CN104136686A - 自动切削转变铣刨机器和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种铣刨机器(100)，其包括框架(102)；多个地面接合单元(114)；多个可竖直调节腿(118)，多个可竖直调节腿(118)包括前腿(118)和后腿(118)；可转动磨具(116)，其能够铣刨(130)表面(120)；用户界面(138)，其能够接收铣刨级深度和切削转变系数；速度传感器(137)，其能够提供铣刨机器(100)的地面速度；竖直位置传感器；以及控制器(132)，其联接到速度传感器(137)、竖直位置传感器和用户界面(138)，控制器(132)能够根据切削转变系数、速度传感器(137)和竖直位置传感器通过逐渐调节多个可竖直调节腿(118)中的至少一个的长度使可转动磨具(116)的高度降低到铣刨级深度。

Description

自动切削转变铣刨机器和方法
技术领域
本发明的实施方式涉及用于道路表面的处理的机器，更具体地，涉及用于道路表面操作的道路平整机。
背景技术
也称为冷平整机的道路铣刨机器可被构造成使用安装在框架上的可转动平整工具从含沥青表面、混凝土或柏油道路或者其他表面移除、混合或回收材料。框架可安装在沿着道路表面支承和运输机器的多个履带或轮上。
通常，冷平整机还可包括定位在框架的前部和后部附近的多个提升构件。提升构件可在延伸位置和缩回位置之间调节，以便通过升高或降低框架和可转动平整工具来控制切削的深度和形状。
道路表面通常在道路已经通过铣刨机器铣刨之后使用。没有铣刨和未铣刨表面之间的平滑转变，会对于沿着道路运行的车辆造成损害或不适。传统铣刨机器需要操作者手动调节水平设置，同时机器向前推进以形成更平滑转变。但是，这通常造成不一致的转变，并且在集中进行转变切削的同时从其他任务分散操作者的注意力。
2008年6月26日公开的美国公开文献US2008/0152428 A1描述一种道路铣刨机器和测量铣刨深度的方法。但是，它还具有以上提到的问题。
发明内容
根据这里公开的方面，提供铣刨机器和用于铣刨的方法以自动控制切削转变到希望切削深度或控制自希望切削深度进行的切削转变。
根据这里实施方式的方面，公开一种铣刨机器。铣刨机器包括框架；多个地面接合单元；多个可竖直调节腿，多个可竖直调节腿的每个将多个地面接合单元中的一个连接到框架，多个可竖直调节腿包括前腿和后腿；可转动磨具，其能够铣刨表面；用户界面，其能够接收铣刨级深度和切削转变系数；速度传感器，其能够提供铣刨机器的地面速度；竖直位置传感器；以及控制器，其联接到速度传感器、竖直位置传感器和用户界面，控制器能够根据切削转变系数、速度传感器和竖直位置传感器通过逐渐调节多个可竖直调节腿中的至少一个的长度使可转动磨具的高度降低到铣刨级深度。
根据这里实施方式的方面，公开一种用于铣刨的方法。该方法包括：接收铣刨级深度和切削转变系数；监视地面速度；以及根据铣刨级深度、切削转变系数和地面速度自动调节铣刨机器的当前铣刨深度。
根据这里的另一实施方式的方面，公开一种用于铣刨的方法。该方法包括：接收目标铣刨级深度和切削转变系数；根据切削转变系数产生转变距离；产生指示中间铣刨深度和相应的水平位置的切削转变映射；监视地面速度；根据地面速度产生当前水平位置；以及根据切削转变映射和当前水平位置调节当前铣刨级深度。
附图说明
图1是根据本发明的教导的示例性机器的透视图；
图2是图1的示例性机器的另一透视图；
图3是根据本发明的教导的机器的示例性实施方式的部分的总体示意图；
图4示出根据这里公开的方法在表面上调平机器的例子；以及
图5是示出这里公开的切削表面的方法的框图。
具体实施方式
这里参考附图，给出本发明的示例性实施方式。这里，相同的附图标记指示相同部件。
机器可被构造成在任务地点执行作业操作。机器的例子可包括冷平整机、高速公路和非高速公路车辆、建造设备和土方设备。虽然本发明的教导不局限于机器的特殊类型，示例性机器100(冷平整机)在图1-3中示出，并在下面描述以说明本发明的教导。
