CN105369717A - 用来检测压土机的压紧辊的运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来检测压土机(10)可围绕着旋转轴线(A)旋转的压紧辊(20)的运动的装置，包含：在辊外罩(22)的内侧上的多个运动传感器(a_i)，该运动传感器在圆周方向上围绕着所述旋转轴线(A)以一圆周间距相对彼此设置并且可随着辊外罩(22)围绕着旋转轴线(A)旋转；无线电-信号传输装置(32)，用来把以运动传感器(a_i)的传感器信号为基础的运动信息传输给评估单元(34)；能量转换装置(36)，用来从压紧辊运动中获取电能，以便供应给运动传感器(a_i)和无线电-信号传输装置(32)。

Description

用来检测压土机的压紧辊的运动的装置

技术领域

本发明涉及一种用来检测压土机可围绕着旋转轴线旋转的压紧辊的运动的装置。

背景技术

在用来压实地面建筑材料(如土壤、砾石、沥青或类似物体)的压土机中，为了达到期望的压实度，至少一个压紧辊配备有振动驱动装置。借助这种振动驱动装置，例如可产生压紧辊的周向振动加速度，以便产生压紧辊的振荡运动，即在圆周方向上来回运动。此外还可能的是，借助振动驱动装置可引起压紧辊的径向振动加速度，并因此随之引起震动运动，即关于压紧辊的旋转轴线在径向方向上的运动。

为了在这样构建的压土机中获取有关压紧辊的运动状态的知识，已知的是，在框架构件上，在压紧辊的范围内设置传感器，例如加速度传感器或角传感器。但因为这些传感器与在其运动状态方面待监控的辊自身不会达成运动式耦合，而是与可旋转地承载着该辊的框架达成运动式耦合，所以由这种传感器提供的传感器信号或包含在里面的信息只能受限制地用来精确地解读出压紧辊的运动状态，尤其是不同的振动模式或运动形式，例如压紧辊的弹跳、摆动或摇转。

发明内容

本发明的目的是提供一种用来检测压土机的压紧辊的运动的装置，该装置使得能够精确地查明压紧辊的运动状态。

按本发明，此目的通过一种装置得以实现，该装置用来检测压土机可围绕着旋转轴线旋转的压紧辊的运动，包含：

-在辊外罩的内侧上的多个运动传感器，该运动传感器在圆周方向上围绕着旋转轴线以圆周间距相对彼此设置，并且可随着辊外罩围绕着旋转轴线旋转；

-无线电-信号传输装置，用来把以运动传感器的传感器信号为基础的运动信息传输给评估单元；

-能量转换装置，用来从压紧辊运动中获取电能，以便供应给运动传感器和无线电-信号传输装置。

在本发明中首先重要的是，用来检测运动状态的传感器与辊外罩一起移动。因为传感器在此定位在辊外罩的内侧上，所以它们免受外部影响。尽管借助辊外罩围绕着旋转轴线运动的传感器经受了力或加速度，其直接相当于辊外罩自身的力或加速度，并因此提供信号，与在用来检测框架部件的运动状态的传感器中出现的情况相比，该信号与压紧辊的运动状态的联结明显更紧密。

因为还设置有无线电-信号传输装置，用于把以传感信号为基础的信号传输给评估单元，所以可不必设置旋转套管并且可以省略相应的电缆连接，因此按本发明的装置可构造得更坚固，且不容易出现故障，但同时还明显更轻便。

因为还设置有能量转换装置，它从压紧辊自身的运动中获取能量，并因此一方面供应给传感器，另一方面供应给无线电-信号传输装置，所以按本发明的装置在检测压紧辊的运动状态时完全自给自足地工作。此外，各种借助电能待运行的系统区域，例如运动传感器和无线电-信号传输装置，没必要通过任何的导线连接来从外面以电能供应。

为了在按本发明的装置中，与压紧辊的各自占据的旋转位置无关地，在压紧辊与待压实的材料接触的地方查明运动状态，还建议，设置至少一个群组，该群组具有至少三个、优选至少四个以圆周间距相对彼此设置的运动传感器。

