CN107304560A - 包括铰接接头测力的压实系统 - Google Patents

包括铰接接头测力的压实系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107304560A
CN107304560A CN201610806141.1A CN201610806141A CN107304560A CN 107304560 A CN107304560 A CN 107304560A CN 201610806141 A CN201610806141 A CN 201610806141A CN 107304560 A CN107304560 A CN 107304560A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compacting
working surface
power
roller
debulking systems
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610806141.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107304560B (zh
Inventor
R·乌特罗特
T·弗雷利赫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Paving Products Inc
Original Assignee
Caterpillar Paving Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Paving Products Inc filed Critical Caterpillar Paving Products Inc
Publication of CN107304560A publication Critical patent/CN107304560A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107304560B publication Critical patent/CN107304560B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
    • E01C19/288—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows adapted for monitoring characteristics of the material being compacted, e.g. indicating resonant frequency, measuring degree of compaction, by measuring values, detectable on the roller; using detected values to control operation of the roller, e.g. automatic adjustment of vibration responsive to such measurements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/026—Improving by compacting by rolling with rollers usable only for or specially adapted for soil compaction, e.g. sheepsfoot rollers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/231—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil with both elastically-deformable and rigid rolling elements, e.g. pneumatic-tyred compactor with selectively operative or inoperative steel-faced roll
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/26—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil self-propelled or fitted to road vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
    • E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
    • E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
    • E01C19/282—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows self-propelled, e.g. with an own traction-unit
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2600/00—Miscellaneous
    • E02D2600/10—Miscellaneous comprising sensor means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Road Paving Machines (AREA)

Abstract

一种压实系统包括：第一框架；通过铰接接头联接到所述第一框架的第二框架；经由第一推进马达可操作地联接到第一框架的第一推进设备，所述第一推进设备构造成响应于由第一推进马达施加的动力在工作表面上推进压实系统；可操作地联接到所述第二框架上的压实滚筒，所述压实滚筒构造成经由与工作表面的滚动接合来压实工作表面；力传感器，其配置和布置成产生指示通过铰接接头传递的推进力的信号；和可操作地联接到力传感器的控制器。所述控制器配置成至少部分地基于来自力传感器的信号来确定压实系统在工作表面上的压实性能。

Description

包括铰接接头测力的压实系统
技术领域
本发明总的涉及压实系统，更具体地涉及表面材料压实系统，其包括测量通过铰接接头的力和配置成用于至少部分地基于所测得的铰接接头力来确定压实系统的压实性能的控制器。
背景技术
已知压实系统和结合压实系统的机器用于压实表面材料以增加该表面材料的密度或硬度。需要表面压实的应用的示例包括为了避免地面进一步自然沉降的建筑工地、需要将垃圾压实到最小体积的垃圾填埋场、以及为了避免沥青进一步沉降并因此避免道路或停车场未来开裂的沥青道路和停车场。
