CN106168010B - 铣刨机产率测量系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于具有传送带的铣刨机的产率测量系统。该产率测量系统可以包括配置成推动所述传送带的液压马达;配置成产生第一信号的第一传感器,所述第一信号指示所述传送带正在移动的材料作用于传送带的力;以及配置成产生第二信号的第二传感器,所述第二信号指示跨所述液压马达的压力差。该产率测量系统还可以包括与第一和第二传感器通信的控制器。该控制器可以被配置成基于第二信号判断传送带何时没有正在传送材料,并在传送带没有正在传送材料时基于第一信号自动地重新校准产率测量系统。

Description

铣刨机产率测量系统
技术领域
本公开总体上涉及一种测量系统,更具体而言,涉及用于铣刨机的产率测量系统。
背景技术
柏油表面的道路是为了方便车辆行驶而建造的。根据使用密度、地基条件、温度变化、水分含量和/或实际年龄,道路的表面最终会变形并且无法支撑车轮负荷。为了修复道路以继续供车辆使用,废柏油被移除以针对表面重修做准备。
铣刨机(cold planer)有时也称道路铣削机(road mill)或翻路机(scarifier),其用于打碎并去除柏油道路的层。铣刨机典型地包括由履带或轮式驱动单元推进的框架。框架支撑着引擎、操作员站、粉碎鼓和传送带。粉碎鼓配备有切削工具,前者通过与引擎的适当接口被旋转以打碎道路表面。打碎的道路材料被粉碎鼓放置到传送带上,传送带将打碎的材料传送到拖车以从工地运走。在拖车被填满时,利用空的拖车替换它们。装满的卡车将打碎的材料运输到不同的地方以在新的柏油中聚集再用或以其他方式循环使用。这一运输过程一直重复到完成粉碎过程。
操作员可能希望将每辆卡车都装填到最大法定或期望容量,之后再用空卡车替换,以便减少浪费,提高效率,并且遵守适用法律。为了帮助计算已经粉碎并向卡车中装载了多少材料,制造商为传送带装备了材料测量系统。已知的测量系统通常感测指示在传送带上支撑材料所需的力或用于将其装载到卡车中的功率的参数。然而,在操作期间,粉碎的材料和其他碎屑可能会积累在传送带的部件上和周围,这可能会随着时间降低测量系统的精确度。
在2007年3月20日授权给McIsaac等人的美国专利No.7193162(“'162专利”)中公开了监测由传送带移动的材料的重量的一种尝试。具体而言,专利'162公开了一种系统,用于基于驱动传送带的电动机消耗的功率测量传送带移动的材料的重量。利用电功率传感器测量电动机消耗的功率。每天在传送带上没有材料时获得电功率传感器读数一次,以确定“无负载”功耗。利用校准关系(calibration relationship)将超过“无负载”功率的消耗功率与传送带移动的材料重量关联。在一段时间之内将传送带移动的材料重量列表统计,以确定材料生产率。处于或低于“无负载”功率的所消耗功率被独立列表,并且不包括在重量确定中。在一开始启动传送带时发生的电动机消耗功率的浪涌也独立列表,并从重量确定中排除。
尽管专利'162的系统可以在一些环境下确定传送带移动的材料重量,但可能不是最优的。具体而言,专利'162的系统在整个一天中实际“无负载”值增大时,可能产生不精确的结果。此外,如果在这一天中“无负载”功率下降到初始“无负载”读数以下,将马达上负载增加至初始“无负载”功率所需的材料重量可能会从传送带移动的材料重量的确定中错误地遗漏。
本公开的产率测量系统解决了现有技术中上述一个或多个问题和/或其他问题。
发明内容
在一个方面中,本公开涉及一种用于具有传送带的铣刨机的产率测量系统。该产率测量系统可以包括配置成推动所述传送带的液压马达;配置成产生第一信号的第一传感器,所述第一信号指示所述传送带正在移动的材料作用于传送带的力;以及配置成产生第二信号的第二传感器,所述第二信号指示跨所述液压马达的压力差。该产率测量系统还可以包括与第一和第二传感器通信的控制器。该控制器可以被配置成基于所述第二信号确定传送带何时没有正在传送材料,并在传送带没有正在传送材料时基于所述第一信号自动地重新校准产率测量系统。
在另一方面中,本公开涉及一种操作用于具有由液压马达驱动的传送带的铣刨机的产率测量系统的方法。该方法可以包括接收第一信号,该第一信号指示由传送带传送的材料施加于传送带上的力;接收指示跨液压马达的压力差的第二信号;基于所述第二信号确定所述传送带何时没有正在传送材料;以及在所述传送带没有正在传送材料时,基于所述第一信号自动地重新校准所述产率测量系统。
在又一个方面中,本公开涉及一种用于具有传送带的铣刨机的产率测量系统。该产率测量系统可以包括配置成产生第一信号的第一传感器,所述第一信号指示跨所述液压马达的压力差;以及与所述第一传感器通信的控制器。该控制器可以被配置成基于所述第一信号确定传送带何时没有正在传送材料,并在传送带没有正在传送材料时基于所述第一信号自动地重新校准产率测量系统。
附图说明
图1是所公开的示范性铣刨机的剖视图图示;
图2是可以用于图2的铣刨机的所公开的示范性传送带的透视图;以及
图3是可以用于图1的铣刨机的所公开的示范性产率测量系统的示意图。
具体实施方式
