CN107304542A - 振动压实机 - Google Patents

Abstract

描述了一种振动压实机。振动压实机可以包括发动机；支撑发动机的主框架；以及压实元件，其安装在主框架上并且由发动机驱动。振动压实机可以进一步包括振动系统，其容置在压实元件内并且配置成绕旋转轴线旋转以使压实元件振动。振动压实机可以进一步包括控制系统，其配置成控制振动系统的旋转方向。当达到预定通过次数的计数时或当可压实材料达到预定密度时，控制系统可以颠倒振动系统的旋转方向。

Description

振动压实机

技术领域

本发明大体上涉及施工和运土机，并更具体地涉及用于压实材料的振动压实机。

背景技术

振动压实机通常在施工时用于压实诸如土壤、砾石或沥青之类的材料。例如，振动压实机可以用于压实新铺设的沥青、砾石或土壤以用于道路施工、道路维护或建筑物施工目的。振动压实机通常包括振动以在可压实材料上施用压实力的一个或多个压实元件，诸如滚筒、轮胎或板。振动系统可以容置在压实元件内以引发压实元件的振动。此类振动系统可以包括轴，其绕压实元件的旋转轴线旋转；以及偏心配重体，其可旋转地耦接至轴并且随着轴旋转以导致压实元件振动。轴和偏心配重体可在与压缩机的行进方向关联的方向上旋转。

振动压实机可控制振动系统的振动的振幅和频率这二者以调整压实程度。例如，在美国专利号8,393,826中，键轴接合一对内部和外部同心定位的偏心配重体以引发内部偏心配重体相对于外部偏心配重体的旋转。具体地，当内部和外部偏心配重体彼此异相(在轴的轴线的相对侧上)时，振动系统以最小振幅操作，而当内部和外部偏心配重体彼此同相(在轴的轴线的相同侧上)时，振动系统以最大振幅操作。

虽然有效，但上述系统并没有解决可压实材料的变松的问题。变松可发生于压实机在可压实材料已达到某个压实级别之后在其上施加显著的力时，使得压实颠倒且可压实材料开始分离。当发生变松时，可需要重复压缩过程来重新建立所失去的压实级别，由此增加了总的压实时间并且降低了压缩过程的效率。因此，需要用于在使用振动压实机时减少或最小化可压实材料的变松的策略。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种振动压实机。振动压实机可以包括发动机；支撑发动机的主框架；以及压实元件，其安装在主框架上并且由发动机驱动。压实元件可以配置成压实可压实材料。振动压实机可以进一步包括振动系统，其容置在压实元件内并且配置成绕旋转轴线旋转以使压实元件振动。振动压实机可以进一步包括控制系统，其配置成控制振动系统的旋转方向。当可压实材料达到预定通过次数的计数时，控制系统可以将振动系统的旋转方向从对应于压实机的行进方向的方向颠倒成相反方向。

根据本发明的另一个方面，公开了一种配置成在行进方向上驱动并且在压实操作中压实可压缩材料的振动压实机。振动压实机可以包括发动机；支撑发动机的主框架；以及前压实元件和后压实元件，其安装在主框架上并且由发动机驱动。振动压实机可以进一步包括振动系统，其与前压实元件和后压实元件中的至少一个相关联。振动系统可以配置成在压实操作开始时在对应于行进方向的方向上绕旋转轴线旋转，并且当可压实材料达到预定通过次数的计数时或当可压实材料达到预定密度时自动地切换至绕旋转轴线的相反旋转方向。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于控制振动压实机的振动系统的旋转方向的控制系统。振动压实机可以包括压实元件，且振动系统可以配置成绕旋转轴线旋转以导致压实元件振动。当达到预定通过次数的计数时或当可压实材料达到预定密度时，控制系统可以颠倒振动系统的旋转方向。