可以监测这些材料的压实的量以确定何时该材料被压缩到期望的密度或硬度。而在过去，采用了各种用于确定压实的量的方法。例如，可在任一随意的或预定的位置来进行材料密度的直接测量。该测量可通过去除用于密度测量的材料的芯样来进行，或者通过沙或水置换设备来进行。替代地，可通过一些不干扰材料的方法例如通过核子测量仪、电磁测量设备等进行测量。
用于确定被压实的材料的密度或硬度的上述方法只提供为测试选定的样本位置的密度指示。此外，上述方法通过人员进行测试而需要额外的时间和工作，这可能会增加成本并降低压实过程的效率。另外，上面讨论的干扰一部分已压实区域的方法在某些情况下、例如在压实停车场的柏油路面时是不期望的，因为对表面材料的干扰可对成品形成不利影响。
题为―Compaction Quality Assurance Based Upon Quantifying CompactorInteraction with Base Material(基于量化压实机与基础材料的相互作用的压实质量保证)”的美国专利No.6,973,821(以下简称―`821专利”)说明了基于压实机和基础材料之间的下沉变形相互作用来机载确定压实质量的有效设施和方法。由`821专利所描述的一个策略包括监测压实机和基础材料之间的能量相互作用。`821专利还指出，推进动力对应于由压实机向基础材料输送的压实能量，并且可以用作用于监测上述能量相互作用的基础。
然而，`821专利描述的设施和方法可以受益于新的设施和方法，以进一步减少不确定性并促进机载确定压实质量的精度。因此，本发明的各方面解决用于改进现有技术中确定压实质量和/或其它挑战的上述机会。
应该理解的是，进行这样的背景描述是为了帮助读者，而不是承认任何所指出问题自身在本领域先前已知。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种压实系统包括：第一框架；通过铰接接头联接到第一框架的第二框架；经由第一推进马达可操作地联接到第一框架的第一推进设备，所述第一推进设备构造成响应由第一推进马达施加的动力在工作表面上推进压实系统；可操作地联接到第二框架的压实滚筒，所述压实滚筒构造成经由与工作表面的滚动接合来压实工作表面；力传感器，其配置和布置成产生指示通过铰接接头传递的推进力的信号；和可操作地联接到力传感器的控制器。所述控制器配置成至少部分地基于来自力传感器的信号来确定压实系统在工作表面上的压实性能。
本发明的另一方面提供一种用于通过压实系统压实工作表面的方法。该压实系统包括经由铰接接头可操作地联接到压实滚筒上的第一推进设备，构造和布置成用于产生指示经由铰接接头从第一推进设备传递到压实滚筒的推进力的信号的力传感器，以及可操作地联接到力传感器的控制器。该方法包括：通过向接触工作表面的第一推进设备供给推进动力而在工作表面上推进压实系统；响应在工作表面上推进压实系统而压实工作表面；并且至少部分地基于来自力传感器的信号通过控制器确定压实系统在工作表面上的第一压实性能。
根据本发明的另一方面，一种用于压实工作表面的机器包括：第一框架；通过铰接接头联接到第一框架的第二框架；经由第一推进马达可操作地联接到第一框架的第一推进设备，所述第一推进设备配置成响应由第一推进马达施加的动力在工作表面上推进所述机器；可操作地联接到第二框架的压实滚筒，压实滚筒构造成经由与工作表面的滚动接合来压实工作表面；力传感器，其配置和布置成产生指示通过铰接接头传递的推进力的信号；和可操作地联接到力传感器的控制器。所述控制器配置成至少部分地基于来自力传感器的信号来确定所述机器在工作表面上的压实性能。
附图说明
图1是根据本发明的一方面的包括压实系统的压实机的侧视图。
图2是根据本发明的一方面的用于压实系统的传动系的示意图。
图3是根据本发明的一方面的压实机在工作表面上进行压实操作时的侧视图。
图4是根据本发明的一方面的压实机的俯视图。
图5是根据本发明的一方面的用于压实机的铰接接头的俯视图。
图6是根据本发明的一方面的沿图5示出的剖面线6-6剖开的铰接接头的局部剖视图。
图7是根据本发明的一方面的相对滚动坍落度与越过工作表面的次数的示例性曲线图。
图8是根据本发明的一方面的距离比h6/h3与越过工作表面的次数的示例性曲线图。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明的各方面，附图中类似的参考数字在全文中标识类似的元件，除非另有说明。
图1是根据本发明的一方面的包括压实系统102的压实机100的侧视图。压实机100可以各种不同的方式配置以便执行各种压实操作。例如，本发明的各方面发现对填埋压实机的应用可配置成具有带尖端的滚筒来压实填埋垃圾，压路机可设计成具有光滑的滚筒以压实道路或停车场的沥青，其它压实机可配置成用于压实土壤或以其它方式准备土方作业。
压实系统102包括一个或多个滚动元件104，滚动元件配置成通过与工作表面106的滚动接触来压实工作表面106。工作表面106可包括土壤、砾石、填埋垃圾、沥青、其组合，或本领域已知的从压实过程受益的任何其它表面材料。
所述一个或多个滚动元件104可以包括推进设备108、压实滚筒110或其组合。推进设备108可操作地联接到机械动力源112，以用于从机械动力源112向推进设备108传递机械动力从而在工作表面106上推进压实机100。推进设备108可包括一个或多个充气轮胎、压实滚筒、轨道驱动器、带驱动器，或本领域中已知的任何其它陆上推进设备。
压实滚筒110可任选地或选择性地联接到机械动力源112以从机械动力源112向压实滚筒110传递机械动力从而在工作表面106上推进压实滚筒110、驱动压实滚筒110内的压实机构130(见图2和4)，或其组合。压实滚筒110的压实机构130可包括振动压实机构。压实滚筒110的圆周表面可以是光滑的表面、有纹理的表面例如带尖端的滚筒，或本领域已知的任何其它的压实滚筒表面结构。
机械动力源112可包括往复式活塞内燃机、燃气涡轮、电动马达或本领域已知的任何其它原动机。机械动力源112和推进设备108或压实滚筒110之间的操作性联接可以包括齿轮传动、带轮驱动、电动发电机-马达驱动、液压泵-马达流体联接、其组合，或本领域中已知的任何其它机械动力传递。
压实机100可以包括经由铰接接头118联接到第二框架116的第一框架114。铰接接头118构造成使第一框架114和第二框架116之间具有围绕至少部分地沿竖直方向122延伸的轴线的旋转自由度，并在第一框架114和第二框架116之间沿纵向120传递推进力。压实机100的纵向120可至少部分地从第一框架114朝向第二框架116延伸，并且压实机100的高度或竖直方向122可横向于纵向120从工作表面106朝向压实机100延伸。
在一些应用中，压实机100的设置在沿纵向120处于铰接接头118的尾部或后方的部分可被称为台车(trolley)。台车可以包括例如第一框架114、驾驶室124、机械动力源112和一个或多个推进设备108。