出于本公开的目的,术语“柏油”被定义为骨料和沥青水泥的混合物。沥青水泥是一种作为石油蒸馏的副产品而获得的沥青的黑褐色固体或半固体混合物。可以对沥青水泥进行加热并与骨料混合,以用于铺砌道路表面,其中在冷却时该混合物会硬化。“铣刨机”被定义为用于从现有道路去除硬化柏油层的机器。预计到所公开的铣刨机也可以或替代地用于去除水泥和其他道路表面,或去除非道路表面材料,例如在采矿作业中。
图1示出了一种示范性铣刨机10,其具有由一个或多个牵引装置16支撑的框架14、在框架14的腹部下方旋转支撑的粉碎鼓12,以及安装到框架14并被配置成驱动粉碎鼓12和牵引装置16的引擎18。牵引装置16可以包括连接到致动器20的轮子或履带,致动器20适于相对于地表面可控地升高和降低框架14。应当指出,在公开的实施例中,升高和降低框架14也可以用于改变粉碎鼓12进入工作面17的铣削深度。在一些实施例中,如果需要,相同或不同的致动器20也可以用于引导铣刨机10和或调节牵引装置16的移动速度(例如,以对牵引装置16加速或制动)。传送带系统22可以在前端连接到框架14并被配置成将材料从粉碎鼓12运走并进入容器中,例如等待的拖车24中。如果需要,可以使用其他类型的容器。
框架14还可以在粉碎鼓12相对侧支撑操作员站26。操作员站26可以容纳任意数量的用于控制铣刨机10的接口装置28。在公开的范例中,接口装置28包括显示器28a、报警装置28b和输入装置28c等(图3中仅示出了28a-c)。在其他实施例中,操作员站26可以在铣刨机10外部。例如,操作员站26可以包含遥控装置,例如,手持式控制器,操作员可以使用其从工作地点的任何地方控制铣刨机10。操作员站26或者可以包含用于计算机的软件程序和用户接口,并且可以包括硬件和软件的组合。在其他实施例中,铣刨机10可以是自主的,其可以不包括操作员站26。
显示器28a可以被配置成呈现铣刨机10相对于工作地点特征(例如,工作面17的粉碎和/或未粉碎部分)的(例如,粉碎鼓12的)位置,并向操作员显示数据和/或其他信息。报警装置28b可以被配置成通过听觉和/或视觉方式提示铣刨机10的操作员,粉碎鼓12接近工作地点特征,和/或某些数据片何时超过所关联的阈值。输入装置28c可以被配置成从铣刨机10的操作员接收数据和/或控制指令。其他接口装置(例如,控制装置)也是可能的,并如果需要,可以将上述一个或多个接口装置组合成单个接口装置。
输入装置28c可以是,例如模拟输入装置,其通过一个或多个按钮、开关、刻度盘、操纵杆等接收控制指令。输入装置28c还可以或替代地包括数字部件,例如一个或多个软键、触摸屏和/或视觉显示器。输入装置28c可以被配置成基于从操作员接收的输入产生一个或多个指示与铣刨机10和/或其周围环境相关联的各种参数的信号。
在一个实施例中,输入装置28c可以被配置成接收操作员的选择,该选择指示正在存放已粉碎材料的容器类型或状况。例如,操作员可以从不同类型的拖车和/或其他类型的部分移动或静止的容器列表选择拖车24。预定容积、形状或图像、皮重和/或其他参数可以与每种容器相关联。输入装置28c还可以或替代地被配置成允许操作员人工输入容积、形状、皮重和/或其他参数。输入装置28c也可以被配置成允许操作员指出容器何时是空的和/或准备好被填充。例如,操作员可以在前一容器已经装满和/或被拖走之后,空容器到达并准备好填充时按下按钮或致动输入装置28c的另一个特征。容器信息可以被发送到和/或存储于控制器68中(参考图3)并用于进一步处理。
输入装置28c也可以被配置成接收操作员选择,该操作员选择指出车辆的重量限制WL(例如,拖车24的重量限制)。重量限制可以由主管当局(例如,其可以针对违反行为进行关联的罚款和/或处罚)或由车队运营商(例如,以实现最优效率)施加在特定的道路上。输入装置28c可以被配置成允许操作员从预定列表做出选择或人工输入重量限制WL。重量限制WL可以被发送到和/或存储于控制器68中(参考图3)并用于进一步处理。
传送带系统22可以包括与粉碎鼓12相邻的第一传送带30,其被配置成向第二传送带32传送粉碎的材料。传送带32可以在位于传送带30下方的第一端34处接收粉碎的材料,并在抬高的第二端36处向拖车24中配给粉碎的材料。传送带32可以在第一端34处可旋转地附着于框架14,从而可以调节粉碎材料在第二端36离开传送带32的高度。
传送带30和32均可以包括皮带38,其被支撑在多个无座圈滚柱轴承40上并由马达42(图1中仅示出了一个)驱动。马达42可以包含例如由液压系统44(参考图3)提供动力的液压马达42。液压系统44可以包括流体地连接到驱动马达42的泵43。在图3中,泵43被示为由引擎18驱动,但如果需要,也可以由另一功率源驱动。在其他实施例中,马达42可以包含电动机,其可以由驱动地连接到引擎18的发电机或另一功率源供电。返回到图1,传送带32可以包括盖47以防止外部碎屑跌落和/或积累在皮带38和传送机32的其他部件上。