在结合附图阅读时将更轻易地理解本发明的这些和其它方法和特征。

附图说明

图1是根据本发明构造的振动压实机的示意侧视图。

图2是穿过图1的截面2-2的截面视图，其说明根据本发明构造的压实机的振动系统。

图3是指示根据本发明构造的压实机在可压实材料的选定区域内完成的通过次数的计数的施工现场的示意图。

图4是根据本发明构造的控制系统的示意框图。

具体实施方式

现在参考附图且具体参考图1至2，示出了振动压实机10。振动压实机10可以配置成压实可压实材料12以增大可压实材料12的密度以用于诸如(但不限于)道路施工、道路维护、建筑物施工以及其它施工活动的目的。在这方面，可压实材料12可以是沥青、土壤或砾石等许多其它可能性。

压实机10可以包括操作者驾驶室14、主框架16和安装在主框架16上的一个或多个压实元件18，其可以施用压实力至可压实材料12。另外，机器10可以进一步包括用于对压实元件18提供动力的发动机20(诸如内燃机)以及与机器10相关联的发电机22和/或液压泵24。压实元件18可以包括机器10的前端上的前压实元件26和机器10的后端上的后压实元件28中的任一个或两个。压实元件18可以是绕旋转轴线32在可压实材料12上旋转的滚筒或充气辊子，诸如轮胎。替代性地，压实元件18可以是上下垂直地移动以压实材料12的压实板。

压实机10可以进一步包括与压实元件18相关联的振动系统34，其使压实元件18振动以增大材料12上的压实力(参见图2)。例如，振动系统34可以容置在压实元件18内以如图2中所示般绕旋转轴线32旋转。另外，压实机10可以进一步包括与振动系统34电通信的控制系统38(参见图1)用于控制振动系统34绕旋转轴线32的旋转方向(如下文进一步详细地描述)。

图2中详细地示出了振动系统34。振动系统34可以包括振动轴40和振动马达42，该振动马达可旋转地耦接至轴40以驱动轴40绕旋转轴线32的旋转。振动马达42可以是液压马达，该液压马达将液压泵24中的液压能量转换为输出至轴40的旋转。替代性地，振动马达42可以是由发电机22驱动的电动马达。

一个或多个偏心配重体44可以安装在振动轴40上并且可旋转地耦接至该振动轴用于随该振动轴一起旋转以导致压实元件18振动。例如，偏心配重体44可以包括一对同心配重体，该同心配重体包括径向地定位在外部偏心配重体48内侧的内部偏心配重体46。内部偏心配重体46和外部偏心配重体48可以各自在一个径向侧上承载比另一者更多的重量。键轴50可以接合内部偏心配重体46和外部偏心配重体48这二者以调整内部偏心配重体46相对于外部偏心配重体48的旋转以提供理想的振动振幅。具体地，键轴50的轴向花键端52可以接合内部偏心配重体46的轴向花键孔口54，而键轴50的螺旋花键端56可以接合外部偏心配重体48的螺旋花键孔口58。键轴50在内部偏心配重体46的孔口54内的线性运动可以借助于键轴50与外部偏心配重体48的螺旋花键孔口58之间的螺旋界面转换为内部偏心配重体46和键轴50相对于外部偏心配重体48的旋转运动。

当内部偏心配重体46和外部偏心配重体48如图2中所示般定位成彼此异相(配重体在轴线32的相对侧上)时可以最小化振动系统34的振动振幅，而当配重体46和48定位成彼此同相(配重体在轴线32的相同侧上)时可以最大化振动振幅，但是这些极限值之间可以存在各种中间振幅设定。应进一步注意的是，虽然图2示出了容置在前压实元件26内的振动系统34，但是将理解的是，单独的振动元件34也可以类似地容置在后压实元件28内。在其它设置中，仅前压实元件26或后压实元件28中的一个将具有容置在其中的振动系统34。