如图1中示出的非限制性的方面所示，推进设备108经由旋转轴承134联接到第一框架114，压实滚筒110经由旋转轴承132联接到第二框架。然而，应理解，用于压实机的其它配置也被认为落入本发明的范围之内，包括但不限于拖曳压实滚筒。推进设备108可在以第一旋转轴线为中心的第一轴上旋转，并且压实滚筒110可绕以第二旋转轴线为中心的第二轴旋转。
压实机100可包括配置成容纳压实机100的操作者的驾驶室124。驾驶室可以包括座椅和一个或多个控制设备126。一个或多个控制设备126可包括转向机构、速度/油门输入、控制台、数据显示器、网络遥测链路、它们的组合，或本领域已知的有利于操作压实机100的任何其它输入或输出设备。所述一个或多个控制设备126可以可操作地联接到控制器128以在它们之间传送控制输入、机器状态反馈、环境状态反馈或任何其它控制信号。
图2是根据本发明的一方面的压实系统102的传动系150的示意图。传动系150包括机械动力源112和在机械动力源112与所述至少一个推进设备108、压实滚筒110、压实机构130或其组合之间用于传递机械动力的机械联接件。虽然图2示出了主要基于液压传递机械动力的传动系150，应理解，传动系150可包括本领域用于传递机械动力的任何其它装置，包括但不限于齿轮传动装置、带轮传动装置、电动马达-发电机传动装置，以及它们的组合。
至少一个推进设备108可经由驱动轴154可操作地联接到差动齿轮组件152，用于在它们之间传递机械动力。根据本发明的一方面，所述至少一个推进设备108包括两个车轮，其中每个车轮通过各自的驱动轴154可操作地联接到差动齿轮组件152，用于在它们之间传递机械动力。充气轮胎可以安装到两个车轮的每一个上。
差动齿轮组件152可经由轴158可操作地联接到第一推进马达156，用于在它们之间传递机械动力。第一推进马达156可以配置成具有固定排量的双向液压马达；然而，应理解，第一推进马达156可实施其它配置以满足应用要求。
第一推进马达156的第一端口160可以经由导管166流体地联接到第一推进泵164的第一端口162，用于在它们之间传递液压动力；并且第一推进马达156的第二端口168经由导管172流体地联接到第一推进泵164的第二端口170，用于在它们之间传递液压动力。第一推进泵164可以构造成具有可变排量的双向流动泵，然而，应理解，第一推进泵164可以实施其它配置以满足应用要求。此外，第一推进泵164可以经由轴174可操作地联接到机械动力源112，用于在它们之间传递机械动力。
因此，第一推进马达156、第一推进泵164和导管166、172可以构成一个闭环的静液压驱动回路，用于从机械动力源112向推进设备108传递机械动力。当配置成第一流动方向时，第一端口162是第一推进泵164的出口，第一端口160是第一推进马达156的入口。并且在第一配置中，从第一推进泵164的第一端口162到第一推进马达156的第一端口160的流动使轴158和推进设备108分别在第一方向上旋转。
当配置成与第一流动方向相反的第二流动方向时，第二端口170是第一推进泵164的出口，第二端口168是第一推进马达156的入口。并且在第二配置中，从第一推进泵164的第二端口170到第一推进马达156的第二端口168的流动使轴158和推进设备108分别在与第一方向相反的第二方向上旋转。因此，第一推进泵164的第一配置可以推动压实机100沿纵向120向前，并且第一推进泵164的第二配置可推动压实机100沿纵向120向后。
第一推进泵164可以可操作地联接到致动器176，该致动器配置成调节经第一推进泵164的流动方向、第一推进泵164的排量或其组合。致动器176可以是旋转斜盘致动器或本领域已知的任何其它液压泵致动器。此外，致动器176可以可操作地联接到控制器128，使得控制器128可以经由致动器176调节经第一推进泵164的流动方向、第一推进泵164的排量或其组合。应理解，经由致动器176调节第一推进泵164的排量可以用于通过改变流经第一推进马达156的液压流率来改变结合传动系150的压实机100的行进速度。
压力传感器178可以流体地联接到导管166、导管172或联接到两者，并且配置成用于产生指示驱动第一推进马达156的压力势的信号。根据本发明的一个方面，压力传感器178是配置和布置成测量跨越第一推进马达156的压降的压差传感器。另外，压力传感器178可以可操作地联接到控制器128以从压力传感器178向控制器128传送压力信号。
传动系150可以任选地包括配置成使液压流体绕过第一推进马达156、第一推进泵164或绕过该两者的第一旁通阀180。因此，当第一旁通阀180设置在打开位置时，第一推进马达156和推进设备108可以被放置在空档配置，使得第一推进马达156和推进设备108可以独立于第一推进泵164的运行而自由转动。
第一旁通阀180可以可操作地联接到致动器182，并且致动器182可以可操作地联接到控制器128。因此，控制器128可以经由致动器182致动第一旁通阀180。
传动系150可以任选地包括第一离合器184，其配置和布置成实现第一推进马达156和推进设备108之间的选择性的机械联接或脱开。第一离合器184可以可操作地联接到控制器128，使得控制器128可以选择性地导致第一离合器184使第一推进马达156和推进设备108机械联接或脱开。虽然第一离合器184在图2中示出在轴158和差动齿轮组件152之间串联设置，应理解，第一离合器184可以沿着第一推进马达156和推进设备108之间的动力传递路径设置在任意位置。
仍参照图2，压实滚筒110可以包括两个机械动力输入，即用于传递推进动力到压紧滚筒110的导致例如压实滚筒110相对于第二框架116旋转的机械动力输入，以及用于传递动力到压实机构130的机械动力输入。压实滚筒110的压实机构130可包括振动压实机构，其能够改变经由压实滚筒110施加到工作表面106的周期性压实力的幅度、频率或其两者。根据本发明的一个方面，第二推进马达186提供机械动力以推进压实滚筒110与工作表面106滚动接合，压实马达188提供机械动力到压实机构130。
压实滚筒110可经由轴190可操作地联接到第二推进马达186以用于在它们之间传递机械动力。第二推进马达186可以配置成具有固定排量的双向液压马达；然而，应理解，第二推进马达186可实施其它配置以满足应用要求。
第二推进马达186的第一端口192可经由导管198流体地联接到第二推进泵196的第一端口194，用于在它们之间传递液压动力；以及第二推进马达186的第二端口200可以经由导管204流体地联接到第二推进泵196的第二端口202，用于在它们之间传递液压动力。第二推进泵196可以构造成具有可变排量的双向流动泵；然而，应理解，第二推进泵196可实施其它配置以满足应用要求。此外，第二推进泵196可经由轴206可操作地联接到机械动力源112，用于在它们之间传递机械动力。
因此，第二推进马达186、第二推进泵196和导管198、204可以构成一个闭环的静液压驱动回路，用于从机械动力源112向压实滚筒110传递推进动力。当配置成第一流动方向时，第一端口194是第二推进泵196的出口，以及第一端口192是第二推进马达186的入口。并且在第一配置中，从第二推进泵196的第一端口194到第二推进马达186的第一端口192的流动使轴190和压实滚筒110分别在第一方向旋转。