液压系统44可以包括流体地连接到液压系统44并被配置成产生指示跨马达44的压力差的信号的压力传感器45。压力传感器45可以包括一个或多个传感器。例如,压力传感器45可以包括第一压力换能器45a和第二压力换能器45b。第一和第二压力传感器45a、45b均可以流体地连接到液压系统44并被配置成产生指示液压系统44之内压力的信号。来自第一和第二压力传感器45a、45b的信号可以共同指示跨马达42的压力差。例如,第一压力换能器45a指示的压力和第二压力换能器45b指示的压力之间的差可以等于跨马达42的压力差。或者,压力传感器45可以包括被配置成产生指示跨马达42压力差的信号的单一压力换能器。
如图2所示,传送带32还可以包括配置成支撑无座圈滚柱轴承40和盖47的框架46。无座圈滚柱轴承40可以附着于框架46并配置成支撑皮带38的上部48。在皮带38由马达42驱动时,皮带38的上部48可以将粉碎的材料从传送带32的第一端34(参考图1)传送到第二端36。回行惰轮50(图2中仅示出一个)可以附着于框架46并配置成在皮带返回第一端34以收集更多材料时支撑皮带38的下部52。
在粉碎的材料的重量下,皮带38可以在皮带38从第一端34(参考图1)行进到传送带32的第二端36期间,在无座圈滚柱轴承40上施加向下的力。无座圈滚柱轴承40可以经由锚54附着于框架46并配置成支撑这一向下的力。为了帮助确定向下力的大小,至少一个无座圈滚柱轴承40可以包括力传感器56。例如,力传感器56可以附着于无座圈滚柱轴承40和锚54之间,使得粉碎的材料导致的向下力(即,正交于皮带38的重力)作用于力传感器56上。力传感器56可以被配置成响应于外加力产生电信号,该信号可以指示粉碎材料的重量作用于传送带32的力大小。在一个实施例中,力传感器56可以是包含应变仪(例如,线、薄膜、弹性元件、电阻、箔等)的称重传感器。不过,要理解的是,如果需要,可以使用其他类型的力传感器,例如压电晶体装置、压磁式装置、振动元件等。
有时,力传感器56感测到的向下力的大小可能取决于传送带32的倾角θ。亦即,在传送带32水平时(即,相对于水平面具有0°的倾角θ),力传感器56感测到的向下力的大小可以最大,因为向下力完全正交于皮带38。在倾角θ增大时,例如,在传送带32的第二端36被升高到更高位置时,向下重力的分量可能不再与皮带38正交,力传感器56感测到的力大小可能减小。向下力中保持与皮带38正交的分量可以与倾角θ的余弦成比例。
为了帮助确定传送带32的倾角,传送带系统22可以包括倾角计58,其被配置成产生指示传送带32相对于绝对或相对水平面的角度的信号。可以定位倾角计58,使得在工作期间传送带32移动到任何位置时,倾角计58都相对于皮带38保持固定位置和朝向。例如,倾角计58可以位于盖47、框架46、无座圈滚柱轴承40或传送带系统22的另一个部件上。在一些实施例中,可以使用单个倾角计58针对一个或多个无座圈滚柱轴承40确定倾角θ。在其他实施例中,可以使用多个倾角计58并处理它们的信号(例如,通过求平均值或其他技术)以实现更大的精确度。在传送带32包括具有不同倾角θ的部分的实施例中,一个或多个倾角计58可以与也使用力传感器56的每个部分相关联。在铣刨机工作所在表面大致与地平线平齐的状况中,如果有需要,倾角可以替代地基于致动器(20)的位置和传送带32的已知偏移而确定。
如图3所示,产率测量系统60(“系统”)可以与铣刨机10相关联,并包括协作以确定铣刨机10释放的粉碎材料的质量流动速率铣刨机10已经传输的粉碎材料的总重量Wm(“重量”)、拖车24的填充水平Σ和/或其他统计信息的元件。这些元件可以包括接口装置28、压力换能器45、力传感器56、倾角计58、速度传感器62、定位装置64、通信装置66和与每个其他元件连接的控制器68。包括质量流动速率重量Wm和填充水平Σ的信息可以通过显示器28a向铣刨机10的操作员显示,并由操作员和/或控制器68使用以调节铣刨机10的操作参数(例如,移动速度、鼓旋转速度、铣削深度等)和/或配给拖车24。可以通过通信装置66向铣刨机10之外发送这种信息和/或其他数据,以供工作地点管理使用和/或供后台分析。
速度传感器62可以被配置成产生指示皮带38的线性皮带速度v的信号。例如,速度传感器62可以是附着于皮带轮63的轴驱动传感器,皮带轮63由马达42驱动并与皮带38接触。速度传感器62替代地可以附着于马达42的轴,其信号也可以指示马达42的速度。在一些实施例中,可以使用多个速度传感器62,并由控制器68处理它们的输出,以便减小由皮带38打滑导致的不准确。速度传感器62替代地可以包含与皮带38接触并安装到无座圈滚柱轴承40或框架46上另一位置的轮驱动传感器。速度传感器62可以使用磁性、光学、脉动或其他类型的感测元件检测轴或轮的速度。如果需要,速度传感器62可以包含不同类型的传感器。可以将速度传感器62产生的信号传送到控制器68并用于进一步处理。
定位装置64可以被配置成产生指示铣刨机10相对于本地参考点、与工作区域相关联的坐标系、与地球相关联的坐标系或任何其他类型的2D或3D坐标系的地理位置的信号。例如,定位装置64可以包含电子接收机,其被配置成与一个或多个卫星或用于确定自身相对地理位置的本地无线电或激光发送系统通信。定位装置64可以接收和分析来自多个位置的高频、低功率无线电或激光信号以对相对3D地理位置进行三角测量。然后可以从定位装置64向控制器68传输指示该地理位置的信号。在一些实施例中,可以将定位装置64产生的信号与其他信息相关联,例如控制器68确定的质量流动速率重量Wm和填充水平Σ,并用于产生工作现场的电子地图,后者指示了在各个位置移除了多少材料。
