CN105324534B - 基于材料压实度修改压实作用力的振动压实机 - Google Patents

Abstract

一种振动压实机具有第一压实元件、第二压实元件、第一传感器、第二传感器以及控制系统，所述第一压实元件具有设定可修改压实作用力的可变振动机构，所述第一传感器配置成测量与所述第一压实元件相关联的第一表面压实度，所述第二传感器配置成测量与所述第二压实元件相关联的第二表面压实度。所述控制系统配置成接收所述第一表面压实度，接收所述第二表面压实度，基于所述第一表面压实度和所述第二表面压实度来确定所述第一压实元件的目标压实作用力，以及修改所述可变振动机构以将所述压实作用力设定为所述目标压实作用力。

Description

基于材料压实度修改压实作用力的振动压实机

技术领域

本发明总体上涉及使得用于振动压实机的压实过程自动化。更具体地，本发明涉及监测数据参数并且基于所述数据参数来修改振动压实机的后缘滚筒的压实作用力。

背景技术

压实机(也广泛地被称为压实机器)频繁地用于压实新铺设沥青、泥土、砂砾以及与路面相关联的其它可压实材料。例如，在道路、公路、停车场以及类似物的建造期间，将松散的沥青沉积并散布在待铺砌的路面上。可以是自动推进机器的一或多个压实机在路面上行进，借此压实机的重量将沥青压紧成固化的质块。刚性的经压实沥青具有适应巨大的车辆交通的强度，并且还提供平滑的轮廓面，所述轮廓面可便于处理交通流量和从路面引导直接降雨以及其它降水。压实机也用于在建筑工地和在景观美化工程中压实泥土或最近铺设的混泥土，以产生其它结构可建造在其上的致密刚性基础。

一个此种类型的压实机器是滚筒式压实机，所述滚筒式压实机具有适合于压实特定材料的一或多个滚筒，所述压实机在所述特定材料上行驶。为了压实所述材料，所述滚筒式压实机或振动压实机包含具有可变振动机构的滚筒总成，所述可变振动机构(例如)包含内部和外部偏心配重，所述内部偏心配重和外部偏心配重设置在位于内部偏心配重的空腔内的可旋转轴上。通常控制振动的幅度和频率(也称为压实作用力)来建立压实度。幅度通常由可横向移动的线性致动器控制，所述线性致动器适合于轴向地承载抵靠于可轴向地平移的键轴，以使得所述键轴旋转。键轴的旋转 又改变内部和外部偏心配重的相对位置，以改变在滚筒内产生的振动的幅度。振动频率通过改变定位在压实机滚筒内的驱动马达的速度来控制。通过修改幅度、频率或幅度和频率来修改压实作用力。

典型的振动压实机具有带有可变振动机构的单个滚筒或各带有可变振动机构的两个滚筒。举例而言，US 6750621展示具有带有可变振动机构的两个滚筒的振动压实机。并未连接于滚筒的传感器用于收集关于每个滚筒的某些振动特性并且将滚筒的压实作用力调整至选定的设定值。控制单元还计算前缘滚筒和后缘滚筒上测得的振动特性的差值。由‘621专利公开的系统是反应式系统，其中基于与选定的振动设定值不同的测得振动特性持续地调整压实作用力。传感器并不测量表面材料的压实度并且并不主动地响应于所述表面材料的压实度。于是，可能由于滚筒向表面材料施加的高压实作用力而使得表面材料变松或压碎。本发明涉及上文所述的一或多个问题或议题。

发明内容

在一个方面中，振动压实机包括：框架；第一圆柱形滚筒，其耦合到所述框架并具有可修改第一压实作用力；第二圆柱形滚筒，其耦合到所述框架并具有可修改第二压实作用力；第一传感器，其耦合到所述第一圆柱形滚筒并配置成感测第一表面压实度；第二传感器，其耦合到所述第二圆柱形滚筒并配置成感测第二表面压实度；以及控制系统。控制系统配置成：接收第一表面压实度和第二表面压实度，确定第一目标压实作用力，并将第一压实作用力修改为第一目标压实作用力；接收第二表面压实度，确定第二目标压实作用力，并将第二压实作用力修改为第二目标压实作用力；接收第一表面压实度和第二表面压实度以确定第三目标压实作用力，并将第一压实作用力修改为第三目标压实作用力；以及接收第一表面压实度和第二表面压实度以确定第四目标压实作用力，并将第二压实作用力修改为第四目标压实作用力。