当配置成与第一流动方向相反的第二流动方向时，第二端口202是第二推进泵196的出口，第二端口200是第二推进马达186的入口。并且在第二配置中，从第二推进泵196的第二端口202到第二推进马达186的第二端口200的流动导致轴190和推进设备108分别在与第一方向相反的第二方向上旋转。因此，第二推进泵196的第一配置可沿纵向120向前推动压实滚筒110，第二推进泵196的第二配置可沿纵向向后推动压实滚筒。
第二推进泵196可以可操作地联接到致动器208，该致动器配置成调节经第二推进泵196的流动方向、第二推进泵196的排量、或其组合。致动器208可以是旋转斜盘致动器或本领域中已知的任何其它液压泵致动器。此外，致动器208可以可操作地联接到控制器128，使得控制器128可经由致动器208调节经第二推进泵196的流动方向、第二推进泵196的排量、或其组合。应理解，经由致动器208调节第二推进泵196的排量可用于通过改变流经第二推进马达186的液压流率而改变结合了传动系150的压实机100的行进速度。
压力传感器210可以流体地联接到导管198、导管204、或其两者，并配置成用于产生指示驱动第二推进马达186的压力势的信号。根据本发明的一个方面，压力传感器210是配置和布置成测量横跨第二推进马达186的压降的压差传感器。另外，压力传感器210可以可操作地联接到控制器128以用于从压力传感器210向控制器128传送压力信号。
传动系150可以任选地包括配置成使液压流体绕过第二推进马达186、第二推进泵196或绕过该两者的第二旁通阀212。因此，当第二旁通阀212设置在打开位置时，第二推进马达186和压实滚筒110可以被放置在空档配置，使得第二推进马达186和压实滚筒110可以独立于第二推进泵196的运行而自由转动。
第二旁通阀212可以可操作地联接到致动器214，并且致动器214可以可操作地联接到控制器128。因此，控制器128可以经由致动器214致动第二旁通阀212。
传动系150可以任选地包括第二离合器216，其配置和布置成实现第二推进马达186和压实滚筒110之间的选择性的机械联接或脱开。第二离合器216可以可操作地联接到控制器128，使得控制器128可以选择性地导致第二离合器216使第二推进马达186和压实滚筒110机械联接或脱开。
仍参照图2，压实机构130可以经由轴218可操作地联接到压实马达188，用于在它们之间传递机械动力。压实马达188的入口220可以经由导管226流体地联接到压实泵224的出口222，用于在它们之间传递液压动力。压实马达188可以配置成单向、固定排量的液压马达，以及压实泵224可以配置成单向流动、可变排量的液压泵。然而，应理解，压实马达188、压实泵224、或其两者都可实施不同的配置以满足应用要求。
压实泵224可以包括配置成用于改变压实泵224的排量的致动器240。致动器240可以可操作地联接到控制器128以使控制器128能够经由致动器240改变压实泵224的排量。因此，控制器128可以改变流向压实马达188的液压流量，并从而改变压实马达188的速度。
压实泵224的入口228可以经由吸入导管232从储液器230吸入，压实马达188的出口234可经由返回导管236流体地联接到储液器230。另外，压实泵224可经由轴238可操作地联接到机械动力源112，用于在它们之间传递机械动力。因此，压实泵224、压实马达188和导管232、226、236可以形成用于从机械动力源112向压实机构130传递机械动力的开环液压回路。
虽然驱动压实马达188的液压回路在图2中示出成开环液压回路，应理解，驱动压实马达188的液压回路可以替代地配置成闭环静液压回路，例如图2所示的用于驱动第一推进马达156和第二推进马达186的那些回路或本领域已知的任何其它液压驱动回路。类似地，尽管驱动第一推进马达156和第二推进马达186的液压回路在图2中示出成闭环静液压回路，应理解，用于第一推进马达156和第二推进马达186中任一者的液压回路可替代地配置成包括分流阀以实现正向和反向操作的开环液压回路，或者本领域已知的任何其它液压驱动回路。
轴238、206、174的每一个，以及因此压实泵224、第二推进泵196和第一推进泵164的每一个都可以以相同的旋转速度运行，如图2所示。但是，应理解，轴238、206、174的任一者，以及因此压实泵224、第二推进泵196和第一推进泵164的任一者都可以与机械动力源112有单独且不同的连接，并且因此在与其它轴或泵不同的速度下运行。
虽然图2分别示出了用于第一推进泵164和第一推进马达156以及第二推进泵196和第二推进马达186的单独且不同的液压回路，应理解，第一推进马达156和第二推进马达186可被结合到单个的液压回路中，该液压回路包括大于或等于一个的任何数量的液压泵。
图3是根据本发明的一个方面的压实机100在工作表面106上执行压实过程的侧视图。压实机100可以包括至少一个前部距离传感器250、至少一个中间距离传感器252和至少一个后部距离传感器254。
所述至少一个前距离传感器250可以固定到压实滚筒110前方的第二框架116上，其中，前方/向前的方向沿纵向120从推进设备108朝向压实滚筒110延伸。所述至少一个后距离传感器254可以固定到推进设备108后方的第一框架114上，其中，后方/向后的方向与向前的方向相反。所述至少一个中间距离传感器252可以固定在压实机上、沿纵向120处于推进设备108和压实滚筒110之间，并可以固定到第一框架114或第二框架116中任一者上。如图3所示，所述至少一个中间距离传感器252被安装到第二框架116上。
此外，距离传感器250、252、254中的每一个或任何一个都可以沿竖直方向122安装在压实机100的第一框架114或第二框架116下面，其中，向下方向沿着竖直方向122从压实机100朝向工作表面106延伸。替代地或附加地，距离传感器250、252、254中的每一个或任何一个都可以安装在压实机100上，使得传感器与工作表面106之间具有通畅的视线或光连通。
距离传感器250、252、254中的每一个都可配置成测量压实机100与工作表面106之间的距离。根据本发明的一个方面，距离传感器250、252、254的每一个都构造成用于测量从压实机100的基准平面256到工作表面106的正交或垂直于基准平面256的距离。当压实机100沿着工作表面106行进时，基准平面256可以相对于第一框架114、第二框架116或相对于两者固定。替代地或附加地，第一基准平面262可被限定成关于第一框架114成固定关系，并且第二基准平面264可被限定成关于第二框架116成固定关系，其中，第二基准平面264与第一基准平面262不同。