通信装置66可以包括在控制器68和场外实体之间实现数据消息发送和接收的硬件和/或软件。可以根据需要通过直接数据链路和/或无线通信链路发送和接收数据消息。直接数据链路可以包括以太网连接、连接区域网(CAN)或现有技术中已知的另一数据链路。无线通信可以包括使通信装置66能够交换信息的卫星、蜂窝、红外和任何其他类型的无线通信。
控制器68可以被配置成确定传送带32传输的粉碎材料的质量流动速率并在显示器28a上显示质量流动速率例如,控制器68可以从力传感器56接收指示正交作用于皮带38上部48上的正交力FN的大小的信号。基于来自倾角计58的信号,控制器68可以确定传送带32的倾角θ,并使用该角度确定作用于传送带32的总力F的大小。总力F可以指示皮带38支撑的粉碎材料上的重力效应施加于皮带传送带32的力的量。亦即,总力F可以与(力传感器56感测的)正交力FN除以倾角θ的余弦成比例,如EQ1中所示。
EQ1 F=FN/cos(θ)
控制器68可以在每次接收到来自力传感器56的信号时确定总力F。总力F可以指示对应于总力F的粉碎材料的质量m,控制器68可以基于总力F和重力效应导致的粉碎材料的加速度g确定质量m,如EQ2中所示。
EQ2 m=F/g
控制器68可以被配置成基于来自速度传感器62的信号确定皮带38的速度v。利用皮带速度v和质量m作为输入,控制器68可以被配置成连续地确定传送带32传输的材料的质量流动速率如EQ3中所示。
控制器68还可以被配置成基于质量流动速率确定已过去的一段传输时间内传送带32传输到拖车24中的材料总重量Wm。利用来自定位装置64的定位信息,控制器68可以被配置成产生工作地点的电子地图,其指明沿铣刨机10的路径已经去除了多少材料。
控制器68还可以被配置成在传送带32没有正在传送材料时自动地校准测量系统60,以便保持力F、质量流动速率和重量Wm的测量精度。在铣刨机10工作期间,粉碎的材料和/或其他碎屑可以累积于皮带38和无座圈滚柱轴承40之上和周围。力传感器56产生的信号能够随着材料累积而增大,并可能不准确地反映被传送到拖车24中的材料量,直到测量系统60重新校准或去除了累积的材料。因此,控制器68可以被配置成在铣刨机10工作期间当传送带32没有正在传送材料时重新校准测量系统60,以便在整个一天中连续地恢复测量精度。
控制器68可以基于来自压力传感器45a、45b的信号确定传送带32何时没有正在传送材料。亦即,来自压力换能器45的信号可以指示跨马达42的压降,这可以指示用于驱动传送带32的功率P。控制器68可以被配置成基于跨马达42的压力差Δp和液压系统44中流体的体积流动速率Q确定用于驱动传送带32的功率P。例如,控制器68可以基于来自压力换能器45的信号确定压力差Δp。例如,可以基于来自设置于液压系统44中的流量计的信号,或基于马达42或泵43的速度和位移,确定体积流动速率Q。马达42和泵43的位移可以是控制器68的存储器中存储的已知值,可以基于来自速度传感器62的信号确定马达42的速度。可以基于与泵43或引擎18相关联的速度传感器产生的信号确定泵43的速度。用于驱动传送带32的功率P可以等于压力差Δp和体积流动速率Q之积。
控制器68可以被配置成基于功率P与皮重功率PT的比较,确定传送带32何时没有正在传送材料。可以通过铣刨机10启动期间的校准过程获得皮重功率PT,在此期间,控制器68确定无负载驱动传送带32(即,在开始粉碎过程之前)所需的功率。此外,操作员可以在停机时间期间(例如,在等待拖车24到达时)当传送带32运转同时粉碎鼓12和牵引装置16关闭(即,不转动)时,人工地重新校准皮重功率PT。在工作期间,控制器68可以在例如功率P大约等于皮重功率PT时确定传送带32没有正在传送材料。在功率P等于皮重功率PT或在皮重功率PT的特定范围之内时,功率P可以大约等于皮重功率PT。控制器68也可以或替代地被配置成跟踪功率P处在或低于阈值功率的时间量,并基于该时间量确定传送带32何时没有正在传送材料。控制器68还可以被配置成,在铣刨机10的地面速度为零,且已经过去足够多时间供传送带32向拖车24中传送任何剩余材料或功率P已经达到恒定值时,确定传送带32不在传输材料。通过这种方式,不论无座圈滚柱轴承40上积累了多少材料,控制器68都可以确定传送带32何时没有正在传送材料,并在传送带没有正在传送材料的任何时候重新校准测量系统60。
控制器68可以被配置成基于来自力传感器56和/或压力换能器45的信号重新校准测量系统60,以便更新参考值、补偿信号偏移、修改算法等,这些都与测量系统60相关联。例如,控制器68可以利用调零功能重新校准力传感器56。控制器68可以在其存储器中存储皮重力FT,其可以等于传送带32没有正在传送材料时施加于力传感器56上的力。在控制器68重新校准力传感器56时,控制器68可以基于其输出信号确定施加于力传感器56上的当前力,并将当前的力设置为皮重力FT。亦即,控制器68可以在其存储器中存储新的皮重力FT,新的皮重力FT可以等于或基于(例如,利用其计算)在控制器68确定传送带没有正在传送材料时(例如,在功率P大约等于皮重功率PT时)施加于力传感器56上的当前力。通过这种方式,施加于力传感器56的任何附加力将相对于新的皮重力FT增大输出信号的值。将来测量结果和皮重力FT之间的差异可以代表传送带32传送的粉碎材料重量生成的附加力。