在另一方面中，振动压实机具有：第一压实元件，其具有设定可修改压实作用力的可变振动机构；第二压实元件；第一传感器，其配置成测量 与第一压实元件相关联的第一表面压实度；第二传感器，其配置成测量与第二压实元件相关联的第二表面压实度；以及控制系统。控制系统配置成：接收第一表面压实度，接收第二表面压实度，基于第一表面压实度和第二表面压实度来确定第一压实元件的目标压实作用力，并修改可变振动机构以将压实作用力设定为目标压实作用力。

在又一方面中，振动压实的方法包括：提供振动压实机总成，所述振动压实机总成具有第一圆柱形滚筒和第二圆柱形滚筒，所述第一圆柱形滚筒具有设定可修改压实作用力的可变振动机构。所述方法还包括：使第一圆柱形滚筒旋转，使第二圆柱形滚筒旋转，测量与第一圆柱形滚筒相关联的第一表面压实度，测量与第二圆柱形滚筒相关联的第二表面压实度，基于所述第一表面压实度和所述第二表面压实度来确定第一圆柱形滚筒的目标压实作用力，以及使用可变振动机构将压实作用力修改为目标压实作用力。

附图说明

图1是根据本发明的示范性实施例的压实机的侧视图。

具体实施方式

本发明大体上涉及一种振动压实机，其具有与待压实表面滚动接触的一或多个滚压机滚筒。压实机一般用于在表面上设置松散表面材料的情况，所述材料表征为能够被进一步填塞或致密化的材料。当压实机在表面上行进时，由压实机产生并施加至表面的振动力与机器的重量协同地作用，将松散的材料压紧至更大压实和密度状态。压实机可在表面上行进一次或多次以提供所需的压实程度。在一期望的应用中，松散的材料可以是新沉积的沥青，其将被压实成道路或类似的硬顶表面。然而，在其它应用中，材料可以是土壤、砂砾、沙子、土地填筑垃圾、混凝土或类似物。

在图1中大体上展示压实机器100的示范性实施例。展示为振动压实机的压实机器100可以是用于压实表面材料的任何机器。压实机器100具 有框架105、第一压实元件110(或第一圆柱形滚筒110)以及第二压实元件120(或第二圆柱形滚筒120)。第一压实元件110和第二压实元件120都可旋转地耦合到框架105，以使得当压实机器100行进时，第一压实元件110和第二压实元件120在表面材料上滚动。

应了解，第一压实元件110可具有与第二压实元件120相同的或不同的构造。具体地，第一压实元件110是细长的中空圆柱体，其具有封闭内部体积的圆柱形滚筒外壳。圆柱形滚压机滚筒沿着圆柱形滚筒轴线延伸并限定了所述轴线。为了经受与表面材料的滚动接触和压实表面材料，滚筒外壳可由厚的刚性材料(例如铸铁或钢)制成。尽管所说明实施例将滚筒外壳的表面展示为具有平滑的圆柱形形状，但在其它实施例中，多个凸起或垫可以从滚筒外壳的表面突出以(例如)破碎经压实材料的聚集。

第一压实元件110和第二压实元件120都可具有可变振动机构130。尽管图1展示第一压实元件110和第二压实元件120都具有可变振动机构130，但在其它实施例中，仅仅只有第一压实元件110和第二压实元件120中的一者可具有可变振动机构130。换句话说，本发明适用于压实机器100，其具有：(1)都具有可变振动机构130的第一压实元件110和第二压实元件120；(2)具有可变振动机构130的第一压实元件110和不具有可变振动机构130的第二压实元件120；以及，(3)具有可变振动机构130的第二压实元件120和不具有可变振动机构130的第一压实元件110。