基准平面256可被限定成位于工作表面106上方并关于压实机100的第一框架114或第二框架116固定的平面中，其中，当工作表面106为刚性且水平时，基准平面256平行于工作表面106。因此，当压实机100设置成在刚性且水平的表面上静止不动时，从基准平面256到压实滚筒110上的最低点258的高度h1可以等于从基准平面256到推进设备108上的最低点260的高度h2。第一基准平面262、第二基准平面264或其两者都可以与基准平面256相似地限定。
应理解，限定成平行于刚性且水平的工作表面106的基准平面256、262、264中的任一者可以只是理论构造，以用于帮助利用距离传感器250、252、254测量压实机100与工作表面106之间的距离，而不对应于压实机100的任何材料表面。
图3示出了压实机100在纵向向前的方向上行进，同时压实工作表面106。工作表面106的第一部分280位于压实滚筒110的前方并且在当前压实过程中尚未被压实机100压实。所述至少一个前距离传感器250可以配置和布置成测量到工作表面106的第一部分280的高度h3。h1和h3之间的高度差可以限定压实滚筒110的下沉距离eB。压实滚筒110的下沉距离eB可以包括工作表面106响应于压实滚筒110的压实的弹性和塑性变形。
工作表面106的第二部分282设置成沿纵向120处于压实滚筒110和推进设备108之间，并且在当前压实过程中已经被压实滚筒110压实但未被推进设备108压实。所述至少一个中间距离传感器252可以配置和布置成测量到工作表面106的第二部分282的高度h6。h3和h6之间的高度差可以指示工作表面106响应于被压实滚筒110压实的塑性变形。
工作表面106的第三部分284设置成沿纵向处于推进设备108的后面、压实滚筒110的轨道内，但沿横向286处于推进设备108的外侧。所述至少一个后距离传感器254可以配置和布置成测量到工作表面的第三部分284的高度h4。相应地，高度h4可以大致等于高度h6，在第二部分282和第三部分284的工作表面的变化范围内，并且在距离传感器252和254的测量不确定性范围内。但是，应理解，高度h4不一定等于h6，因为压实滚筒110到工作表面106中的下沉深度可与一个或更多个推进设备108到工作表面106中的下沉距离不同。
工作表面106的第四部分288设置成沿纵向处于推进设备108的后方，并沿横向286与压实滚筒110和推进设备108两者对齐。因此，第四部分288已经被压实滚筒110和推进设备108两者压实。所述至少一个后距离传感器254可以配置和布置成测量到工作表面的第四部分288的高度h5。
h5和h4之间的高度差可以限定推进设备108到工作表面106中的下沉距离eR。相应地，推进设备108的下沉距离eR可以仅包括工作表面106响应于被推进设备108压实的塑性变形。替代地，推进设备108的另一下沉距离可限定成h2和h4之间的高度差，该高度差可指示工作表面106响应于被推进设备108压实的塑性变形和弹性变形两者。
所述至少一个前距离传感器250定位成沿纵向120与点258相距一距离l1，所述至少一个中间距离传感器252定位成沿纵向与点258相距一距离l2。所述至少一个后距离传感器254定位成沿纵向120与点260相距一距离l3。点258定位成沿纵向与点260相距一距离l4，该距离可以与沿纵向120从压实滚筒110的转动轴线到推进设备108的转动轴线的距离重合。
压实机100还可以包括固定到第一框架114或第二框架116上的纵向倾斜计290、横坡/横向坡度传感器292、全球定位系统(GPS)单元294、或其组合。根据本发明的一个方面，纵向倾斜计290和横坡传感器292两者都固定到第二框架116。另外，纵向倾斜计290、横坡传感器292和GPS单元294中的每一个都可以可操作地联接到控制器128以用于向其传送测量信号。
纵向倾斜计290可配置和布置成产生指示压实机100在由纵向120和竖直方向122限定的平面中的斜度的信号。根据本发明的一个方面，纵向倾斜计290测量压实机100相对于重力方向(g)的纵向倾斜度。因此，应理解，在机器坐标中的竖直方向122不需要与重力方向(g)对齐。
横坡传感器292可以配置和布置成产生指示压实机100在由竖直方向122和横向286限定的平面中的斜度的信号。根据本发明的一个方面，横坡传感器292测量压实机100相对于重力方向(g)的横坡倾角。纵向倾斜计290和横坡传感器292的每一个都可以可操作地联接到控制器128以用于向其传送测量信号。
图4是根据本发明的一个方面的压实机100的俯视图。所述至少一个前部距离传感器250可以包括第一前部距离传感器300、第二前部距离传感器302、第三前部距离传感器304、或其组合。第一前距离传感器300、第二前距离传感器302、第三前距离传感器304中的每一个可以都位于沿纵向120的相同的纵向位置，并且沿横向286位于压实滚筒110的轨道内。替代地或附加地，第一前距离传感器300和第二前距离传感器302可以沿横向286分别与右推进设备306的轨道和左推进设备308的轨道对准，以及第三前距离传感器304可以沿横向286设置在右推进设备306和左推进设备308的轨道之间和外侧。
第一前距离传感器300、第二前距离传感器302和第三前距离传感器304中的每一个都可以可操作地联接到控制器128以用于向其传送高度信号。控制器128可以配置成对来自第一前距离传感器300、第二前距离传感器302和第三前距离传感器304的信号执行算术操作、统计分析，或其两者，以合成一表示与工作表面106的第一部分280的距离的值或数值范围。根据本发明的一个方面，控制器128配置成基于来自第一前距离传感器300、第二前距离传感器302和第三前距离传感器304的任何两个或更多个信号计算平均值。
所述至少一个中间距离传感器252可以包括第一中间距离传感器310、第二中间距离传感器312、第三中间距离传感器314，或它们的组合。第一中间距离传感器310、第二中间距离传感器312和第三中间距离传感器314中的每一个可以都位于沿纵向120相同的纵向位置，并且沿横向286位于压实滚筒110的轨道内。替代地或附加地，第一中间距离传感器310和第二中间距离传感器312可沿横向286分别与右推进设备306的轨道和左推进设备308的轨道对准，以及第三中间距离传感器314可以沿横向286设置在右推进设备306和左推进设备308的轨道之间和外侧。
第一中间距离传感器310、第二中间距离传感器312和第三中间距离传感器314中的每一个都可以可操作地联接到控制器128以用于向其传送高度信号。控制器128可以配置成对来自第一中间距离传感器310、第二中间距离传感器312和第三中间距离传感器314的信号执行算术操作、统计分析，或这两者，以合成一表示与工作表面106的第一部分280的距离的值或数值范围。根据本发明的一个方面，控制器128配置成基于来自第一中间距离传感器310、第二中间距离传感器312和第三中间距离传感器314的任何两个或多个信号计算平均值。
所述至少一个后部距离传感器254可包括第一后部距离传感器316、第二后部距离传感器318、第三后部距离传感器320，或它们的组合。第一后距离传感器316、第二后距离传感器318、第三后距离传感器320中的每一个都可以位于沿纵向120相同的纵向位置，并沿横向286位于压实滚筒110的轨道内。替代地或附加地，第一后距离传感器316和第二后距离传感器318可沿横向286分别与右推进设备306的轨道和左推进设备308的轨道对准，以及第三后距离传感器320可以沿横向286设置在右推进设备306和左推进设备308的轨道之间和外侧。
