用电力系统。例如，电力存储系统可为一个或多个电池组，和/或一个或多个电容器组。

控制器可设置成与发动机和发电机的组合以及电力存储系统操作地相连。如果电力存储系统为备用电力系统，则控制器可构造成对机器所需的电力需求进行监控并且对机器所需的电力需求与从发电机可获得的电力输出进行对比。如果所需的电力需求超过可获得的电力输出，则控制器可使机器仅从电力存储系统获取电力或使电力存储系统作为对由发电机输送的电力的补充来获取电力。替代性地，如果当前电力需求不超过可获得的发电机电力输出，则控制器可指示机器仅从发动机和发电机获取电力并且将任何多余的电力引导至电力存储系统进行充电。

文中还公开了一种对振动压实辊压机的串联混合动力驱动系统的操作进行控制的方法。

振动辊压机可为手扶式沟槽辊压机或具有操作员工作台的骑乘式辊压机，其中操作员工作台包括用于操作机器的转向和控制组件。

从结合附图的以下详细描述中，本发明的各种其它特征、实施方式和替代方案将变得明显。然而，应当理解的是，尽管详细描述和特定示例表示本发明的优选实施方式，但其通过说明而非限制的方式给出。在不偏离本发明的精神的情形下，可在本发明的范围内做出许多修改和变型，并且本发明包括所有这些变型。

附图说明

在附图中示出了本发明的优选的示例性实施方式，其中相同的附图标记从始至终表示相同的部件，并且其中：

图1为包括根据本发明的实施方式的驱动系统的手扶式振动辊压机的侧视图；

图2为图1的机器的驱动系统的示意图；

图3为包括根据本发明的实施方式的驱动系统的骑乘式振动辊压机的侧视图；以及

图4为示出了对根据本发明的驱动系统进行操作的方法的流程图。

具体实施方式

现在参照附图，首先参照图1，根据本发明的优选且示例性的实施方式示出了振动沟槽辊压机10(替代性地，机器10)。辊压机10为所谓的手扶式沟槽辊压机，该手扶式沟槽辊压机包括分别通过后旋转辊轮组件12和前旋转辊轮组件14支撑在地面上的自推式机器。辊压机10包括铰接底盘，该铰接底盘具有通过枢轴连接装置20彼此连接的后副支架16和前副支架18。底盘的宽度仅约为20英寸(50cm)。这种狭窄的宽度对于允许使用辊压机10压实用来铺设管道等的沟槽的底部而言是重要的。后副支架16支撑用于机器的控制装置(未图示)以及可经由可枢转的盖22进入的封闭存储隔间。这些控制装置可包括安装在机器上的、用于将信号发送至远程控制装置和/或从远程控制装置接收信号的发射器和/或接收器54。前副支架18支撑可经由通风罩26触及的发动机24。发动机24将原动力提供给发电机28，该发电机28产生用于驱动辊压机10的动力部件的电力。发动机24和发电机28形成下面更详细地讨论的串联混合动力驱动系统的一部分。此外，还在紧邻发动机24处设置散热器56以便冷却发动机24。能够通过将链条或线缆连接至位于后副支架16的前部处的提升环30来提升辊压机10以便将其运输或部署在其地面将要被压实的沟槽中。辊压机10可通过在这里示出为线性致动器32的致动器进行转向，其中线性致动器32在后副支架16与前副支架18之间沿着与铰接的副支架的枢转轴线的中心偏移的线延伸。线性致动器32的移动使副支架16和18相对于彼此枢转，从而使辊压机10转向。线性致动器32可通过螺线管或本领域中已知的其它类似的元件来驱动。替代性地，辊压机10可通过本领域中通常已知的种类的液压系统来转向。特别地，辊压机10可包括液压马达以及联接至液压马达的用于使辊压机10转向的相应的致动器。也可以采用除线性致动器之外的致动器。代替操作线性致动器或除操作线性致动器外，辊压机可通过机器10的前端部和/或后端部的相对侧上的驱动辊轮的差动旋转来转向。

后辊轮组件12和前辊轮组件14是彼此的镜像。两个辊轮组件之间的主要区别在于：用于前辊轮组件14的激励器组件的驱动马达从机器10的右侧安装在相关联的轴壳中，而用于后辊轮组件12的激励器组件的驱动马达从机器10的左侧插入到相关联的轴壳中。