在压实操作期间，当达到预定阈值(诸如通过次数的计数60(参见图3))时或当可压实材料12达到预定密度时可以颠倒振动系统34的旋转方向。如本文所使用，“压实操作”是使用压实机10将未压实(例如，新铺设的)可压实材料12的选定区域62压实成最终理想的压实级别的操作。另外，如本文所使用，“通过计数”意味着压实机10在可压实材料12的选定区域62上方的完整遍历。例如，图3示出了可压实材料12的选定区域62上方的三个通过计数60。另外，虽然单个压实机10在图3中示为形成所有三个通过计数60，但是应当理解的是，在某些安装中，通过计数可以由多个机器10协调工作而形成。

当最初在压实操作开始时压实材料12时，振动系统34可以在顺时针方向63上旋转，且因此当机器10在前进方向64上行进时可以与压实材料18在相同方向上旋转。因此，如本文所使用的振动系统34被认为在对应于机器10的行进方向的方向上旋转。此协调可允许相对较快地进行材料12的初始压缩(参见图1至2)。然而，申请人已发现材料12的持续压缩(其中在达到某个压实级别之后振动系统34随着机器10在相同方向上移动而在相同方向上旋转)可造成材料12归因于压实的相对积极本质而变松(或分离)。

为了防止这种变松，当达到预定通过次数的计数60时或当达到预定材料密度时(参见图2)或满足某个其它阈值时可以将本发明的振动系统34的旋转方向颠倒成相反方向68。在当前实例中，这将导致当机器10在前进方向64上行进时振动系统在逆时针方向68上旋转。与振动系统34随着机器10在方向64上移动而在方向63上的顺时针旋转相比，申请人已发现当机器10在方向64上行进时振动系统34在相反方向68上的旋转提供了相对较平缓压实，这增大了压实级别且降低了变松风险。振动系统34的旋转方向随着机器10在方向64上移动而颠倒可以适用于前压实元件26和后压实元件28的振动系统34中的任一个或两个。类似地，如果机器在颠倒方向69上移动，那么振动系统34也可以在顺时针方向63和逆时针方向68中的任一个方向上旋转以最大化压实和最小化变松。在其它情况中，前压实元件26和后压实元件28中的仅一个可以包括振动系统，使得与机器10相关联的仅一个振动系统34将切换其旋转方向。

用于触发方向颠倒的预定通过次数的计数或预定密度可以是可压实材料12的通过次数的计数或预定密度，此时可压实材料12开始发生变松(如由现场测试结果确定)。因此，将理解的是，预定通过次数的计数和预定密度实际上将取决于许多因素(诸如所使用的可压实材料12的类型、可压实材料12的厚度、可压实材料12的温度以及许多其它因素)而改变。

现在转向图4，示出了用于控制振动系统34的旋转方向的控制系统38。控制系统38可以包括处理器70，其能够执行控制振动系统34的旋转方向时所涉及的具体程序。另外，控制系统38可以与振动马达42进行电或无线通信，并且当达到预定通过次数的计数60时或当可压实材料12达到预定密度时可以向振动马达42发送切换振动轴40的旋转方向的命令。在这方面，控制系统38可以将适用于所使用的可压实材料和压实条件的类型的通过次数的计数和/或密度的预定阈值存储在存储器71中。替代性地，控制系统38中可以预编程有预定通过次数的计数或预定密度的默认设定，且操作者可以根据需要使用与控制系统38进行电或无线通信的操作者输入控制72调整通过次数的计数或密度。

在其它设置中，操作者可以输入理想的通过次数的计数或密度，此时振动系统34的旋转方向的切换是使用输入控制72而变得理想。后一设置允许操作者调整通过次数的计数或材料密度，此时基于所使用的可压实材料的具体类型和/或即将发生的其它条件，切换是理想的。作为又一替代，控制系统38可以包括用于通过次数的计数或材料密度(此时，应对不同类型的可压实材料和/或压实条件发生旋转方向的切换)的值的数据库。在此情况中，操作者可以在输入控制72处输入可压实材料和/或压实条件的类型，且控制系统38可以因此从数据库中选择通过次数的计数或材料密度。