第一后距离传感器316、第二后距离传感器318、第三后距离传感器320中的每一个都可以可操作地联接到控制器128以用于向其传送高度信号。控制器128可以配置成对来自第一后距离传感器316、第二后距离传感器318、第三后距离传感器320的信号执行算术操作、统计分析，或其两者，以合成一表示工作表面106的第一部分280与基准平面256之间的距离和工作表面106的第三部分284与基准平面256之间的距离的值或数值范围。根据本发明的一个方面，控制器128配置成基于来自第一后部距离传感器316和第二后部距离传感器318的信号计算平均值。
现在参照图5和6，应理解，图5是根据本发明的一个方面的用于压实机100的铰接接头118的俯视图；图6是根据本发明的一个方面的沿着图5所示的剖面线6-6剖开的铰接接头118的局部剖视图。如图5和图6中所示，压实机100包括沿着至少一个推进设备108与压实滚筒110之间的力负载路径设置的至少一个力传感器，使得所述至少一个力传感器配置成产生指示通过铰接接头118传递的力的信号。
根据本发明的一个方面，力传感器350被结合到铰接接头118的枢转轴352中。铰接接头118可包括经由枢轴352可枢转地联接到第二叉形架(轭，yoke)356的第一叉形架354，其中枢轴352穿过第一叉形架354的孔口358和第二叉形架356的孔口360。通过紧固件、焊接、它们的组合或本领域中已知的任何其它紧固方法，第一叉形架354可被固定到第一框架114上，第二叉形架356可被固定到第二框架116上。
力传感器350可以可操作地联接到控制器128用于向其传送测力信号。根据本发明的一个方面，力传感器350经受通过铰接接头118传递的力的全部，并且来自力传感器350的信号指示通过铰接接头118传递的力的全部。替代地，力传感器350可以经受通过铰接接头118传递的力的仅一部分，并且控制器128可以配置成基于来自力传感器350的信号、校准数据、通过铰接接头118的力传递的物理模型或它们的组合来确定通过铰接接头118传递的总的力。
替代地或附加地，力传感器362可被结合到铰接接头118和至少一个推进设备108之间的力负载路径。根据本发明的一个方面，力传感器362可以设置在第一叉形架354和第一框架114之间。此外，至少一个间隔件364也可以设置在第一叉形架354和第一框架114之间。
替代地或附加地，力传感器366可被结合到铰接接头118和压实滚筒110之间的力负载路径。根据本发明的一个方面，力传感器366可以设置在第二叉形架356和第二框架116之间。此外，至少一个间隔件368也可以设置在第二叉形架356和第二框架116之间。
力传感器362和力传感器366可以可操作地联接到控制器128用于向其传送测力信号。根据本发明的一个方面，力传感器362、力传感器366或这两者经受通过铰接接头118传递的力的全部，并且来自各力传感器的信号指示通过铰接接头118传递的力的全部。替代地，力传感器362、力传感器366或这两者经受通过铰接接头118传递的力的仅一部分，并且控制器128配置成基于来自力传感器362的信号、来自力传感器366的信号、校准数据、通过铰接接头118的力传递的物理模型或它们的组合来确定通过铰接接头118传递的总的力。例如，通过铰接接头118传递的力的已知部分可以由所述至少一个间隔件364或所述至少一个间隔件368承载，并且控制器128可以配置成至少部分地基于分别关于通过力传感器362和力传感器366传递的力的由至少一个间隔件364或至少一个间隔件368传递的力来确定通过铰接接头118传递的总的力。
根据本发明的一个方面，压实机100包括结合到枢轴352上的力传感器350，不包括力传感器362、366的任一者。根据本发明的另一方面，压实机100包括力传感器362、力传感器366，或两者，但不包括结合到枢轴352上的力传感器350。
力传感器350、力传感器362或力传感器366的任一者可以包括应变计式测力传感器，或本领域已知的任何其它测力设备。此外，应理解，在图5和6中铰接接头118的展示是简化的概念图，其中省略了一些实用的特征如轴承，以使旨在突出的其它特征清晰。
工业适用性
本发明总的适用于压实机，更具体地适用于结合有铰接接头的压实机。本发明也适用于在压实操作期间确定压实性能的方法，以及在压实操作期间校准压实系统以确定压实性能的方法。
改进了对纵向斜度/坡度的确定
在压实操作期间确定压实性能可取决于、或至少部分地基于确定工作表面106相对于在由压实机100的纵向120和竖直方向122限定的平面中的重力方向(g)的纵向斜度(α)。压实机100可包括纵向倾斜计290，其配置成产生指示压实机100相对于在由纵向120和竖直方向122所限定的平面中的重力方向(g)的纵向斜度的信号(αS)。
然而，申请人认识到，压实机100的纵向斜度可与工作表面106的纵向斜度不同，这是由于当压实机100在坚硬且水平的表面上驻机时纵向倾斜计290的斜度指示的零偏移误差(α0)，由于压实滚筒110到工作表面106的下沉距离(eB)和推进设备108到工作表面106的下沉距离(eR)之间的差异，或其组合。因此，本申请人在这里公开了用于调节纵向斜度测量信号(αS)使其能指示更真实的纵向斜度(α)的方法，该方法通过校准两者之间的偏差实现。
纵向倾斜计290的零偏移误差(α0)可以由推进设备108的总体直径因胎面磨损或充气轮胎充气压力的变化造成的变化产生，可以由压实滚筒110的外径因磨损造成的变化产生，可以由纵向倾斜计290的校准漂移产生，或由它们的组合产生。纵向倾斜计290的零偏移误差(α0)的幅值可通过当压实机100在已知纵向斜度的牢固基准表面上驻机时测量来自纵向倾斜计290的斜度输出信号来确定，由此执行纵向倾斜计290的零点校准。根据本发明的一个方面，已知的纵向斜度是水平纵向斜度。
纵向倾斜计290的零点校准的结果可以通过至少两种方式实施。首先，基于纵向倾斜计290的斜度信号测得的斜度与已知的基准表面纵向斜度之间的差异(α0)可被记录在例如控制器128的存储器中，并作为校准施加到利用纵向倾斜计290的纵向斜度测量中。替代地，基于来自纵向倾斜计290的斜度信号确定纵向斜度的关系可被调整，使得根据校准步骤，由纵向倾斜计290所指示的斜度符合基准表面的纵向斜度，使得α0在校准后等于零。
如前面参照图3所讨论的，压实滚筒110到工作表面106的下沉距离(eB)可以基于来自至少一个前距离传感器250的一个或多个高度测量值(h3)和压实机100的设计信息(h1)来计算，如等式1所示。
eB＝h1–h3 等式1
还如前面参照图3所讨论的，所述至少一个推进设备108到工作表面106的下沉距离(eR)可以基于来自至少一个后距离传感器254的一个或多个高度测量值(h4)和压实机100的设计信息(h2)来计算，如等式2所示。