如通常在本领域中所理解的那样，每个辊轮组件12和14均通过专用激励器组件(未图示)激励而振动，其中专用激励器组件位于相关联的轴壳内并且由如将在文中另外详细讨论的驱动系统提供动力。激励器组件通常包括安装在可旋转轴(未图示)上的一个或更多个偏心体(未图示)，其中可旋转轴定位在轴壳34内。偏心轴的旋转将振动给予轴壳并传递至辊轮组件的其余部分。以这种方式，辊轮组件12和14能够操作成如通常所理解的那样压实地面。

现在将对前辊轮组件14的结构和操作进行描述，应当理解的是，该描述同样适用于后辊轮组件12。前辊轮组件14包括轴壳34以及一对辊轮部段36、38，这对辊轮部段36、38具有对应的结构并且彼此镜像以形成前辊轮组件14。辊轮部段36、38围绕轴壳34的相对侧并且通过共同的轴40安装在轴壳34上。

轴壳34为形状大致呈管状且具有开口端(未图示)的铸造金属壳。轴壳34还可以包括安装框架，所述安装框架沿机器10的纵向延伸并且通过多个安装件(未图示)连接至机器的前副支架18。

辊轮部段36、38安装在辊轮壳34的安装框架的相对侧上以围绕轴壳34。每个辊轮部36或38的外表面均可以是光滑的，但在所示实施方式中设置有所谓的羊蹄状表面(sheep’s foot surface)以具有形成在其上的压实凸部或羊蹄状部(sheep’s foot)。此外，辊轮部段36、38中的每个辊轮部段均横向地延伸超出轴壳34的端部一定的距离，这确定了机器10的压实宽度。在所示实施方式中，机器10构造成压实32”(82cm)宽的条带，辊轮部段36、38中的每个辊轮部段均延伸超出相关联的副支架若干英寸。在机器10构造成压实22”(56cm)宽的条带的应用中，每个辊轮部段36、38均与相关联的副支架大致齐平。每个辊轮部段36、38还具有内部凸缘70、72，该内部凸缘70、72具有用于接纳轴支承轮毂78、80的中央孔74、76。轴40在轮毂78、80之间延伸并且穿过轴壳34的中心。轴40以及因此辊轮部段36、38通过轴承(未图示)的内圈支撑在轴壳34的盖板(未图示)上。轴40通过直接安装在轴40上并且由如将在下面更为详细讨论的串联混合动力驱动器驱动的从动齿轮(未图示)来驱动旋转。

现在参照图2，机器的包括激励器组件、辊轮组件12、14的驱动组件、以及用于使机器转向的线性致动器32在内的所有动力部件都通过串联混合动力驱动系统92来驱动。替代性地，如上所述，线性致动器和可能的其它动力部件可以液压方式或未示出的另一动力源致动。

串联混合动力驱动系统92包括前述发动机24和发电机28、以及燃料箱94和电力存储系统98。该实施方式的电力存储系统包括电池组，该电池组包括容置在后副支架16内的、与发动机24和发电机28相连的一个或多个电池。根据特定的机器对电力的要求，电池组可以由电容组补充或甚至可以由电容组替代。通过控制器或ECU(电子控制单元)96来对机器10的动力部件与马达24、发电机、电力存储系统98和线性致动器32之间的操作和动力传输进行控制。

串联混合动力驱动系统92还包括诸如配线和连接器(未图示)之类的多个电动部件，所述配线和连接器分别能够有效地代替前述种类的传统的液压驱动辊压机10的软管和配件。由于配线和连接器比软管和配件更小且更易弯曲，因此将使电动部件的布线更容易并且使内部部件之间的拥堵更少，这种拥堵往往使在辊压机10上的保养和维修难于执行。机器10的配线和连接器可以构造成用于执行各种操作和机器10的部件间的通信——例如在控制器96与驱动装置和激励器系统的单个马达之间的通信，如将在文中更为详细地所讨论的——以及用于将警告和信息指示传输给机器10的操作员。