如果振动系统34的旋转方向是基于预定通过次数的计数来控制，那么控制系统38可以与通过计数监测器74进行电通信或无线通信，该监测器可以位于压实机10上或另一个位置处。例如，通过计数监测器74可以是位置监测器(诸如全球定位系统(GPS))，其向控制系统38传输指示压实机10已完成的通过次数的计数的信号。

如果振动系统34的旋转方向是基于可压实材料12的密度来控制，那么控制系统38可以与能够监测可压实材料12的密度的一个或多个密度传感器76进行电或无线通信。例如，一个或多个密度传感器76可以安装在压实元件18上并且可以基于压实元件18的振动响应于与可压实材料12(参见图1)的接触而测量可压实材料12的密度。替代性地，一个或多个密度传感器76可以放置在可压实材料12上或附近(参见图1)并且可以发射电子或电磁信号至材料12中以基于可压实材料12中的反射信号测量材料密度。然而，某些设置可包括与压实元件18和可压实材料12这二者均相关联的密度传感器76。在任何情况下，密度传感器76均可以向控制系统38传输指示可压实材料12的密度的信号。

在替代性设置中，操作者可以使用一个或多个操作者致动的输入或开关78(参见图1)控制振动系统34的旋转方向的切换。因此，当已经完成预定通过次数的计数时或当已达到预定材料密度时，操作者可以手动地触发旋转方向的切换。在这方面，操作者在压实操作进行时可以视觉形式监测通过次数的计数或评估材料密度，并且在发生变松之前将旋转方向切换成与前进方向64相反的方向。替代性地，操作者可以使用分别来自通过计数监测器74或密度传感器76的可读信号输出监测通过次数的计数或材料密度。例如，操作者在操作者显示器79(参见图1)处可看到可读信号输出。

在某些压实操作中，多个压实机10可以串接、并联或以其它协作图案设置在可压实材料12上以协调地且因此更快地压实该可压实材料12的选定区域。在此类情况中，与每个压实机10相关联的控制系统38可以独立地操作以当达到预定通过次数的计数或材料密度时将压实机的相应振动系统34的旋转方向从对应于行进方向64的方向63颠倒成相反方向68。替代性地，多个压实机10的控制系统38可以彼此进行电通信或无线通信以当达到预定通过次数的计数或材料密度时协调旋转方向的颠倒。

在一种可能的设置中，多个压实机10可以串接设置，其中前压实机10跟随铺设在可压实材料12下方的铺筑件。前压实机10的振动系统34可以在压实操作开始时在对应于行进方向64的方向63上旋转，并且当达到预定通过次数的计数或材料密度时可以将旋转颠倒至方向68。相比之下，跟随前压实机的剩余压实机的振动系统34可以在整个压实操作中在方向68上旋转以在已经被前压实机10压实的可压实材料12上施用积极不足的力。在达到预定通过次数的计数或材料密度之后，所有压实机10的振动系统34可以在方向68上旋转以在可压实材料12上施用更柔和的力直至达到理想的最终压实级别。

工业实用性

一般而言，本发明的教导可以在使用振动压实机的许多工业(诸如，但不限于，道路和建筑物施工工业)中找到实用性。更具体地，本发明可以在具有包括旋转振动系统的压实机(诸如，但不限于，沥青压实机)的任何这样的工业中找到实用性。

如本文所公开，在压实操作开始时，控制系统38可以向振动马达42传输命令使轴40在对应于压实机10的行进方向64的方向上旋转。因此，振动系统34最初可以在顺时针方向63上旋转以提供可压实材料12的相对较快且积极压实。振动系统34可以继续在此方向上旋转直至控制系统38从通过计数监测器74接收到指示已经达到预定通过次数的计数60的信号或直至控制系统38从密度传感器76接收到指示已经达到预定材料密度的信号。当发生此情况时，当机器继续在方向64上行进时，控制系统38可以向振动马达42传输将振动轴40的旋转方向颠倒成相反方向68的命令。振动系统34在相反方向68上的旋转提供了更缓和的压实和降低变松风险，并且可以继续进行直至可压实材料12达到理想的最终压实级别。理想的最终压实级别可以由机器10的操作者来评估，或可以使用如上所述的一或多个密度传感器76来监测。