示例性机器100(例如铣刨机器或冷平整机)可以被构造成从含沥青的表面、混凝土或柏油道路和其他表面移除、混合或回收材料。冷平整机100可包括框架102、支承设备112、多个地面接合单元114和工具116(例如可转动磨具116)。框架102可包括前端104、后端106、第一侧108和第二侧110。
如图1所示，机器100可包括多个支承设备112。多个支承设备中的一些(这里指的是“前支承设备”112a)可邻近框架102的前端104布置，并且多个支承设备中的一些(这里指的是“后支承设备”112b)可邻近冷平整机100的后端106布置。如图1-2所示，具有布置在框架102的前端104的相对侧上的两个前支承设备112a和布置在框架102的后端106的相对侧上的两个后支承设备112b。
支承设备112可被构造成在表面120上支承框架102。每个支承设备112可包括腿118。腿位置传感器122可布置在每个腿118上、内侧或附近。每个腿位置传感器122可为冷平整机100的一个或多个控制器132(见图3)提供包括但不局限于腿118的长度L或腿118的延伸量或缩回量的信息。在一种实施方式中，腿的长度L可以通过控制器132基于已知腿长度和腿118相对于已知腿长度的延伸量或缩回量确定。也可以设想确定腿长度的其他方式。其他传感器可布置在框架102上以感测机器100的其他参数。
在图1-2所示的实施方式中，具有两个前腿118a、118b和两个后腿118c、118d。两个前腿118a、118b可布置在框架102的前端104的相对侧上。两个后腿118c、118d可布置在框架102的后端106的相对侧上。
地面接合单元114可被构造成执行在表面120上运输冷平整机100的功能。地面接合单元114可包括履带、轮和/或适用于在移动式机器上使用的其他已知牵引装置。至少一个地面接合单元114可通过机器驱动组件136驱动(见图3)，以便冷平整机100的向前和向后运动。驱动组件136的例子可包括内燃发动机或液压马达。进一步设想到地面接合单元114可通过腿118联接到框架102。
腿118可被竖直调节。因此，腿118可被延伸(延长)以造成框架102相对于布置冷平整机100的表面120向上运动，并且可以缩回(缩短)以造成框架102相对于表面120向下运动。
在一种实施方式中，腿118可以是柱，其包括伸缩部分(未示出)，例如适用于相对于彼此向内(缩回)或向外(延伸)滑动的重叠柱形分段。重叠柱形分段的向内和向外滑动可使框架102升高和降低，并且其运动可通过例如液压压力致动。
框架102也可包括一个或多个结构承载构件，其适用于支承和/或保护冷平整机100的部件。框架102可包括安装在框架102侧部上的一个或多个侧板124。在图1-2所示的示例性实施方式中，框架102包括两个侧板124，其能够分别在升高位置和降低位置之间在大致竖直方向上运动。多个侧板124中的一个附接到框架102的第一侧106，并且另一侧板124附接到框架102的第二侧108。
图1示出降低位置上的框架102的第一侧108上的侧板124。图2示出升高位置上的框架的第二侧110上的另一侧板124。一个或多个侧板传感器140(例如竖直位置传感器140)可布置在每个侧板124上。每个侧板传感器140可将有关侧板的竖直位置信息和/或侧板是否接触表面120的信息提供给冷平整机100的控制器132(a-b)。
框架102还可包括能够在升高位置和降低位置之间在大致竖直方向上相对于框架102的其他部分运动的型板126。图1示出位于降低位置的型板126。图2示出位于升高位置的型板126。
工具116可支承在框架102上或内部。在图1所示的实施方式中，机器100还包括输送机128。工具116可包括可转动平整工具，例如可转动滚筒130(例如筒或磨具)。滚筒130可包括安装其上的多个可更换刀头131，并可以降低以接合表面120。在接合时，滚筒130可转动并且刀头131可从表面120切削和移除材料。移除材料可进入输送机128，输送机将移除材料输送到另一车辆(例如未示出的倾卸卡车)等以便运输离开现场。