在根据本发明的该实施方式的串联混合动力系统92中，用于辊压机10的电力由发动机24提供，发动机24可以是燃气(火花点燃)式或柴油(压缩点燃)式二冲程或四冲程发动机。发动机24为发电机28提供动力，并且来自发电机28的电力被导入诸如马达和致动器之类的电动部件。来自发电机28的电力还优选地用于给电力存储系统98充电。发电机28可构造成以可调节的方式给系统提供电力。例如，从发电机28传输至电动部件的电力可根据机器10的当前的需要而进行选择性地或自动地调节。这种调节可由操作员手动控制和/或由控制器96根据反馈自动控制。由发电机28和/或电力存储系统98提供电力的部件包括后驱动马达104、106和前驱动马达108、110以及激励马达112、114，其中，后驱动马达104、106分别驱动左后辊轮和右后辊轮，前驱动马达108、110分别驱动左前辊轮和右前辊轮，激励马达112、114分别驱动前激励器组件和后激励器组件。在本发明的替代性实施方式中，如通常所理解的那样，单个后驱动马达和单个前驱动马达可设置成用于通过单个轴驱动各自的左后辊轮和右后辊轮以及左前辊轮和右前辊轮。在优选实施方式中，系统92可构造成主要通过发电机28运行，而在高峰工况期间或在来自发电机28的电力不充足的情况下，电力存储系统提供补充电力。因此，电力存储系统98主要作为备用或补充电源进行工作，并且发电机28用作主要电源。在这种结构中，系统92所需的储存电力基本上会小于标准串联混合动力系统中的电力，例如通常与客运车辆等相关联的串联混合动力系统，在标准串联混合动力系统中主要电力由电池输送并且补充电力或备用电力由发电机输送。因此，使根据优选实施方式的机器10运行所需的电池或电容器更少。

与采用串联混合动力驱动的其它车辆相比，类似本发明的辊压机的沟槽辊压机10承受大致恒定的载荷。与客运车辆形成鲜明对比的是，沟槽辊压机和类似的机器在很短的时期内并且在仅占机器运作时期非常小部分的时期内才要求峰值电力。沟槽辊压机和类似的机器也不经受换挡，并且通常相比客运车辆更少倾向于经历由于例如路面标高的变化而引起的所需电力输出的变化。作为本发明的目的之一是去除液压装置以及通常与液压装置相关联的关联问题而不是提供所谓的“绿色”操作机器，机器10可构造成主要通过发电机28而并非电池电力来运作并且仍能实现该目的。

在本发明的替代性实施方式中，系统92可构造成主要通过电力存储系统98运行。在该实施方式中，电力存储系统用作给系统92供电的主要电源，并且发动机24和发电机28可构造成给更传统的串联混合动力系统中的电力存储系统充电。在该系统中，车辆——在该情况下是机器10——仅通过存储的电力运作，除非以及直到存储电力完全耗尽或几乎完全耗尽和/或不足以满足当前的电力消耗(powerdraws)，此时系统构造成通过发动机和发电机或切换到发动机和发电机来补充和添充存储电力。

如通常所理解的那样，电动部件比液压部件更有效地运作。因此，与通常使用在相应的液压驱动机器的发动机相比较，发动机24的动力可以较小。发动机24的尺寸也可有利地受电力存储以及电力存储系统98的供电能力的影响。例如，如果电力存储系统98包括电池组，则由机器10承载的电池越多，所需要的发动机24越小。在优选且示例性的实施方式中，发动机24和发电机28的尺寸确定成提供比在普通工况下运行机器10所需的电力稍多的电力。例如，发动机和发电机的尺寸可确定成使得在水平的地面上的“额定”或稳态运行所需的电力将消耗所产生的电力的90-95％，并且其余5-10％将用于给电池或电力存储系统的类似部件充电。当在轻于标准负载的条件下运作时，例如当机器10从斜坡向下行驶时，可以获得用于供给到电力存储系统的更多的电力。在高需求的情况下，例如，在激励器启动或当在陡坡上向上行驶时，电力存储系统将提供备用电力。当机器10比在额定工况下使用更少的电力时，发电机28将给电力存储系统98充电。因此，相比操作相近尺寸的机器10通常所需的发动机，本发明的发动机24呈现得更小、更安静以及更省燃料。在沟槽辊压机具有32”(80cm)的压实宽度的情况下，发动机的马力需求能够从具有液压动力马达的机器所需的18至23hp(13.4至17.2kW)降低到具有根据在此描述的本发明的实施方式控制的电动马达的机器所需的13至16hp(9.7至11.9kW)。