在此为了确保，由一个群组的传感器提供的信号可对应于压紧辊的某个长度区域，还建议，一个群组的运动传感器基本上设置在相同的轴向区域内。

因为在运动状态方面压紧辊或它的辊外罩的端部区域是尤其关键的，还建议，在辊外罩的至少一个、优选两个轴向端部区域中设置一组运动传感器。尤其如果在两个轴向端部区域中分别设置一组运动传感器，则还可通过比较由这两个群组提供的信息来推断轧辊中间区域中的运动状态。

一个群组中的运动传感器可优选以相对彼此均匀的圆周间距来设置，因此在考虑群组中一个或多个传感器的信号的情况下实施的信号评估能够尽量简单地进行，或对于所有传感器来说以相同的方式来进行。

运动传感器的至少一部分可构成为加速度传感器，其中为了实现压紧辊的运动状态的尽量精确的解析，有利地应用了三轴-加速度传感器。

无线电-信号传输装置可对应于每个运动传感器包含信号传递单元。因此，提供了一个构造单元，它可自给自足的工作地设置在任意的位置上。

为了实现尽量简单的构造，建议，无线电-信号传输装置具有用于一组运动传感器中的至少两个运动传感器、优选所有的运动传感器、最优选的是所有的运动传感器的、共同的信号传递单元。因为按本发明是通过无线电来传递信号，所以无线电-信号传输装置可随辊外罩一起旋转地定位，并因此无问题地通过导线连接与多个运动传感器相耦合，而不需要旋转套管。

此外，对应于每个运动传感器和/或无线电-信号传输装置或每个信号传递单元，能量转换装置还包含换能单元，则有助于提供工作时基本上自给自足的单元，即便其它单元由于损坏不能再使用时，该单元也还能继续工作。

由于尽量简单且成本划算的构造，对于能量转换装置来说建议，对应于至少两个运动传感器和/或无线电-信号传输装置的至少两个信号传递单元，优选一组运动传感器中的所有的运动传感器和/或从属于它们的信号传递单元，最优选的是所有运动传感器和/或信号传递单元，该能量转换装置包含共同的换能单元。

本发明还涉及一种具有至少一个压紧辊的压土机，并且为至少一个压紧辊配备有按本发明构建的装置，该装置用来检测压紧辊的运动状态。

在此，为了改善该至少一个压紧辊的压实效果，可配备振动驱动装置，用来产生压紧辊的周向振动加速度和振荡运动，和/或用来产生压紧辊的径向振动加速度和震动运动。当然，该振动驱动装置可具有不同的驱动单元，用来产生不同的运动状态。

附图说明

下面参照附图详细地描述了本发明。其中：

图1在侧视图中示出了可用来压实地面的压土机；

图2在原理视图中示出了用来检测图1的压土机的压紧辊的运动状态的装置的结构；

图3在其视图a)和b)中以原理方式示出了能量转换装置的定位；

图4在以原理方式示出的辊外罩的布局中示出了多个三轴-加速传感器的定位；

图5示出了辊外罩的原理侧视图，用来阐述重力加速度对运动状态检测的影响。

具体实施方式

图1在侧视图中简化地示出了用来压实地面的、自行进式的压土机10。该压土机10包含后方的车厢区域12和两个驱动轮16，驾驶室14设置在该车厢区域上，此驱动轮通过未示出的驱动器为实现旋转而驱动。前方的车厢区域18以铰接的方式与后方的车厢区域12相连，所述前方的车厢区域18围绕着旋转轴线可旋转地承载着压紧辊20(通常也称为轮箍)。辊外罩22因此在此以其外圆周面24与待压实的地面26接触。

为了能控制压实效果，压紧辊20配备有振动驱动装置，其通常设置在由压紧辊包围的空间区域中。按照构造方式，此振动驱动装置可把压紧辊20带到不同的振动状态中，在借助圆周振动对压紧辊20进行加载时，这些或这个辊外罩22执行围绕着压紧辊20的旋转轴线来回振荡的振荡运动。径向振动加速度产生了辊外罩22或外圆周面24的震动运动，即在径向方向上的运动。通过选择不同的加速度状态的重合或分别待施加的加速度，还可根据待压实的材料来影响压实性能。