可变振动机构130设置在滚压机滚筒的内部体积中。根据一个示范性实施例，可变振动机构130包含设置在滚压机滚筒内偏离轴线中心位置处的一或多个配重或质块，滚压机滚筒绕所述轴线旋转。当滚压机滚筒旋转时，质块的偏离中心或偏心位置引起作用到滚筒的、施加至待压实表面的振荡或振动力。配重相对于公共轴线偏心地定位并通常可相对于彼此绕公共轴线移动，以在配重的旋转过程中产生可变程度的不平衡。可通过将偏心配重绕其公共轴线相对彼此定位，以改变质量(即，质心)相对于配重旋转轴线的均匀分布，从而可改变由偏心旋转配重的这种设置产生的振动幅度。在所述系统中，振动幅度随着质心远离配重旋转轴线移动而增大，并且随着质心朝向旋转轴线移动而降低至零。改变配重绕其公共轴线的旋 转速度可以改变振动的频率，所述振动由旋转偏心配重的这种设置产生。在一些应用中，偏心定位的质块设置为在滚压机滚筒内独立于滚压机滚筒的旋转而旋转。本发明不限于以上所描述的所述实施例。根据其它替代实施例，可以使用修改第一压实元件110或第二压实元件120的压实作用力的任何可变振动机构130。

可变振动机构130控制第一压实元件110和第二压实元件120的压实作用力。通过改变可变振动机构130中偏心配重距旋转轴线的距离，修改压实作用力的幅度部分。通过改变可变振动机构130中偏心配重绕旋转轴线的速度，修改压实作用力的频率部分。另外，可以通过同时改变偏心配重距旋转轴线的距离和偏心配重绕旋转轴线的旋转速度，修改可变振动机构130的压实作用力的幅度部分和频率部分两者。

根据一个示范性实施例，传感器140位于第一压实元件110和第二压实元件120中的每一者上。在替代实施例中，多个传感器140可位于第一压实元件110和第二压实元件120上。根据其它替代实施例，传感器140无需位于第一压实元件110和第二压实元件120上，而是可以位于框架105上。替代地，传感器140可以既位于框架105上又位于第一压实元件110和第二压实元件120上。传感器140测量表面材料的压实度，并且存在与第一压实元件110和第二压实元件120相关联的至少一个传感器。表面材料的压实度基于被压实的表面材料的特性以及压实元件的特性。因此，例如，由耦合到第一压实元件110的传感器140感测的表面材料的压实度会测量在第一压实元件110附近的表面材料的特性(例如材料类型、材料密度等等)以及第一压实元件110的特性(例如幅度、频率、偏心配重的速度、偏心配重距旋转轴线的距离、辊筒的旋转速度等等)。无需测量所列出的所有数据参数，这些参数是出于示范性目的而列出的。本领域技术人员应了解，存在众多传感器140或传感器140的组合来实现所述目的，并且这些传感器中任何一者均能满足。

由传感器140感测的第一压实元件110和第二压实元件120的表面压实度经传达到控制系统150。控制系统150利用所述表面压实度测量值来调整第一压实元件110和第二压实元件120中的一者或两者的压实作用力。 控制系统150通过本领域已知的有线或无线通信方法耦合到传感器140。控制系统150还通过本领域已知的有线或无线通信方法耦合到可变振动机构130。控制系统150计算目标压实作用力并修改第一压实元件110和第二压实元件120中的可变振动机构130的压实作用力，以实现本文进一步描述的目标压实作用力。

工业实用性

本发明发现任何压实机器100的潜在应用(除其它潜在应用外)，所述压实机器具有第一压实元件110和第二压实元件120，并且其中第一压实元件110和第二压实元件120中的至少一者具有可变振动机构130。具体地，本发明有助于在压实过程中防止表面材料由于高压实作用力而变松和压碎。本发明通过使用传感器140来测量第一压实元件110和第二压实元件120附近的表面压实度并且确定第一压实元件110和第二压实元件120中的至少一者的目标压实作用力来实现上述目的。

在一个实施例中，压实机器100具有第一压实元件110和第二压实元件120。仅仅第二压实元件120具有可变振动机构130。在所述情况下，即使压实机器100能与作为前缘滚筒或后缘滚筒的所述第二压实元件120一起行进，但本发明的最大益处是在第二压实元件120为后缘滚筒时实现的。第一压实元件110和第二压实元件120都将来自其各别传感器140的表面压实度测量值发送到控制系统150。控制系统150从与第一压实元件110相关联的传感器140获取表面压实度测量值，并且从与第二压实元件120相关联的传感器140获取表面压实度测量值，并且确定第二压实元件120的目标压实作用力。然后，控制系统150将第二压实元件120的压实作用力修改成目标压实作用力。这使得表面材料变松和压碎的可能性最低。