eR＝h5-h4 等式2
因此，工作表面106的纵向斜度(α)可至少部分地基于从纵向倾斜计290测得的纵向斜度信号(αS)和选择校准因子来计算，如等式3所示。
α＝αS-α0-arctan((eB-eR)/(l4+l1+l3)) 等式3
压实性能的机器驱动动力(MDP)指示
本申请人认识到，与工作表面106滚动接合的负载的滚动阻力取决于材料的密度、材料的硬度、或其组合。进而，本申请人开发了基于压实机100在工作表面106上的滚动阻力的MDP材料压实测量技术以帮助压实机100的操作者确定何时被压实的材料的负荷承受/支承强度符合技术规范。例如，随着工作表面106的材料由压实机100的多次碾压逐渐压实，用于在工作表面106上推进压实机100所需的动力随着进一步压实工作表面106的每一次碾压而减小。
压实机100的最小滚动阻力对应于理想的平整、支承(即，最佳地坚硬、密实，或两者兼备)和水平(即，垂直于重力方向)的表面。用于在这种理想化的表面上推进压实机100的必要的力在本文中指示为FMDP。FMDP的值可以利用物理模型、或通过测量压实机100在接近理想化表面或对应于目标密度和平整度的测试条的实际表面上的滚动阻力来评估。工作表面106上的材料测试条的硬度或密度可以通过常规方法如分析萃取芯样、核子测量仪、电磁测量装置或本领域已知的任何其它工作表面密度或硬度测量技术来表征。
因此，MDP值可以通过借助于理想化的MDP滚动阻力(FMDP)使压实机100在工作表面106上的当前滚动阻力(F)标准化来定义，如等式4所示。
MDP＝F/FMDP≥1 等式4
由于FMDP的值对应于绝对的或虚拟的最小滚动阻力，应理解，任何当前滚动阻力(F)会比FMDP大，因此MDP将大于或等于一。还应理解，随着工作表面106的密度或硬度接近目标或理想的密度或硬度，所测量的MDP值将接近数值一。
为了帮助材料密度或硬度的增加对压实机100的操作者更直观，所述MDP值的成比例的倒数(MDP*)可以在一个或多个控制设备126的显示器上呈现，如等式5中所限定的。
MDP*＝k/MDP 等式5
因此，MDP*将总是小于或等于该比例常数，k，并且MDP*的更高的值对应于工作表面106的材料的密度或硬度的更高的值。根据本发明的非限制性方面，k＝150，因此，MDP*≤150。
根据MDP压实性能测量技术的传统方法，滚动阻力不能直接测量，而是通过用于压实机100与工作表面106的相互作用的其它测量值和物理模型来估计。例如，经由所述一个或多个滚动元件104输送到工作表面的推进动力的总和可以通过确定由机械动力源112产生的机械动力的总量，然后确定或估计从所述机械动力源112的总动力输送到一个或多个滚动元件104的比例来估计。那么，用于滚动元件104的滚动阻力可以被确定为传递到滚动元件104的机械动力除以压实机100的陆地速度，该陆地速度对应于这样确定的滚动元件104的机械动力。
替代地，当一个或多个滚动元件104由液压回路提供动力时，例如，用于所有的滚动元件104的动力可被确定或估计成横跨相应液压马达的压降与通过相应液压马达的液压流率的乘积。然后，滚动阻力可通过传递到滚动元件104的液压动力总和除以对应于传递到滚动元件104的液压动力总和的压实机100的陆地速度来确定或估计。
当执行MDP分析时，期望考虑压实机100分别以纵向斜度(α)向上行进或以纵向斜度(α)向下行进时被消耗或贡献给压实机100的动力。实际上，当压实机100在纵向斜坡上对抗重力加速度(g)向上行进时，必须施加额外的力以克服重力来执行工作，但是这个额外的力不必然指示任意滚动元件104增加的滚动阻力。因此，用于推进压实机100的总力(Ftotal)应当减去由压实机的质量(mmachine)的沿纵向斜度(α)向下作用的分量，以确定或估计滚动阻力(F)，如等式6所示。
F＝Ftotal-mmachine*g*sin(α) 等式6
类似地，当压实机100在重力加速度(g)的辅助下沿纵向斜坡向下行进时，由于重力的辅助而从机械动力源112分出较小的力。因此，用于推进压实机100的总的力(Ftotal)应加上压实机的质量(mmachine)沿纵向斜坡(α)向下作用的分量以确定或估计滚动阻力(F)。因而，如等式6所示，当压实机100上坡行驶时纵向倾斜角(α)为正，以及当压实机100下坡行驶时纵向倾斜角(α)为负。坐标系统可以交替地布置成使得当压实机110上坡行驶时纵向斜度(α)为负，下坡行驶时为正，并且sin(α)的符号将随α的符号变化。应理解，如以上所讨论的，工作表面106的纵向斜度(α)可以通过使用来自纵向倾斜计290的信号校准测得的压实机100的测量纵向斜度(αS)来确定。
虽然连续测量工作表面106的密度或硬度的常规的MDP方法特别有益于压实机100的操作者，本申请人发现，滚动元件104本身的几何结构的变化可以对所得出的滚动力的确定造成变化和不确定性。尤其相对于充气轮胎，充气压力的变化和轮胎胎面经正常磨损的变化可以使基于被输送到作为推进设备108的充气轮胎的推进动力对滚动阻力的确定或估计发生偏差。
在直接测力和滚筒推进被去激励的情况下基于滚筒滚动阻力的滚筒比例MDP
本申请人发现，直接测量通过铰接接头118的滚动阻力可以减少或消除一些与推进设备108如充气轮胎相关联的上述变化和不确定性。通过使传递到压实滚筒110的推进动力去激励，并因此经由第一框架114上的一个或多个推进设备108向压实机100提供所有推进动力，从第一框架114经铰接接头118传递到第二框架116的力的测量可以是在调节纵向斜度之后对压实滚筒110的滚动阻力的直接测量。这种操作模式可称为压实机100的―测量模式”。
因此，可以施用MDP方法，其中理想化的MDP力(FMDP)是在理想化的工作表面106上压实滚筒110独自的理想化的MDP滚动阻力(FMDP，B)，以及压实滚筒110的当前滚动阻力(FS)使用一个或多个力传感器350、362、366直接测量，例如，如先前关于图5和6描述的。此外，对于纵向斜度(α)的调整可以通过确定作用在压实滚筒110上的轴负荷沿重力方向(g)的分量(FA，B)来施加。因此，使用测得的通过铰接接头118传递的力指示压实滚筒110的MDP*可以如等式7所示来计算。
MDP*drum＝k*FMDP，B/(FS-FA，B) 等式7
作用在压实滚筒110的轴上的轴力(FA，B)可以取决于设置在铰接接头118前方的压实机100的质量(mB)，和对应于经由铰接接头118作用在压实滚筒的轴上的台车的一部分质量的力(FT)。前部质量(mB)可包括压实滚筒110及其相应的驱动机构和第二框架116的质量。沿着重力方向(g)作用在压实滚筒110的轴上的台车力(FT)可以作为来自压实机100的物理模型的纵向斜度(α)、由压实滚筒100的轴所承载的负荷的实验室或现场测量值、其组合的函数来确定，或通过本领域已知的用于确定轴负荷的任何其它方法来确定。根据本发明的一个方面，等式7中的轴负荷(FA，B)可通过等式8中的关系来确定或估计。
FA，B＝FT+mB*g*sin(α) 等式8