控制器68还可以被配置成,基于用于驱动传送带32的功率P确定粉碎材料的质量流动速率和/或重量Wm。控制器68可以被配置成将(基于来自力传感器56的信号所确定的)粉碎材料的质量流动速率和/或重量与(基于用于驱动传送带32的功率P所确定的)质量流动速率和/或重量Wm相比较,以便验证力传感器56的精确度。两组值都也可以或替代地由控制器68处理(例如,通过平均过程或其他功能)以实现传送带32传送的材料的质量流动速率和/或重量Wm的更精确确定。亦即,控制器68可以基于来自力传感器56的信号确定质量流动速率和重量Wm,并且在独立的过程中,控制器68还可以基于来自压力换能器45的信号确定质量流动速率和重量Wm。控制器68然后可以向算法、模型或其他计算中输入独立确定的结果,以提供粉碎材料的质量流动速率和重量Wm的更精确确定。
例如,基于功率P,控制器68可以被配置成确定皮带38向传送带系统22的旋转装置(例如皮带轮63、惰轮、无座圈滚柱轴承40的部件或与皮带38接触的另一旋转装置)施加的转矩τ。例如,转矩τ可以等于功率P除以皮带轮63的旋转速度Ω。可以利用速度传感器62确定皮带轮63的速度Ω。转矩τ还可以等于沿传送带32移动皮带38所需的驱动力FD乘以皮带轮63的半径R,半径R可以是已知值。驱动力FD可以等于以特定速度移动传送带32所需的力。通过这种方式,驱动力FD可以被分离并用于进一步计算。
类似于传送带32的倾角θ能够影响传送带32在粉碎材料重量Wm下经受的正交力FN的大小的方式,倾角θ也可以影响将传送带32从第一端34(参考图1)移动到第二端36所需的驱动力FD。亦即,在倾角θ增大时,驱动力FD可以增大,因为使用更多的力在垂直方向上对抗粉碎材料的重力FW(即,对抗粉碎材料上的重力效应)以在皮带38上移动粉碎材料。粉碎材料的重力FW可以与驱动力FD和倾角θ的正弦之积成比例,如EQ4所示。可以基于重力FW和重力效应导致的粉碎材料的加速度g确定粉碎材料的质量m,如EQ5所示。
EQ4 FW=FD·sin(θ)
EQ5 m=FW/g
利用皮带速度v和EQ5中确定的质量m作为输入,控制器68可以被配置成利用以上EQ6中所示的关系连续地确定传送带32传输的材料的质量流动速率控制器68还可以被配置成,基于质量流动速率确定在过去的一段传送时间内传送带32向拖车24中传送的材料的重量Wm
在控制器68确定传送带32没有正在传送材料并重新校准测量系统60时,控制器68也可以重置皮重功率PT。在材料在传送带系统22的移动部件上和周围累积时,与那些部件相关联的重量和摩擦力可能增大,并且需要来自马达42的更多功率来驱动传送带32。因此,控制器68可以重置皮重功率PT,从而相对于新的皮重功率PT,使得将来确定驱动传送带32所需的功率P更准确。控制器68可以通过确定当前功率P并将皮重功率PT设置为当前功率P来重置皮重功率PT
控制器68可以被配置成基于粉碎材料的重量Wm和拖车24的已知特征(例如,几何形状、容积、形状、皮重、重量限制WL等)确定拖车24的总重量Wtotal和填充水平Σ。控制器68可以被配置成经由显示器28a向操作员显示填充水平Σ、质量流动速率、粉碎材料的重量Wm和拖车24的总重量Wtotal中的一个或多个,由此允许操作员基于该信息控制铣刨机10。
在一些实施例中,控制器68可以被配置成自动地控制铣刨机10和粉碎过程的一些方面。例如,控制器68可以被配置成基于拖车24的填充水平Σ自动地控制铣刨机10的操作。亦即,控制器68可以监测拖车24的填充水平Σ,并在填充水平Σ接近阈值(例如,90%装满)时自动地减慢或停止牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动。如果需要,显然可以使用其他阈值。
控制器68还可以被配置成当拖车24的填充水平Σ达到阈值时警告或以其他方式通知铣刨机10的操作员和/或拖车24的操作员。例如,在填充水平Σ达到阈值(例如,90%装满)时,控制器68可以产生信号,令报警装置28b通过视觉或听觉方式通知操作员拖车24可能很快达到重量限制WL。显然,如果需要,可以使用更大或更小的阈值。控制器68可以被配置成与填充水平Σ的变化协调地改变报警信号(例如,在填充水平Σ增大时),以允许报警装置28b发射也与填充水平Σ的变化协调的听觉或视觉警告。
在一些实施例中,控制器68还可以被配置成管理铣刨机10和外部实体(例如,拖车24、中央设施或诸如修整机的另一个机器——未示出)之间通过通信装置66进行的通信。例如,控制器68可以发送质量流动速率粉碎材料的重量Wm、拖车24的填充水平Σ和/或已经在铣刨机10之外填充的拖车24数量中的一个或多个以用于进一步处理和分析。控制器68还可以被配置成基于填充水平Σ自动地命令或请求送走已填充的拖车24和/或向铣刨机10派送空的拖车24。