为了在压土机10中尤其在压紧辊20与待压实的地面26的建筑材料接触的地方确定压紧辊20的运动状态，压紧辊20配备了装置28，借助该装置能够检测到可围绕着旋转轴线旋转的压紧辊20的运动。

在图2中还以原理类型和方式示出的装置28包含多个运动传感器a_i，此运动传感器可借助辊外罩22围绕着压紧辊20的旋转轴线旋转。有利的是，这些运动传感器a_i构成为三轴加速度传感器，它们对于三个可能的空间方向x、y和z可分别提供代表此方向中的加速度或加速分量的信号，或者可提供通过此加速度矢量的叠合而产生的总加速度信号。

这些加速度传感器把其传感信号传递给微控制器30。该微控制器30再次与无线电-信号传输装置32相连，其以运动传感器a_i的传感信号为基础把基本的运动信号传输给例如设置在驾驶室中的评估单元34。在此评估单元34中可进行信号或数据处理，并且可把压紧辊20的运动状态例如以图像或数字形式展示给操纵压土机10的人员。

为了把运行所需的电能提供给待供应电能的系统区域(即运动传感器a_i)、微控制器30和无线电-信号传输装置32，还设置有能量转换装置36。此能量转换装置36象微控制器30、运动传感器a_i和无线电-信号传输装置32一样设置在压紧辊20上，优选设置在辊外罩22的内侧38上，因此借助装置28的其它部件可围绕着压紧辊20的旋转轴线旋转。换能器36可从压紧辊20的运动中获取电能。在此尤其可充分利用，压紧辊20通过已述的振动驱动装置执行振荡运动和/或震动运动，即交替地来回运动。这一点可充分用来使能量转换装置36的摆动质量置身于摆动运动之中，并通过电磁变换或例如还在充分利用压电效应的情况下获得电能。受摆动运动的制约，在能量转换装置36中产生的电压的极性交替地逆转。因此有利的是，设置整流器40(例如桥式整流器)，以便能用直流电压来在电力方面加载待运行的系统区域。

根据压紧辊20最初或原本置身于哪种运行状态之中，在此可有利的是，能量转换装置36可不同地定位。因此，例如图3a)示出了能量转换装置36，它具有可用来激起摆动运动的摆动质量42，它能够关于与辊外罩22固定相连的头部区域44基本上实施关于旋转轴线A的径向摆动运动。如果压紧辊20最初借助径向振动加速度来加载，并因此应该执行震动运动，则这种定位或定向是有利的。

图3b示出了一种装置，在此装置中能量转换装置36是这样定位的，即在此成对设置的摆动质量42、42’能够关于主体部位44基本上执行圆周运动或切线运动。如果压紧辊20或它的辊外罩22为执行振荡运动最初借助径向振动加速度来加载，则这一点是尤其有利的。

如图1和4所示，不同的运动传感器a_i在围绕着旋转轴线的圆周方向上分散地设置在辊外罩22的内圆周侧38上。为了尤其在它与待压实的地面26接触的下方区域中精确地确定压紧辊20的运动状态，有利的是，设置至少一个具有三个这种运动传感器a_i的群组，优选分别四个运动传感器a_i的群组。在图4中示出了这一点。在该处可看到以原理方式示出的辊外罩22，并在它的两个轴向端部区域46、48中分别看到分别具有四个三轴-加速度传感器a₁、a₂、a₃、a₄(群组G₁)或a₅、a₆、a₇、a₈(群组G₂)的群组G₁或G₂。设置在各自的群组G₁或G₂中的传感器a_i分别以均匀的圆周间距(即在此分别为90°)进行设置。不同的运动传感器a_i在此例如这样定向，即它通过待检测的加速分量x大致在圆周方向上定向，加速分量y在压紧辊20的旋转轴线的方向上定向，并且分量z垂直于辊外罩22，即径向地关于压紧辊20的旋转轴线定向，其中在辊外罩22上的方向朝正的z-方向定义。