工具116(示例性实施方式中的滚筒130)相对于表面120的高度和几何结构可以确定表面120中进行的切削的形状和深度，并且可影响从表面120移除的材料量。为了控制表面内的切削的形状和深度，滚筒130的级(grade)可以被调节，使得滚筒130可以通过延伸或缩回机器100的腿118竖直运动远离、朝着或进入表面120。滚筒(及其所进行的切削)的斜率也可通过升高或降低机器100一侧上的腿118到不同于机器100的相对侧上的腿118的高度来调节。
液压系统(未示出)可被构造成引导加压液压流体以造成腿118的向上或向下运动。液压系统可包括用于选择性地供应加压液压流体到液压系统的不同区域和液压缸以便将液压压力转换成用于致动腿118的机械运动的液压回路。
如图3所示，冷平整机100的控制可以通过级和斜率系统142管理。级和斜率系统142可包括一个或多个嵌入或集成的控制器132、数据库134、操作者界面138(例如用户界面138)、驱动组件136、速度传感器137、支承设备112、腿118、腿位置传感器122(或传感器122，例如切削深度传感器122)、地面接合单元114、侧板124、侧板传感器140(或多个传感器140)以及型板126。
控制器132可采用一个或多个处理器、微型处理器、微型控制器、电子控制模块(ECM)、电子控制单元(ECU)或用于电子控制冷平整机100的功能的任何其他适当装置的形式。
控制器132可被构造成基于冷平整机100的多种操作条件根据算法(例如预定算法)或指令组操作，以控制冷平整机100。这种算法或指令组可被读入控制器132的机载存储器内，或被预先编程到可以由控制器132访问的存储介质或存储器上，例如软盘、硬驱动器、光学介质、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或本领域通常使用的任何其他适当计算机可读取存储介质(分别称为“数据库”)的形式。
控制器132可以电连通或连接到驱动组件136等以及冷平整机100的多种其他部件、系统或子系统(未示出)。驱动组件136可尤其包括发动机或液压马达。
控制器132可从传感器等接收有关冷平整机100的当前操作参数的数据。响应于这种输入，控制器132可进行多种确定，并传输对应于这种确定的结果或对应于需要执行的动作的输出信号。速度传感器137可联接到马达，并可将例如测量地面速度的数据提供给控制器132。响应于平均测量地面速度的接收，控制器132可使用此输入来估计机器100运行的距离。
控制器132可包括用于从与冷平整机100相关的多种开关和传感器和其他控制器接收信息和指令信号的多个输入界面和用于将控制信号发送到与冷平整机100相关的多种致动器或其他控制器132的多个输出界面。适当编程的控制器132可用于本领域已知的许多附加的类似或完全不同的功能。
控制器132可从操作者界面138、腿位置传感器122、速度传感器137、侧板传感器140、其他控制器132等接收信号或数据。如图3所示的示例性实施方式可以看到，控制器132被构造成从操作者界面138接收信号。控制器可与另一机器控制器132交换信号或信息。
在一种实施方式中，级和斜率系统142可接收和处理来自操作者界面138的与操作者希望的级(切削深度)、切削斜率、具体切削距离等相关的数据。控制器132也可从每个腿位置传感器122接收位置和/或长度数据。如所示，这种数据可包括但不局限于有关腿118的长度L或腿118的延伸或缩回量的信息。控制器132也可从一个或多个侧板传感器140接收数据。这种数据可包括但不局限于有关侧板124的竖直位置和/或侧板124是否接触表面120的信息。
控制器132可将信号传输到传感器或机器部件，并从传感器或机器部件接收数据。例如，控制器132可传输信号或指令，以增加或减小后腿118c-d的长度L。
图4示出根据这里公开的方法在表面上调平机器的例子。图5是示出这里公开的切削表面的方法的框图。
如图4所示，用于后腿c-d的运行路径144可包括第二表面121，并且可包括第二表面121上的第一点146和第二表面121上的第二点148。第一点146(第二表面121上)可以直接邻近第一表面120的端部。