控制器68还可以被配置成经由通信装置66从与计算机、容器或其他机器相关联的外部发射机接收数据和/或指令。例如,控制器68可以从拖车24接收数据和信息(例如,其最大容积、重量限制WL、轴数、当前填充水平Σ、与其行驶路径相关联的法定重量限制WL等)。控制器68可以使用该数据和信息在铣刨机10工作期间确定拖车的总重量Wtotal和填充水平Σ。
控制器68可以包含单个微处理器或多个微处理器,其包括用于监测操作员和传感器输入并响应地基于输入调节铣刨机10的操作特性的模块。例如,控制器68可以包括存储器、辅助存储装置、时钟和处理器,例如中央处理单元或用于完成根据本公开的任务的任何其他模块。众多市售微处理器可以被配置为执行控制器68的功能。应当认识到,控制器68可以容易地包含能够控制众多其他机械功能的一般机械控制器。各种其他已知的电路可以与控制器68相关联,包括信号调节电路、通信电路和其他适当的电路。控制器68可以进一步根据需要通信地与外部计算机系统耦合,而不是或除包括计算机系统之外。
工业实用性
可以将所公开的测量系统用于准确第确定粉碎材料的质量流动速率和/或重量是重要的任何铣刨机。所公开的测量系统可以通过利用一个或多个力传感器和压力换能器测量施加于铣刨机传送带的力来确定粉碎材料的质量流动速率和/或重量。该系统内的控制器可以在传送带没有正在传送材料时自动地重新校准系统,以便恢复测量的精确度和可重复性。所公开的测量系统还可以用于确定接收粉碎材料的容器相对于规定重量限制的填充水平及其重量。所公开的测量系统还可以用于绘制从工作地点的各个区域去除的材料量,并向铣刨机之外传输对应的数据。现在将阐释产率测量系统60的操作。
在铣刨机10工作期间,粉碎鼓12可以在铣刨机10穿过工作面17时去除铣刨机10路径中的工作面17中的一部分。可以由第一传送带30向第二传送带32传送粉碎鼓12移除的材料,传送带32可以向拖车24中释放材料。
在传送带32从第一端34向第二端传送材料时,附着于无座圈滚柱轴承40的一个或多个力传感器56可以感测材料的重量并产生指示传送带32上的力的信号。力传感器56可以向控制器68传输该信号,控制器68可以基于该信号确定作用于皮带38上的正交力FN
倾角计58可以产生指示传送带32的倾角θ的信号,并向控制器68传输该信号。基于倾角θ和正交力FN,控制器68可以根据EQ1确定皮带38上的粉碎材料施加于传送带32的总力F。控制器68然后可以根据EQ2基于总力F和重力造成的加速度g确定粉碎材料的质量m。使用质量m、皮带速度v和EQ3中所示的关系,控制器68可以确定传送带32传送的材料的质量流动速率控制器68还可以基于粉碎材料的质量m和速度传感器62确定的皮带38的速度,确定已经传送到拖车24的粉碎材料的总重量Wm
在铣刨机10工作期间,压力换能器45可以监测液压系统44中马达42的上游和下游液压管路的压力。压力换能器45可以产生指示跨马达42的差异Δp的信号并向控制器68发送该信号。控制器68也可以基于来自设置于液压系统44中的流量计的信号,或基于马达42或泵43的速度和位移,确定液压系统44中流体的体积流动速率Q。控制器68然后可以通过将压力差Δp与体积流动速率Q相乘来确定用于驱动传送带32的功率P。
在工作期间,当功率P大约等于皮重功率PT或在皮重功率PT的特定范围之内时,控制器68可以确定传送带没有向拖车24中正在传送材料,并可以自动地重新校准测量系统60。测量系统60的这种自动校准可以减少各种环境下由力传感器产生的不精确数据的量。例如,在无座圈滚柱轴承40上累积一定量的材料时,可能看起来会有对应的力始终压迫在力传感器56上,无论正在进行传送的材料的实际量是多少。随着更多材料累积在无座圈滚柱轴承40上,或折在一些材料被去除时(例如,在工作期间跌落或由人员清扫),可能变得更加难以基于来自力传感器56的信号,确定传送带32上实际有多少材料或者传送带32何时在传送或根本没有正在传送材料。
另一方面,压力换能器45可以产生可用于确定驱动传送带32需要多少功率的信号,这不依赖于无座圈滚柱轴承40上累积了多少材料。因此,控制器68可以监测马达42的功率P输出,并确定传送带32何时没有正在传送材料,即使在来自力传感器56的信号看起来指示无座圈滚柱轴承40上有负载时(例如,由材料累积导致)。这样可以允许在整个一天中更频繁地重新校准测量系统60并提供对铣刨机10产率的更精确的测量。
重新校准测量系统60可以包括利用调零功能重新校准力传感器56,以将其输出信号的值设置为将来测量中使用的皮重值。通过这种方式,力传感器56产生的信号可以排除归因于无座圈滚柱轴承40上的材料累积的力。重新校准测量系统60还可以包括对驱动传送带32所需的皮重功率PT进行重新设置。控制器68可以重置皮重功率PT,从而累积材料的影响被从将来对功率P进行的确定以及对何时传送带32不传输材料进行的确定中排除。