另外，控制器96可构造成在起动时或在其它瞬态工况下向驱动马达104-110以及激励马达112和114提高(ramp)输出以限制电流尖峰(current spikes)。以这种方式，可以减小发动机24所需的峰值电力，从而减小对电池电力的依赖。例如，作为通过液压阀而在0.5秒内达到激励器中的最高速度的替代，系统92可构造成使得在1.5秒内或类似时段内达到最高速度，由此减小机器10的峰值电力需求。可以理解的是，这些数字仅是示例性的并且可以设想任何变化的数字。

在不是必须改变机器10的“标准”尺寸的情况下，去除液压部件和使用更小的发动机24为电力存储系统提供了充足的空间。在电力存储系统采用电池形式的优选情况下，由于以下几点原因可以使用铅酸电池：1)铅酸电池成本低；2)铅酸电池具有大的储能容量；以及3)对于沟槽辊压机和骑乘式辊压机而言重量不是主要关注的问题。

此外，现在参照图2，示出了根据本发明的串联混合动力驱动系统92的示意图。如以上简要讨论的，远程控制系统可以经由构造成接收来自远程控制发射器(未图示)的命令的远程控制接收器100对机器10做出命令。解码器102可以设置在远程控制接收器100与控制器96之间，用于对从远程控制发射器发送的信号以及由远程控制接收器接收的信号进行解码。控制器96引导(directs)所接收到的信号并且将该信号传输到适当的电动部件。在优选实施方式中，控制器96构造成根据需要将电力引导至驱动马达104、106和驱动马达108、110、激励马达112、114以及致动器32以获得要求的结果。控制器96还可以构造成对驱动马达104-110和激励马达112和114的旋转速度进行监控并且使驱动马达104-110和激励马达112和114的旋转速度同步化。

控制器96还可构造成通过如先前所讨论的电连接器来监控系统92并且显示和/或记录日常维护或基本系统信息或对操作员的警告。例如，控制器96可构造成提供关于数据运行、短路或开路、范围外参数、或本领域中通常已知的种类的其它系统故障方面的详细故障诊断信息，这在对机器10进行维护时可能是有用的。

在操作沟槽辊压机10期间，辊压机10定位在沟槽的底部处或定位在将要被压实的另一表面上，并且发动机24和发电机28将电力提供到驱动马达104、106、108和110，该驱动马达104、106、108和110通过其上的驱动轮将驱动转矩提供到辊轮组件12、14的轴40，从而沿着将要被压实的表面推进沟槽辊压机10。激励马达112和114(参见图2)同时操作成将驱动转矩提供到激励器组件，从而产生大小随马达输出轴旋转的速度和方向而变化的振动。

如先前所讨论的，当将系统92描述为具有四个驱动马达104-110时，可以理解的是，在符合本发明的精神的情况下，系统92可包括更多个或更少个驱动马达。在本发明的至少一个实施方式中，驱动马达可构造成单独地驱动前辊轮12和后辊轮14。因此，在该实施方式中提供了四个驱动马达。在另一实施方式中，驱动马达构造成成对地驱动前辊轮12和后辊轮14。因此，设置有两个驱动马达。

在优选实施方式中，控制器96构造成监控驱动马达104-110以及激励马达112和114的电力需要，并进而根据需要将补充电力或备用电力从电力存储系统98引导至驱动马达104-110和/或激励马达112和114。如果控制器96判断出系统92产生多于为部件提供电力并且给电力存储系统充电所需要的电力，则控制回路可设置成使发动机24自动地减速，以减小从发电机输出的电力来与当前的需求相对应，从而节省了燃料资源。

类似地，控制器96可构造成对输出进行监控，使得激励器或辊轮12、14的命令速度或电力输出可从由主控制器的操作员所需的命令速度或电力输出减小到在当前工况下实际上能够由系统92供给的命令速度或电力输出。例如，如果电力存储系统用尽并且从操作员接收到的命令超过能够由以全速运作的发动机24所产生的命令电力输出，则控制器96可将实际命令电力输出减小到小于由操作员命令的但能够由发电机有效地供给的命令电力输出。控制器96也可重新分配可从所命令的电力获得的电力。例如，一些电力可从驱动马达供给到激励马达以在确保充分的地面压实的同时减小车辆速度。