根据这里的实施方式，用户界面138可接收目标级(例如第二部分152的级)。用户界面也可接收切削转变系数。切削转变系数可以是距离(例如第一部分150的距离或长度)，或者可以是切削转变的斜率(例如第一部分150相对于第一表面120的斜率)。切削转变的斜率和切削转变的长度可以彼此数学地导出，并且因此控制器132可被构造成接收用于确定切削转变的任何值。
在切削到第一表面120内的过程中，冷平整机100缩回前后腿118，同时相对于第一表面120将框架102和滚筒130保持在平行位置。前后腿的缩回使致动的切削工具116降低到第一表面120内。在滚筒130(包括滚筒刀头131或工具116的最低点)接触或刮擦第一表面120的点处校准刮痕。冷平整机100的框架102应该在校准刮痕时平行于表面120。这里相对于腿118使用的术语“刮痕长度”指的是该腿118在刮痕处的长度。
在滚筒130致动、转动并与表面120的部分进行切削接触时，材料通过滚筒130从第一表面120的该部分移除。材料从第一表面120的该部分移除形成位于不同于第一表面120的级的级处的第二表面121。换言之，第二表面121通过工具116移除第一表面120的该部分形成。
出于这里的说明目的，第一表面将被认为具有零级的平表面。绝对值将用于竖直更深或低于第一表面120的表面的级的测量值。换言之，具有第一表面120的级以下两个单位的级的第二表面121将具有2单位的级，而不是使用传统四象限x-y坐标轴的透视关系所期望的负2单位的级。因此，具有比另一表面(例如第一表面120)更深(更大)竖直级(值)的表面(例如第二表面121)这里将被认为具有比位于其之上的平面内的表面更大的级。
在这种切削的过程中，框架102相对于第一表面120的平行位置可以通过控制器132监视。为了监视平行位置，第一控制器132a可从相应位置传感器122接收有关前后腿118a-d的长度L的数据。如果框架102的相同侧(第一侧108或第二侧110)上的前后腿118a-d的长度L不基本上相同，级和斜率系统142可发出信号到机器控制器132b以调节前腿118a、118b或后腿118c、118d，以便保持框架102与第一表面120平行。
在进行最初切削之后，冷平整机100可在第一表面120上在向前方向A上运动。如图4所示，已经进行最初切削并且冷平整机100在方向A上向前运动。滚筒130继续转动，并移除第一表面120的部分以形成第二表面。最初前后腿118a-d在第一表面120上在方向A上向前运动。但是，在一些点处，后腿118c-d将开始降低到切削部内并开始在第二表面121上运行。如果不对后腿118c-d的长度进行调节，框架102将不能大致与第一表面120平行。
控制器132被构造成确定对于后腿118c-d的长度所要进行的适当的延伸或缩回调节，以便在后腿118c-d沿着第二表面121运行时保持框架102相对于第一表面120大致平行。
第二表面121上的运行路径144的第一部分150可以具有大致线性的斜率，并且可包括运行路径144的第一点146。第二表面121上的运行路径144的第二部分152可包括第二点148，并且可以是大致线性的形状，并位于大致平行于第一表面120的平面的平面内。出于描述的简明，最初表面将指的是具有零的第一级的第一表面120。第二表面121上的运行路径144的第二部分152将具有第二级，第二级可以不同于第一级。第二表面121上的运行路径的第一部分150将随着切削深度从第一表面120的级逐渐调节到第二表面121的第二部分152的级而具有改变的级。
在图4所示的实施方式中，第二点148是第二表面121上的运行路径144上的点，此处每个后腿118c-d的长度L大致与刮痕长度相同。
图5是说明切削表面(铣刨)的方法500的框图，如这里公开。该方法可以多于或少于所示步骤数量实施，并不局限于所示顺序。
铣刨方法500包括：接收铣刨级深度和切削转变系数步骤502、初始化腿高度步骤504、监视地面速度步骤506、检测切削深度/竖直位置步骤508、检测斜率步骤510、任选的调节前腿步骤512、调节后腿步骤514、任选的接收手动超越步骤516以及任选的手动调节腿步骤518。