借助群组G₁和G₂的不同运动传感器a_i的这种布局，可在每个圆周区域46、48中查明哪个或哪些运动传感器a_i定位在下方，即与待压实的地面接触。如同图5可看到的一样，如果加速度传感器a₁定向在下方，则加速度的z-分量受限地包含永久地重合振动加速度的、恒定的重力加速度g。在此加速度传感器a₁中具有g的重合振动加速度的、恒定的份额，而在此状态中位于上方的、即与地面26相隔最远的加速度传感器a₃提供了z-加速分量信号，该z-加速分量信号重合了具有其它符号的重力加速度(此处即为g)。在两个定位在中间高度上的加速度传感器a₂和a₄中，z-分量没有提供通过重力加速度的重合而产生的恒定份额。通过查明在不同传感器信号中、尤其含有z-分量的恒定份额，可精确地查明不同群组G₁或G₂的各自传感器a_i在圆周方向上或关于地面的定位。如果没有传感器与地面26直接接触，即没有传感器设置在下方区域中，则在每个从属于群组G₁、G₂的加速度传感器a_i中z-加速分量包含不同于零的恒定份额。通过考虑由所有传感器随后提供的信号，能以简单的方式通过相应的角度关系，来推断压紧辊20的旋转位置。如果没有传感器直接定位在下方区域中，则例如可通过全盘考虑两个在下方定位得最远的传感器，来在与地面26接触的区域中推断出运动状态。还可只评估那些最接近地面26的传感器的信号。

在以上阐述的方式和方法中，其用来查明各自的群组G₁或G₂中的哪些运动传感器a_i应该用来定义下侧上的运动状态，可为了实现更准确的角位置分辨率还可以考虑代表x-加速分量的信号。在重力加速度的叠加方面，该信号朝图5中代表的z-分量信号相差移动90°因此在考虑x-加速分量和z-加速分量时，在各群组的运动传感器a_i在圆周方向上确定位置时，并因此还关于底面26，可达到更好的角位置辨识度。

如同前面参照图3和能量转换装置36已阐述的一样，该装置28能够以各种不同的方式构成。因此例如可规定，在所有传感器a_i的布局中设置唯一的微控制器30，并且与之共同作用地设置无线电-信号传输装置32，其具有唯一的传递单元50。所有这些系统区域可例如由唯一的能量转换装置36借助能量来供应。所有传感器a_i的传感信号传输到唯一的微控制器30中，这可在微控制器30中已实现信号加工，尤其是不同的传感信号联结在一起，然后传递给评估单元34，例如显示加工效果。当然，微控制器30还可只用来把不同传感器a_i的信号按时间顺序传递给评估单元34以实现进一步的信号加工，这意味着，在微控制器30自身中基本不进行信号加工。

在备选的构造方案中，可根据能量需求来设置更多数量的能量转换装置36。例如在每个群组G₁和G₂的布局中可分别设置能量转换装置36。在相应的能量需求中，还可在每个传感器a_i的布局中设置能量转换装置36。

此外，无线电-信号传输装置32的传递单元50数量还可改变。在此，例如在每个群组G₁或G₂的布局中设置传递单元50。在相应的构造上的联结中，也可为每个传感器a_i设置独立工作的传递单元50，因此例如可创造一种构造单元，在此构造单元中运动传感器a_i、微控制器30、传递单元50和从属于它的能量转换装置36必要时与整流器40联合在一起。

如同图1所示，能以不同的方式来供应来自能量转换装置36的电能。如图结合在图1中定位在下方的传感器a₁所示，这个或这些传感器a_i、无线电-信号传输装置32亦或微控制器30彼此独立地用电能来供应。备选地，如同与定位在上方的传感器a₃相比示出的一样，在它和微控制器30之间存在的连接可既用来传递传感信号，也用来以电能来实现供应，即双向地应用。

此外，无线电-信号传输装置32或至少一个传递单元50可不仅用来发送信号至评估单元34，而且还用来接收信号。因此例如可能的是，更新存在于微控制器30中的工作程序，或者必要时实现不同传感器a_i的参数化(即例如算出零值)、标准化或类似情况。在微控制器30和评估单元34之间待传递的信号或信息能以模拟的形式存在，但也能以数字的形式存在。尤其数字化的编码能以简单的方式和方式在不同传感器a_i的布局中以信号技术的方式来区分包含在无线电信号中的信息。