因此，本文所公开的振动压实机配置成当可压实材料达到预定通过次数的计数或预定密度时将振动系统的旋转方向从对应于机器行进的方向自动地切换成相反方向。振动系统34在对应于行进方向64的方向63上的旋转在压实操作开始时可能是有利的，因为诸如沥青的许多可压实材料可能对时间敏感并且可随着时间而冷却且变得更硬和耐压实性不断增大。将振动系统的旋转方向切换成相反方向允许以减少或最小化可压实材料的变松的更缓和力继续压实。由于变松事件通常需要重新压实来重新建立所失去的压实级别，本文所公开的压实策略因此可以提高压实的简便性和效率。另外，本文所公开的策略可以应用于通过协调与每个机器相关联的振动系统的旋转方向的切换在公共区域上一起工作的多个压实机。从上文可看出，本文所公开的技术可以在许多领域(诸如，但不限于，道路施工、道路维护、建筑物施工和其它施工应用)中找到广泛的工业实用性。

Claims (10)

1.一种振动压实机，包括：

发动机；

支撑所述发动机的主框架；

压实元件，其安装在所述主框架上并且由所述发动机驱动，所述压实元件配置成压实可压实材料；

振动系统，其与所述压实元件相关联并且配置成绕旋转轴线旋转以使所述压实元件振动；以及

控制系统，其配置成控制所述振动系统的旋转方向，当所述可压实材料达到预定通过次数的计数时，所述控制系统将所述振动系统的所述旋转方向从对应于所述压实机的行进方向的方向颠倒成相反方向。

2.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述压实元件包括前压实元件和后压实元件，且其中所述振动系统容置在所述前压实元件和所述后压实元件中的一个内。

3.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述压实元件包括前压实元件和后压实元件，且其中所述前压实元件和所述后压实元件均包括容置在其中的单独振动系统，当达到所述预定通过次数的计数时，所述控制系统颠倒容置在所述前压实元件和所述后压实元件内每一个振动系统的所述旋转方向。

4.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述压实元件是滚筒。

5.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述可压实材料是沥青。

6.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述可压实材料是土壤。

7.根据权利要求1所述的振动压实机，其中所述振动系统包括振动轴，其配置成绕所述旋转轴线旋转；马达，其配置成驱动所述振动轴的所述旋转；以及偏心配重体，其与所述振动轴相关联以随其旋转，所述振动轴和所述偏心配重体绕所述旋转轴线的所述旋转导致所述压实元件振动。

8.根据权利要求7所述的振动压实机，其中所述偏心配重体包括一对同心定位的偏心配重体。

9.一种配置成在行进方向上驱动并且在压实操作中压实可压实材料的振动压实机，所述振动压实机包括：

发动机；

支撑所述发动机的主框架；

前压实元件和后压实元件，其安装在所述主框架上并且由所述发动机驱动；以及

振动系统，其与所述前压实元件和所述后压实元件中的至少一个相关联并且配置成在所述压实操作开始时在对应于所述行进方向的方向上绕旋转轴线旋转，所述振动系统进一步配置成当所述可压实材料达到预定通过次数的计数时或当所述可压实材料达到预定密度时自动地切换至绕所述旋转轴线的相反旋转方向。

10.根据权利要求9所述的振动压实机，其中所述振动系统包括振动轴，其配置成绕所述旋转轴线旋转；马达，其配置成驱动所述振动轴的所述旋转；以及偏心配重体，其可旋转地耦接至所述振动轴以随其旋转，所述振动轴和所述偏心配重体绕所述旋转轴线的所述旋转导致所述压实元件振动。