在另一实施例中，压实机器100具有第一压实元件110和第二压实元件120，所述压实元件各具有可变振动机构130。控制系统150确定是第一压实元件110还是第二压实元件120为前缘滚筒。替代地，控制系统150确定是第一压实元件110还是第二压实元件120为后缘滚筒。所述确定可 通过操作者输入、加速度计、位置传感器或者本领域技术人员显而易见的众多其它方法来进行。在所述情况下，前缘滚筒会具有仅仅被其相关联传感器140修改的压实作用力以及对应的表面压实度测量值。然而，后缘滚筒会具有其由表面压实度测量值修改的压实作用力，所述表面压实度测量值由与前缘滚筒和后缘滚筒均相关联的传感器获取。控制系统150会基于两个表面压实度测量值来确定后缘滚筒的目标压实作用力，并且会将所述后缘滚筒的压实作用力修改为目标压实作用力。

实际上，控制系统150确定四个不同的目标压实作用力。第一目标压实作用力用于使用从与第一压实元件110相关联的传感器140获取的表面压实度测量值的所述第一压实元件110。第二目标压实作用力用于使用从与第二压实元件120相关联的传感器140获取的表面压实度测量值的所述第二压实元件120。第三目标压实作用力用于使用从与第一压实元件110相关联的传感器140以及与第二压实元件120相关联的传感器140获取的表面压实度测量值的所述第一压实元件110。第四目标压实作用力用于使用从与第二压实元件120相关联的传感器140以及与第一压实元件110相关联的传感器140获取的表面压实度测量值的所述第二压实元件120。控制系统150会取决于第一压实元件110是前缘滚筒还是后缘滚筒而使用第一目标压实作用力或第三目标压实作用力来修改第一压实元件110的压实作用力。同样，控制系统150会取决于第二压实元件120是前缘滚筒还是后缘滚筒而使用第二目标压实作用力或第四目标压实作用力来修改第二压实元件120的压实作用力。

在压实机器100具有带有可变振动机构130的第一压实元件100和带有可变振动机构130的第二压实元件120的替代实施例中，控制系统150确定四种机器状态。在第一机器状态下，控制系统150仅基于来自其相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第一压实元件110的压实作用力，并且仅基于来自其相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第二压实元件120的压实作用力。在第二机器状态下，控制系统150仅基于来自其相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第一压实元件110的压实作用力，并且基于来自其相关联的传感器140以及与第一压实元件 110相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第二压实元件120的压实作用力。在第三机器状态下，控制系统150基于来自其相关联的传感器140以及与第二压实元件120相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第一压实元件110的压实作用力，并且仅基于来自其相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第二压实元件120的压实作用力。在第四机器状态下，控制系统150基于来自其相关联的传感器140以及与第二压实元件120相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第一压实元件110的压实作用力，并且基于来自其相关联的传感器140以及与第一压实元件110相关联的传感器140的表面压实度测量值来修改第二压实元件120的压实作用力。替代地，可停用控制系统150以使得控制系统150既不感测各种机器状态又不根据机器状态修改第一压实元件110和第二压实元件120的压实作用力。根据其它各种替代实施例，控制系统150可感测并执行四种机器状态中的仅一种或多种机器状态。例如，可设置控制系统150以仅执行四种所描述的机器状态中的一种。

使用来自压实机器100的前缘滚筒的传感器140的表面压实度测量值来确定一或多个可变振动机构130的目标压实作用力将经压实的表面材料的变松和压碎可能性降至最低。本发明从而有助于进一步使压实过程和整体铺砌过程自动化，并且带来了降低的劳动力成本并帮助操作员在压实过程和铺砌过程中减少潜在的高代价的错误。

尽管本发明描述了确定第一压实元件110和第二压实元件120的压实作用力时的表面压实度测量值，但在操作中，表面压实度测量值可以不是用于确定第一压实元件110和第二压实元件120的所需压实作用力和实际压实作用力的唯一因素。本领域的技术人员已知的许多其它特性和数据参数参与确定由可变振动机构130产生的压实作用力。本发明预期在确定压实作用力时使用除了表面压实度测量值以外的其它因素。实情为，其可以是一或多个因素中的一者。

应理解，上述描述仅用于说明目的，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将会了解，通过研究附图、本发明和所附权利要求书，可获得本发明的其它方面。