在一个优选实施方式中，系统92可构造成使得发动机24的尺寸确定成提供与在正常工况下运作所需的额定平均电力输出相等的电力。在该结构中，系统92可构造成使得在例如启动或上坡行驶的高峰工况下，可利用电力存储系统来补充发动机24的电力输出。在本发明的优选实施方式中，驱动系统92可构造成对驱动马达104-110以及激励马达112和114的速度进行可变地调节。系统92可配置有用于在激励马达112和114关闭时从旋转的激励器轴的惯性中获取能量的再生措施或装置。此外，该系统可装备有相对于转向控制和前向控制以及反向控制的比例控制装置，该系统可为仅电池操作提供有限的运行时间，并且构造成基于手头任务的电力需求自动地调节发动机速度。另外，机器可具有插入功能以使电力存储系统98能够在机器不运作时可通过插入电源插座来充电。

现在参照图3，本发明的替代性实施方式包括双辊轮骑乘式辊压机120。该机器120可以是用于压实土壤来提供用于铺砌的稳固地基或用于减小土壤将来的沉降的种类。如通常所理解的那样，机器120还可用于压实并平整沥青以提供耐用的表面来适应增加的交通和行驶。

机器120包括通过前辊轮组件124和后辊轮组件126支撑在地面上的底盘122。该底盘122包括前副支架128和后副支架130。前副支架128包括罩132，该罩132能够选择性地枢转并且容纳本实施方式的驱动系统134的部件，其中本实施方式包括可为柴油或燃气发动机的发动机136、散热器138和发电机140。后副支架130容纳电力存储系统142，电力存储系统142在本实施方式中为包括多个电池的电池组。控制器144也安装在后副支架130上。另外，后副支架130提供操作员支撑台146，该操作员支撑台146包括用于支撑操作员的座椅148。后副支架130还可包括例如转向轮的转向组件150以及用于控制机器行驶的控制装置(151)。行驶的控制装置可包括能够向控制模块提供变化信号的电子操纵杆或类似的装置。如前述实施方式中先前所讨论的那样，前副支架128和后副支架130通过枢转连接装置152彼此联接，并且还可通过用于控制运动的线性致动器154或类似的从动元件连接。如前述实施方式那样，本实施方式的机器120可结合液压马达以及其用于转向的驱动系统。

如前述实施方式的沟槽辊压机10那样，骑乘式辊压机120的驱动系统134包括用于提供电力以操作骑乘式辊压机120的各种功能的串联混合动力驱动系统。串联混合动力驱动系统134将采用较小的发动机136来驱动发电机140以将电力提供到辊压机120的电动部件。特别地，在优选实施方式中，发动机136的尺寸确定成提供足够的动力以在额定工况下运行机器。如前所述，采用电池组的电池142或其它电力存储系统以在高峰电力情况期间给电动部件提供额外的电力。来自发动机136和发电机140组合的剩余的电力将用于补充电池142。串联混合动力驱动系统134将为骑乘式辊压机120提供相对于如前所述辊压机10的一些相似的效果。在骑乘式辊压机具有47”(120cm)的压实宽度的情况下，发动机的马力需求能够从具有液压动力马达的机器所需的31至35hp(23.1至26.1kW)降低到具有根据在此描述的本发明的实施方式控制的电动马达的机器所需的24至29hp(17.9至21.6kW)。与沟槽辊压机10类似，骑乘式辊压机120可采用用于操作驱动系统和振动激励器的多个电动马达。可以优选设置前驱动马达和后驱动马达以及前激励马达和后激励马达。控制器144构造成根据可能的需要而对马达的旋转速度进行监控和使马达的旋转速度同步化。以这种方式，辊压机120设置有用于驱动系统的“牵引控制器”，而不会明显地增加成本或产生额外的热量。类似地，控制器144构造成根据可能的需要而监控激励马达的旋转速度和运作以及使激励马达的旋转速度和运作同步化。控制器144还构造成向驱动马达和激励马达提高输出以限制启动时的电流尖峰。转向通过可以由螺线管、液压马达、或类似元件驱动的转向组件150和线性致动器154来控制。