在步骤502的过程中，用户输入从用户界面138接收。例如，可以接收铣刨级深度和切削转变系数。如所述，切削转变系数可以是转变斜率或转变距离。换言之，控制器132可从操作者界面138接收第二表面121的希望的最终级以及冷平整机100应该运行的希望距离(第二表面121的第一部分150)，以便进入(或离开)切削部从而达到新的级。
在步骤504的过程中，可以调节用于前后腿118的最初高度。控制器132可采用以下参数来确定腿的适当高度：希望的级、便于进入(或离开)切削部的运行距离直到实现希望的级、工具的几何参数(例如滚筒的周长和半径)、地面接合单元的长度、与后腿相对于地面接合单元的位置和布置相关的尺寸等。控制器132可从操作者界面138和控制器132能够访问的数据库134或其他储存器接收用于运行路径计算的至少一些参数。
在步骤506，监视地面速度。地面速度可以通过地面速度传感器137测量。使用来自马达速度传感器137的平均测量地面速度以及流逝时间，可以计算后腿118c-d运行的距离，如本领域已知。
在步骤508，检测切削深度。切削深度可以根据侧板传感器140、声音传感器、平均滑动和/或腿位置传感器122确定。
在(任选)步骤510，斜率可以从机器上的单独斜率传感器确定。控制器132可根据用于保持磨具130平行于表面120的斜率来确定腿118的高度调节。
在步骤512和514，可以调节前腿118a-b和后腿118c-d。根据这里的实施方式，可转动滚筒130的铣刨深度可以通过调节前腿118a-b和后腿118c-d的任一或两者来调节。
例如，在可转动滚筒130的铣刨深度经由前腿118a-b调节时，随着前腿118a-b在运行路径144上向前运行，控制器132确定每单位运行时间的每个前腿118a-b所需长度L的变化。可以使用来自马达速度传感器137的平均测量地面速度和流逝时间，计算前腿118a-b运行的距离，如本领域已知。
类似地，在可转动滚筒130的铣刨深度经由后腿118c-d调节时，随着后腿118c-d在运行路径144上向前运行，控制器132确定每单位运行时间的每个后腿118c-d所需长度L的变化。可以使用来自马达速度传感器137的平均测量地面速度和流逝时间，计算后腿118c-d运行的距离，如本领域已知。
控制器132可产生切削转变映射以自动适应便于进入或离开切削部。控制器132可产生指示离开开始位置的多个水平距离处的中间铣刨深度的切削转变映射。控制器132可根据切削转变系数或根据切削转变系数和铣刨级深度产生转变距离。例如，如果切削转变系数是降低距离，转变距离可以等于切削转变系数。如果切削转变系数是转变切削的所要求的斜率，那么转变距离可以从切削深度和所要求的斜率几何计算得到。
控制器可接着监视铣刨机器100的地面速度(例如步骤506中监视的地面速度)，并且可根据地面速度(例如使用来自马达速度传感器137的平均测量地面速度和流逝时间)产生当前水平位置。控制器可接着根据切削转变映射和当前水平位置调节当前铣刨级深度。控制器可根据切削转变映射和当前水平位置通过调节前腿或后腿118来调节当前铣刨级深度。
另外，控制器132可根据侧板传感器140检测的竖直位置(斜率)任选地确定腿118所需的长度L的变化以便相对于表面120(例如未铣刨表面120)调平机器100。因此，在步骤512和514，前腿118a-b和/或后腿可自动调节以便相对于表面120调平机器100。
在任选步骤516，手动超越可从用户界面138接收。在任选步骤518，如果手动超越在步骤516接收，那么控制器可允许腿118的手动调节。
控制器132可连续接收或周期性接收传感器输出。因此，控制器132可继续监视地面速度(步骤506)、切削深度或腿高度(步骤508)、竖直位置(步骤510)，并对于切削转变系数的持续时间相应地连续调节前后腿118(例如直到达到切削转变距离或深度)。
工业实用性
本发明可适用于减小或消除铣刨机器100开始铣刨切削到确定深度时出现的表面120的高度的突然变化。根据本发明，机器100用于逐渐减小确定距离或级上的铣刨深度，并且提供反馈传感器122、137、140来监视和辅助调节。