Claims (15)

1.一种振动压实机，其包括：

框架；

第一圆柱形滚筒，其具有可修改的第一压实作用力，其中所述第一圆柱形滚筒耦合到所述框架；

第二圆柱形滚筒，其具有可修改的第二压实作用力，其中所述第二圆柱形滚筒耦合到所述框架并设置在所述第一圆柱形滚筒后面；

第一传感器，其耦合到所述第一圆柱形滚筒并配置成感测第一表面压实度；

第二传感器，其耦合到所述第二圆柱形滚筒并配置成感测第二表面压实度；

控制系统，其配置成：

接收所述第一表面压实度，确定第一目标压实作用力，并将所述第一压实作用力修改成所述第一目标压实作用力；

接收所述第二表面压实度，确定第二目标压实作用力，并将所述第二压实作用力修改成所述第二目标压实作用力；

接收所述第一表面压实度和所述第二表面压实度以确定第三目标压实作用力，并将所述第一压实作用力修改成所述第三目标压实作用力；以及

接收所述第一表面压实度和所述第二表面压实度以确定第四目标压实作用力，并将所述第二压实作用力修改成所述第四目标压实作用力。

2.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述控制系统进一步配置成确定多个机器状态。

3.根据权利要求2所述的振动压实机，其中所述多个机器状态是第一机器状态、第二机器状态、第三机器状态以及第四机器状态。

4.根据权利要求3所述的振动压实机，其中在所述第一机器状态下，所述控制系统配置成将所述第一压实作用力修改成所述第一目标压实作用力并将所述第二压实作用力修改成所述第四目标压实作用力。

5.根据权利要求3所述的振动压实机，其中在所述第二机器状态下，所述控制系统配置成将所述第一压实作用力修改成所述第三目标压实作用力并将所述第二压实作用力修改成所述第二目标压实作用力。

6.根据权利要求3所述的振动压实机，其中在所述第三机器状态下，所述控制系统配置成将所述第一压实作用力修改成所述第一目标压实作用力并将所述第二压实作用力修改成所述第二目标压实作用力。

7.根据权利要求3所述的振动压实机，其中在所述第四机器状态下，所述控制系统配置成将所述第一压实作用力修改成所述第三目标压实作用力并将所述第二压实作用力修改成所述第四目标压实作用力。

8.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述第一压实作用力由第一可变振动机构修改。

9.根据权利要求8所述的振动压实机，其中所述第二压实作用力由第二可变振动机构修改。

10.一种振动压实机，所述振动压实机包括：

第一压实元件，其具有设定可修改第一压实作用力的第一可变振动机构；

第二压实元件；

第一传感器，其配置成测量与所述第一压实元件相关联的第一表面压实度；

第二传感器，其配置成测量与所述第二压实元件相关联的第二表面压实度；以及

控制系统，其配置成：

接收所述第一表面压实度；

接收所述第二表面压实度；

基于所述第一表面压实度和所述第二表面压实度来确定所述第一压实元件的第一目标压实作用力；以及

修改所述第一可变振动机构以将所述第一压实作用力设定为所述第一目标压实作用力。

11.根据权利要求10所述的振动压实机，其中所述第二压实元件具有设定可修改第二压实作用力的第二可变振动机构。

12.根据权利要求11所述的振动压实机，其中所述控制系统还配置成：

基于所述第一表面压实度和所述第二表面压实度来确定所述第二压实元件的第二目标压实作用力；以及

修改所述第二可变振动机构以将所述第二压实作用力设定为所述第二目标压实作用力。

13.根据权利要求12所述的振动压实机，其中所述控制系统还配置成：

确定是所述第一压实元件还是所述第二压实元件为前缘压实元件；以及

确定是所述第一压实元件还是所述第二压实元件为后缘压实元件。

14.根据权利要求13所述的振动压实机，其中当所述控制系统确定所述第一压实元件是所述后缘压实元件时，所述控制系统修改所述第一可变振动机构以将所述第一压实作用力设定为所述第一目标压实作用力。

15.根据权利要求14所述的振动压实机，其中当所述控制系统确定所述第二压实元件是所述后缘压实元件时，所述控制系统修改所述第二可变振动机构以将所述第二压实作用力设定为所述第二目标压实作用力。