可利用骑乘式辊压机120操作的周期性来减小发动机136所需的动力。能量可以在机器减速过程中被捕获并存储在电池142中，并且根据需要重新用于加速机器120。

如对于沟槽辊压机10的控制器96所描述的那样，控制器144还构造成对驱动系统134进行监控。通过显示器等对日常维护和/或基本系统信息或警告进行监控并且报告给操作员。控制器144提供诸如运行数据、短路和开路、范围外参数、和/或系统故障之类的详细的故障诊断信息，这些诊断信息将有助于为辊压机120排除故障以便对其进行维护。

现在参照图4，提供了操作根据本发明的实施方式的驱动系统92或134的示例性方法。首先，在框156处，启动机器10或120的行驶操作和/或压实操作。如已经在文中详细讨论的那样，驱动系统92或134可构造成在启动时向马达提高(ramp up)电力输出以减小在启动时出现的电力需求峰值的大小。接着，在框158处，如先前所讨论的，驱动系统92或134持续地对驱动马达和激励马达的运作进行监控。特别地，控制器96或144构造成持续地评估所需的电力以执行机器10或120的命令操作。另外，在框160处，控制器96或144构造成持续地将当前需求与从发电机可获得的当前电力输出作比较。在框162处，如果执行运作所需的电力超过从发电机可获得的电力输出，则控制器96或144指示驱动系统92或134供给来自电力存储系统98或142的补充电力或增补电力。替代性地，在框164处，如果从发电机可获得的电力输出足以执行机器10或120的运作，则控制器96或144构造成指示驱动系统92和134仅通过发电机提供的电力运作并且将任何多余的电力引导至电力存储系统。以这种方式，机器10或120构造成持续地操作发电机并且给电力存储系统充电直到机器10或120经历增加的电力需求——例如在启动操作期间或当行驶上坡时，此时发动机提供的电力通过来自蓄能系统的备用能量来补充。另外，如以上所述的，机器可构造成基于手头任务的电力需求自动地调节发动机速度。

尽管以上公开了由执行本发明的发明人所设想的最佳模式，但实践本发明并不限定于此。显然，在不偏离本发明的基本构思的精神和范围的情况下，除以上所描述的方面和特征之外，可以对本发明的方面和特征进行各种添加、修改和重组。以上讨论了这些变化中的一些变化的范围。所述实施方式的落在本发明的范围之内但未在以上具体讨论的其它变化的范围将从所附权利要求和其它附件中变得明显。

Claims (20)

1.一种振动辊压机，包括：

(A)底盘；

(B)将所述底盘支撑在表面上的至少一个旋转辊轮组件，所述旋转辊轮组件包括将振动给予所述辊轮的激励器组件；

(C)电动马达，所述电动马达驱动所述激励器和所述辊轮中的至少一者；以及

(D)与所述马达可操作地相连的串联混合动力驱动系统，所述串联混合动力驱动系统包括：

(i)电力存储系统；

(ii)发动机；

(iii)由所述发动机供应动力的发电机；以及

(iv)控制器，所述控制器可操作地联接至所述电力存储系统和所述发电机并控制电力从所述串联混合动力驱动系统向所述马达的传输。

2.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，所述马达包括驱动所述辊轮的驱动马达，并且还包括电动激励马达，所述电动激励马达驱动所述激励器组件并且由所述串联混合动力驱动系统驱动。

3.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，在来自所述发电机的当前电力输出能够满足所述振动辊压机的当前电力需求时，所述控制器控制所述串联混合动力驱动系统将电力从所述发电机传输至所述马达，并且在所述当前电力需求超过所述当前发电机的电力输出时，所述控制器控制所述串联混合动力驱动系统将电力从所述电力存储系统供给至所述马达。

4.根据权利要求3所述的振动辊压机，其中，在启动和需要高驱动转矩中的至少一者期间，所述控制器控制所述串联混合动力驱动系统将电力从所述电力存储系统供给至所述马达。

5.根据权利要求3所述的振动辊压机，其中，在来自所述发电机的所述当前电力输出超过所述振动辊压机的所述当前电力需求时，所述控制器控制所述发电机给所述电力存储系统充电。

6.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，所述电力存储系统包括电池组，所述电池组包括至少一个电池。

7.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，所述电力存储系统包括电容器组，所述电容器组包括至少一个电容器。

8.根据权利要求1所述的振动辊压机，还包括远程控制接收器，所述远程控制接收器与远程控制发射器可操作地通信，以接收来自所述远程控制发射器的信号，用于操作所述振动辊压机。