虽然这里出于说明的目的说明和描述了一些实施方式，本领域普通技术人员将理解到计算实现相同目的的多种广泛的替代和/或等同的实施方式或应用可以代替所示和所述的实施方式，而不偏离本发明的范围。本领域普通技术人员将容易理解到根据本发明的实施方式可以非常广泛的多种方式实施。本申请旨在覆盖这里描述的实施方式的任何变型或改型。因此，意图在于根据本发明的实施方式只通过权利要求及其等同物来限制。

Claims (10)

1.一种铣刨机器(100)，包括：
框架(102)；
多个地面接合单元(114)；
多个可竖直调节腿(118)，多个可竖直调节腿(118)的每个将多个地面接合单元(114)中的一个连接到框架(102)，多个可竖直调节腿(118)包括前腿(118)和后腿(118)；
可转动磨具(116)，其能够铣刨(130)表面(120)；
用户界面(138)，其能够接收铣刨级深度和切削转变系数；
速度传感器(137)，其能够提供铣刨机器(100)的地面速度；
竖直位置传感器；以及
控制器(132)，其联接到速度传感器(137)、竖直位置传感器和用户界面(138)，控制器(132)能够根据切削转变系数、速度传感器(137)和竖直位置传感器通过逐渐调节多个可竖直调节腿(118)中的至少一个的长度使可转动磨具(116)的高度降低到铣刨级深度。
2.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，还包括多个高度传感器(122)，多个高度传感器(122)的每个能够提供多个可竖直调节腿(118)的相应一个的高度；以及
其中控制器(132)还能够根据多个高度传感器(122)和运行距离相对于表面(120)保持平行对准。
3.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，其中，切削转变系数包括转变斜率或转变距离中的一种。
4.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，其中，控制器(132)还能够根据切削转变系数使得可转动磨具(116)离开表面(120)的高度线性地减小到铣刨级深度。
5.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，其中，控制器(132)还能够调节前腿(118)的长度以调节可转动磨具(116)的高度。
6.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，其中，控制器(132)还能够调节后腿(118)的长度以调节可转动磨具(116)的高度。
7.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，其中，控制器(132)还能够根据切削转变系数和铣刨级深度产生转变映射，其中转变映射包括中间铣刨级深度和相应的水平位置。
8.根据权利要求7所述的铣刨机器(100)，其中，中间铣刨级深度和相应的水平位置被线性分布，以便根据切削转变系数使可转动磨具(116)离开表面(120)的高度降低到铣刨级深度。
9.根据权利要求1所述的铣刨机器(100)，还包括多个高度传感器(122)，多个高度传感器(122)的每个能够提供多个可竖直调节腿(118)中的相应一个的高度，并且其中控制器(132)还能够：
经过多个高度传感器(122)的相应一个，连续监视铣刨机器(100)的多个可竖直调节腿(118)的高度；
经过竖直位置传感器，连续监视竖直位置；
根据切削转变系数、速度传感器(137)和竖直位置传感器，逐渐调节前腿(118)的长度以调节可转动磨具(116)的高度；以及
根据前腿(118)的高度和表面(120)的斜率，连续调节铣刨机器(100)的后腿(118)。
10.根据权利要求6所述的铣刨机器(100)，其中，控制器(132)还能够：
接收手动超越信号；以及
根据手动超越信号调节后腿(118)或前腿(118)。
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