为了还进一步地获得压紧辊20的运动状态或定位，还可能的是，设置一个或多个角度传感器ω，其也称为Gyro-元素。借助这种例如定位在旋转轴线附近的传感器，尤其还可以获得旋转轴线有关在空间中的位置或旋转速度的信号。一个或多个这种角度传感器还能以上述方式和方法与加速度传感器类似地用电能来供应，或通过微控制器30和无线电-信号传输装置32把它的检测信号或以此为基础的信息传递给评估单元34。

此外要指出的是，该装置28的不同系统区域可在不同的区域中设置在辊外罩的内侧上。为了加速度传感器，直接设置在辊外罩的内圆周面上，以便能在此最佳地检测它的运动状态。能量转换装置也可设置在辊外罩的内圆周面上，以便能尽量有效地利用动能。无线电-信号传输装置只要例如在结构方面构造得与能量转换装置分隔开来，则可设置在其它区域中，例如压紧辊的旋转轴线附近的区域或轮毂圆盘区域或类似区域。能量转换装置和/或传感器或这些传感器的至少一部分可例如定位在轮毂区域的径向外部区域上，该轮毂承载着辊外罩并且例如构成为圆盘状。

Claims (13)

1.一种用来检测压土机(10)可围绕着旋转轴线(A)旋转的压紧辊(20)的运动的装置，包含：

-在辊外罩(22)的内侧上的多个运动传感器(a_i)，该运动传感器在圆周方向上围绕着所述旋转轴线(A)以一圆周间距相对彼此设置并且可随着辊外罩(22)围绕着旋转轴线(A)旋转。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包含：

-无线电-信号传输装置(32)，用来把以运动传感器(a_i)的传感器信号为基础的运动信息传输给评估单元(34)；

-能量转换装置(36)，用来从压紧辊运动中获取电能，以便供应给运动传感器(a_i)和无线电-信号传输装置(32)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置至少一个群组(G₁、G₂)，该群组具有至少三个、优选至少四个以圆周间距相对彼此设置的运动传感器(a_i)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，一个群组(G₁、G₂)的运动传感器(a_i)基本上设置在相同的轴向区域内。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，在辊外罩(22)的至少一个、优选两个轴向端部区域(46、48)中设置一组(G₁、G₂)运动传感器(a_i)。

6.根据权利要求3至5之任一项所述的装置，其特征在于，一个群组(G₁、G₂)中的运动传感器(a_i)相对彼此以均匀的圆周间距来设置。

7.根据权利要求1至6之任一项所述的装置，其特征在于，至少一部分运动传感器(a_i)构成为加速度传感器(a_i)，优选构成为三轴-加速度传感器(a_i)。

8.根据权利要求2至7之任一项所述的装置，其特征在于，所述无线电-信号传输装置(32)对应于每个运动传感器(a_i)包含一信号传递单元(50)。

9.根据权利要求2至8之任一项所述的装置，其特征在于，无线电-信号传输装置(32)具有用于一组(G₁、G₂)运动传感器(a_i)中的至少两个运动传感器(a_i)、优选所有的运动传感器、最优选的是所有的运动传感器(a_i)的、共同的信号传递单元(50)。

10.根据权利要求2至9之任一项所述的装置，其特征在于，所述能量转换装置(36)对应于在每个运动传感器(a_i)和/或无线电-信号传输装置(32)包含一换能单元。

11.根据权利要求2至10之任一项所述的装置，其特征在于，对应于至少两个运动传感器(a_i)和/或所述无线电-信号传输装置(32)的至少两个信号传递单元(50)，优选一组(G₁、G₂)运动传感器(a_i)中的所有运动传感器(a_i)和/或从属于这些运动传感器的信号传递单元(50)，最优选的是所有运动传感器(a_i)和/或信号传递单元(50)，该能量转换装置包含共同的换能单元(50)。

12.一种压土机，包含至少一个压紧辊(20)，并且对应于所述至少一个压紧辊(20)配备了至少一个按上述权利要求之任一项所述的装置(28)。

13.按权利要求12所述的压土机，其特征在于，该至少一个压紧辊(20)配备有振动驱动装置，用来产生周向振动加速度，和/或用来产生径向振动加速度。