9.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，所述振动辊压机包括手扶式沟槽辊压机，所述手扶式沟槽辊压机包括：

彼此枢转地联接的前副支架和后副支架；以及

可动地安装至所述前副支架的前辊轮组件以及可动地安装至所述后副支架的后辊轮组件，每个辊轮组件均具有与其相关联的激励器组件，并且其中，所述马达包括用于所述前辊轮组件的驱动马达，并且所述马达还包括：

用于所述后辊轮组件的另一电力驱动马达以及驱动所述激励器组件的第一电动激励马达和第二电动激励马达，所有所述马达均由所述串联混合动力驱动系统提供电力。

10.根据权利要求1所述的振动辊压机，其中，所述振动辊压机包括骑乘式辊压机，所述骑乘式辊压机包括：

(i)彼此枢转地联接的前副支架和后副支架；

(ii)可动地安装至所述前副支架的前辊轮组件以及可动地安装至所述后副支架的后辊轮组件；

(iii)支撑台，所述支撑台设置在所述前副支架和所述后副支架中的一者上并且包括操作员的座椅；以及

(iv)用于控制所述辊压机的转向的转向组件。

11.一种振动辊压机，包括：

(A)底盘，所述底盘包括彼此枢转地联接的前副支架和后副支架；

(B)分别可动地安装至所述前副支架和所述后副支架的前辊轮组件和后辊轮组件，其中，所述前辊轮组件和所述后辊轮组件中的至少一者构造成压实所述振动辊压机行驶于其上的地面；

(C)前激励器组件和后激励器组件中的至少一者，所述前激励器组件和后激励器组件中的至少一者相应地与所述前辊轮组件和所述后辊轮组件中的至少一者相关联；

(D)驱动所述前辊轮和所述后辊轮旋转的前电力驱动马达和后电力驱动马达；

(E)驱动所述前激励器组件和所述后激励器组件的前激励马达和后激励马达中的至少一者；以及

(F)将电力提供给所有所述马达的串联混合动力驱动系统，所述串联混合动力驱动组件包括：

(i)电力存储系统；

(ii)发动机；

(iii)构造成接收来自所述发动机的动力的发电机；以及

(iv)控制器，所述控制器可操作地联接至所述电力存储系统和所述发电机，并且控制电力从所述串联混合动力驱动系统向所述马达的传输，其中，在来自所述发电机的当前电力输出能够满足所述振动辊压机的当前电力需求时，所述控制器控制所述串联混合动力驱动系统将电力从所述发电机传输至所述马达，并且在所述当前电力需求超过所述当前发电机的电力输出时，所述控制器控制所述串联混合动力驱动系统将电力从所述电力存储系统供给至所述马达。

12.根据权利要求11所述的振动辊压机，其中，当所需求的电力小于所述当前发电机的电力输出时，利用可获得的剩余发电机电力来给所述电力存储系统充电。

13.根据权利要求11所述的振动辊压机，其中，所述前辊轮组件和所述后辊轮组件中的每一者包括一对辊轮，所述一对辊轮中的每个辊轮由相应的电力驱动马达驱动。

14.根据权利要求11所述的振动辊压机，其中，所述振动辊压机为沟槽辊压机，并且所述振动辊压机还包括致动器，所述致动器联接在所述前副支架与所述后副支架之间并且构造成能够使所述沟槽辊压机实现枢转转向。

15.根据权利要求11所述的振动辊压机，其中，所述振动辊压机为具有操作员座椅的骑乘式辊压机。

16.一种操作振动辊压机的方法，所述方法包括以下步骤：

(A)对至少一个驱动马达和至少一个激励马达所需的电力进行监控；

(B)确定所述至少一个驱动马达和所述至少一个激励马达所需的电力是否超过能够从发电机获得的电力输出；

(C)如果所需的电力超过能够从发电机获得的电力输出，则将电力从电力存储系统供给至所述马达。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括在所需的电力小于能够从发电机获得的电力输出的情形下利用剩余的发电机电力给所述电力存储系统充电。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括在电动马达启动时自动地利用来自所述电力存储系统的电力的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括以预定速率提高所述至少一个激励马达的电力以限制启动时所需的电力的步骤。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述振动辊压机为手扶式沟槽滚压机和骑乘式辊压机中的一者。

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