在铣刨机10工作期间,控制器68还可以基于用于驱动传送带32的功率P来确定粉碎材料的流动速率和/或重量Wm。例如,控制器68可以确定皮带38作用的例如皮带轮、惰轮或无座圈滚柱轴承40的部件的旋转装置的速度Ω。控制器68然后可以将用于驱动传送带32的功率P除以旋转装置的速度Ω,以确定皮带38作用于旋转装置上的转矩τ。控制器68可能在其存储器中存储了旋转装置的半径R,通过将转矩τ除以半径R,控制器68可以确定以其当前速度移动传送带所需的驱动力FD
驱动力FD的大小可以包括归因于传送带32传送的粉碎材料的重量FW的力的分量,控制器可以通过将驱动力FD乘以传送带32的倾角θ的正弦来确定重量FW的力,如EQ4中所示。控制器68然后可以通过将重量FW的力除以重力导致的粉碎材料的加速度g,确定传送带32上粉碎材料的质量m,如EQ5所述。利用速度传感器62检测到的皮带速度v和EQ5中确定的质量m作为输入,控制器68可以利用EQ6中的关系连续地确定传送带32传输的材料的质量流动速率控制器68还可以基于质量流动速率追踪在过去的一段传送时间内传送带向拖车24中传送的材料的重量Wm,并通过显示器28a向操作员显示质量流动速率和重量Wm
在铣刨机10穿过工作面17时,可以通过传送带系统22向拖车24中传送粉碎的材料,并在拖车24装满之后从工作区域运走。在拖车24的总重量Wtotal,包括其中包含的粉碎材料的重量Wm,达到最大容许重量时,拖车24可以是装满的,最大容许重量例如是操作员或法定重量限制选择的重量限制WL
拖车24的总重量Wtotal可以等于拖车24的皮重Wtare(即,空时的重量)加上粉碎材料的重量Wm。例如,可以将拖车24的皮重Wtare存储于控制器68的存储器之内。在一些实施例中,控制器68可以存储若干对应于不同类型和大小的容器的皮重。在具体实施例中,控制器68可以通过输入装置28c接收操作员对容器类型的选择,控制器68可以基于操作员的选择确定拖车24的总重量Wtotal。例如,操作员可以从若干容器类型选择,每种容器类型可以与已知的皮重Wtare相关联。每种容器类型也可以与一个或多个额外特征相关联,例如,最大容积(例如,土方数)、型号(例如,型号名称、型号等)、车轴数、最大额定重量(例如,吨位)、容器的形状或图像,或其他特征。操作员也可以或替代地经由输入装置28c人工输入皮重Wtare、最大容积,或与拖车24相关联的其他信息。
在铣刨机10将粉碎材料传送到拖车24中时,可以基于粉碎材料的重量Wm和拖车24的已知特征确定拖车24的填充水平Σ。例如,控制器68可以连续地增加粉碎材料的重量Wm和拖车24的皮重Wtare,以确定拖车24的总重量Wtotal。可以将总重量Wtotal连续地与拖车24的重量限制WL相比较以确定填充水平Σ。例如,填充水平Σ可以是拖车24的总重量Wtotal作为重量限制WL的百分比,如以下EQ7所示。
EQ7 Σ=100×(1–(WL-Wtotal)/WL)
拖车24的重量限制WL可以是由操作员、车队经理或制造商(例如,基于最大容积、燃料效率、行驶距离等)确定的重量限制,用于改善拖车24和/或粉碎操作的总效率。控制器68可以经由输入装置28c接收重量限制WL的操作员选择或人工输入,并将重量限制WL与其存储器之内存储的最大法定重量限制或操作员经由输入装置28c提供的重量限制相比较。在输入的重量限制WL小于或等于法定重量限制时,控制器68可以根据EQ7确定填充水平Σ。不过,在重量限制WL大于最大法定重量限制时,控制器68可以在确定填充水平Σ之前将重量限制WL减小到法定重量限制。显然,如果需要,可以使用其他确定填充水平Σ的方法。
可以经由显示器28a显示拖车24的填充水平Σ以允许操作员基于拖车24的填充水平Σ控制铣刨机10。这样可以允许操作员避免因拖车24填充不足而浪费,同时还避免了拖车24填充过多而超过其选定或法定重量限制WL。例如,在填充水平Σ超过阈值(例如,填充90%)时或在拖车24已满(例如,在填充水平Σ达到100%时)时,操作员可以减慢或停止牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动。显示器28a还可以或替代地显示与粉碎材料或选定容器相关的其他信息,例如粉碎材料的重量Wm、质量流动速率和/或拖车24的特征,例如拖车24的总重量Wtotal、型号、形状或图像和/或其他识别特征。
控制器68也可以或替代地基于拖车24的填充水平Σ对铣刨机10的操作进行自动控制。例如,控制器68可以监测拖车24的填充水平Σ并在填充水平Σ接近阈值(例如,90%装满)时自动地减少粉碎并传送到拖车24中的材料量。控制器68可以通过例如调节牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动,来调节粉碎并传送到拖车24中多少材料。
控制器68还可以基于填充水平Σ判断拖车24何时装满(例如,填充水平Σ何时达到100%)),并跟踪在一段时间内(例如,每小时、每天、每星期、每月、每班、在特定工作地点等)已经装满的拖车数量N。控制器68还可以记录每辆拖车24在其被送走之前的最终填充水平Σ,无论拖车24是否被装满。这一信息可以存储于控制器68中和/或经由通信装置66向外发送。
在拖车24的填充水平Σ达到阈值(例如,90%装满)时,控制器68可以产生信号,令报警装置28b通过视觉或听觉方式通知铣刨机10的操作员拖车24可能很快达到重量限制WL。如果需要,显然可以使用更大或更小的阈值。在一个实施例中,例如,报警装置28b可以产生随着填充水平Σ变化而变化的视觉或听觉信号。例如,在填充水平Σ增大时,报警装置28b发射的声音或光模式可以增大速度或强度,并可以在恰好到达重量限制WL之前变得最快或最强。在一些实施例中,报警装置28b此外可以或替代地可以由拖车24的操作员或铣刨机10区域中的其他人员检测到。通过这种方式,在拖车24准备好移动时,可以通知铣刨机10和拖车24的操作员和其他人。
在操作期间,铣刨机10可以连续或周期性地与外部接收机和发射机交换数据。在一些实施例中,铣刨机10可以经由通信装置66发送粉碎材料重量Wm、拖车24的填充水平Σ、已装满拖车24的数量N、效率数据、其他生产率数据和/或其他铣刨机10外部的信息中的一种或多种。控制器68可以产生针对期望操作或分析周期的数据集,例如每小时、每天、每周、每班、每个工作地点等。铣刨机10可以向现场或场外后端部门计算机发送处理过的数据以进一步分析,或者在已经进行任何初步分析之前向后端部门计算机发回原始数据。铣刨机10还可以直接向容器或其他机器,例如拖车24发送数据和其他信息。例如,铣刨机10可以向拖车24发送重量Wm、填充水平Σ和/或其他信息以供其操作员和/或后端部门功能使用。
有几个优点可能与所公开的测量系统相关联。例如,因为控制器68可以使用来自压力换能器45的信号监测马达42的实际功率输出,所以控制器68可以能够识别更多机会以重新校准力传感器56并改善力测量和对传送带32正在传送的材料重量计算的精确度。此外,因为控制器68还可以基于马达42的功率输出确定传送带32传送的材料重量,所以有额外的数据可用于改善重量测量和/或两个换能器45、56精确度的相互检验。此外,因为控制器68可以接收关于接收粉碎材料的容器(例如,拖车24)的信息,所以控制器68可以确定容器的填充水平并指出容器何时已经填充到最大法定重量或其他期望重量限制。
对于本领域的技术人员显然的是,可以对所公开的产率测量系统做出各种修改和变化而不脱离本公开的范围。考虑本文所公开的产率测量系统的规格和实践,该产率测量系统的其他实施例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。技术规格和范例应被视为仅仅是示范性的,本公开的真实范围由以下权利要求及其等价物指出。

Claims (8)

1.一种用于具有传送带的铣刨机的产率测量系统,所述产率测量系统包括:
配置成推动所述传送带的液压马达;
配置成产生第一信号的第一传感器,所述第一信号指示所述传送带正在移动的材料作用于传送带的力;
配置成产生第二信号的第二传感器,所述第二信号指示跨所述液压马达的压力差;以及
与所述第一和第二传感器通信的控制器,所述控制器被配置成:
基于所述第二信号确定所述液压马达的功率输出;
基于所述第二信号确定所述传送带何时没有正在传送材料;以及
当所述传送带没有正在传送材料时,基于所述第一信号自动地重新校准所述产率测量系统;其中自动地重新校准所述产率测量系统包括在所述传送带没有正在传送材料时,将所述液压马达的所述功率输出设置为皮重功率。
2.根据权利要求1所述的产率测量系统,其中所述控制器被配置成:
基于所述第一信号确定施加于所述第一传感器上的力;以及
当所述传送带没有正在传送材料时将所述力设置为皮重力。
3.根据权利要求2所述的产率测量系统,其中基于所述第二信号确定所述传送带何时没有正在传送材料包括:
在所述液压马达的功率输出等于皮重功率时,确定所述传送带没有正在传送材料。
4.根据权利要求3所述的产率测量系统,其中所述控制器还被配置成基于所述第一信号确定由所述传送带传送的材料的质量流动速率。
5.根据权利要求4所述的产率测量系统,其中所述控制器还被配置成基于所述质量流动速率和已过去的传送时间段,确定所述传送带传送的材料的总重量。
6.根据权利要求5所述的产率测量系统,其中:
所述传送带被配置成向容器中传送材料;以及
所述控制器被配置成基于所述传送带传送的材料的质量流动速率和总重量中的至少一个和所述容器的已知几何形状确定所述容器的填充水平。
7.一种用于具有传送带的铣刨机的产率测量系统,所述产率测量系统包括:
配置成推动所述传送带的液压马达;
配置成产生第一信号的第一传感器,所述第一信号指示跨所述液压马达的压力差;以及
与所述第一传感器通信的控制器,所述控制器被配置成:
基于所述第一信号确定所述液压马达的功率输出;
基于所述第一信号,确定所述传送带何时没有正在传送材料;以及
在所述传送带没有正在传送材料时,基于所述第一信号自动地重新校准所述产率测量系统;其中自动地重新校准所述产率测量系统包括在所述传送带没有正在传送材料时,将所述液压马达的所述功率输出设置为皮重功率。
8.根据权利要求7所述的产率测量系统,还包括:
配置成产生第二信号的第二传感器,所述第二信号指示所述传送带正在移动的材料作用于传送带的力;
其中所述控制器还被配置成基于所述第二信号确定所述传送带传送的材料的质量流动速率。
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