参照图2，应理解，供给第二推进马达186的推进动力可以通过用致动器208设定第二推进泵196的排量为零而去激励/停用，压实滚筒110配置成通过经由致动器214打开第二旁通阀212、打开第二离合器216、其组合，或本领域中已知的用于使压实滚筒110独立于第二推进泵196自由旋转的任何其它方法而自由旋转。
应理解，当执行上述方法，压实机100设置在具有最小滚动阻力的非常接近理想化的平坦、可承重和水平的表面的压实工作表面106上或者接近工作表面106目标压实度的工作表面106上时，FMDP,drum的值可通过测量经铰接接头118传递的力来确定。此外，应理解，可以在具有或不具有传递到压实机构130的动力的情况下执行上述过程。
虽然在等式7中计算出的MDP*值不包括一个或多个推进设备108的滚动阻力，但是应理解，当通过铰接接头118传递的力被直接测量时，考虑压实滚筒110单独的滚动阻力可以提供可重复且可再现的方法来确定或估计朝向工作表面106的目标密度或硬度的进度。
根据本发明的另一方面，控制器128可以使压实机100配置成在替代测量模式下运行，其中，供给一个或多个推进设备108的推进动力被去激励，压实机100通过向压实滚筒110施加推进动力而在工作表面106上被推进，以及基于测量经铰接接头118从第二框架116传递到第一框架114的力来确定一个或多个推进设备108的滚动阻力。
在此替代模式中，供给推进设备108的推进动力可通过使第一推进泵164的排量设定为零而被去激励。此外，推进设备108可配置成通过打开第一旁通阀180、脱离或打开第一离合器184、或其组合而在空档或自由转动模式下运行。应理解，该替代测量模式可用于表征或校准推进设备108的滚动阻力。
在直接测力和滚筒推进被激励的情况下基于滚筒滚动阻力的滚筒比例MDP
虽然上述滚筒比例MDP方法——其中供给压实滚筒110的推进动力被去激励——有利于确定工作表面106的密度或硬度，但是当推进动力被输送到压实滚筒110和一个或多个推进设备108两者时，仍可能期望将铰接接头118测力结合到滚筒比例MDP方法中。该操作模式可称为压实机100的―工作模式”。
应理解，当除了一个或多个推进设备108之外，额外的推进动力被传递给压式滚筒110时，通过铰接接头118的直接测力将趋于低估克服压实滚筒110的滚动阻力所需的力。然而，为了对抗工作表面106的滚动阻力和纵向斜度来推进压实滚筒110所需的必要的力，可以除了从由压式滚筒110消耗的推进动力得到的推进力之外还包括通过铰接接头118测量的力。
例如经由第二推进马达186(参见图2)传递到压实滚筒110的推进动力将把推进动力给予第二框架116，其不包括在铰接接头118的测力中。然而，响应于施加到压实滚筒110的推进动力的作用在压实滚筒110上的有效力可以推导如下，并结合到滚筒MDP方法中。
现在参照图2，输送到压实滚筒110的推进动力可以被确定或估计成横跨第二推进马达186的压降与通过第二推进马达186的液压流体的流率的乘积。横跨第二推进马达186的压降可通过压力传感器210直接测得，通过第二推进马达186的液压流体的流率可基于第二推进泵196的速度和第二推进泵196的排量来确定或估计。如果系统中存在，应理解，第二旁通阀212将被关闭和第二离合器216将被接合以便从第二推进泵196向第二推进马达186传递液压动力。
确定经第二推进马达186的压降和流率的同时，也确定压实机100在工作表面106上的陆地速度和工作表面106的纵向斜度。接着，基于滚筒推进的有效的力(Fdrum，propulsion)可以通过输送到压实滚筒110的推进动力除以压实机100的陆地速度来计算。然后，基于滚筒推进的有效的力(Fdrum，propulsion)可以被集成到MDP*drum的计算中，如等式9所示。
MDP*drum＝k*FMDP，B/(FS+Fdrum，propulsion-FA，B) 等式9
根据本发明的一个方面，等式9中的轴负荷(FA，B)可通过上面等式8中的关系被确定或估计。
因此，尽管等式9中所示的MDP*计算引入了一些额外的复杂性和可能关于传递到压实滚筒110的推进力的一些不确定性，但它能够运行MDP方法，其中压实滚筒110和推进设备108两者同时被推进动力驱动，而不会为MDP计算增加可能由引入施加到充气轮胎的推进动力而导致的不确定性。
确定相对滚动坍落度而不存在工作表面的弹性变形
使用来自所述至少一个中间距离传感器252的测量值结合前述来自所述至少一个前距离传感器250和至少一个后距离传感器254的测量值，相对滚动坍落度(ΔeB)可以被确定，并用于估计在多次压实过程中工作表面106中被压实的材料的硬度变化。
参照图3，距离h6的测量可以通过一个或多个中间距离传感器252来执行。根据本发明的一个方面，距离h6可能由所述至少一个中间距离传感器252中包括的两个或更多距离传感器的平均值得出。然而，应理解，距离h6和测量值h3的测量可被压实滚筒110到工作表面106中的下沉距离(eB)和至少一个推进设备108到工作表面106的下沉距离(eR)混淆。如后面描述的，距离h3和h6的测量值可以使用校准角(β)来校准，以得出校准后的值h3*和h6*，该值可进而用于计算相对滚动坍落度(ΔeB)。
校准角(β)可通过以下等式10中的关系来限定。
arctan(β)＝eR/(l4+l3) 等式10
校准幅度h3'和h6'对应于h3和h6的测量值，可以分别如等式11和12所示来计算。
h6'＝l2*tan(β) 等式11
h3'＝l1*tan(β) 等式12
校准后的值h3*和h6*可以如等式13和14所示来计算。
h6*＝h6-h6' 等式13
h3*＝h3-h3' 等式14
最后，包括土壤的弹性恢复，相对滚动坍落度(ΔeB)可以如等式15所示来计算。
ΔeB＝|h3*-h6*| 等式15
在实践中，ΔeB的绝对值可以方便地用作相对滚动坍落度，用于跟踪工作表面106的硬度或密度的逐渐增加，如接下来所讨论的。
图7是根据本发明的一个方面的相对滚动坍落度与经过工作表面的次数的示例性曲线图380。如图7所示，压实机100在工作表面106的连续经过可导致相对滚动坍落度ΔeB的幅值单调递减的趋势，其渐近地接近零。应理解，GPS技术或本领域已知的用于跟踪工作表面106上的机器的任何其它技术都可以用于使相对滚动坍落度的数值与工作表面106上的具体位置配对。因此，当压实机在工作表面106上连续经过时，相对滚动坍落度的趋势可以被提供给压实机100的操作者以帮助操作者了解何时达到最佳压实或目标压实。
图8是根据本发明的一个方面的距离比h6/h3与经过工作表面的次数的示例性曲线图382。如图8所示，由所述至少一个中间距离传感器252和至少一个前距离传感器250测得的距离比h6/h3最初可以随着压实机100在工作表面106上方连续经过而单调减少。然而，距离比h6/h3可最终在接近一的数值附近呈现局部最小值384，超过该数值表明额外的经过可能趋于降低工作表面106的密度或硬度。应理解，GPS技术或本领域已知的用于跟踪工作表面106上的机器的任何其它技术都可以用于使距离比h6/h3的值与工作表面106上的具体位置配对。因此，当压实机在工作表面106上连续经过时，所述距离比h6/h3的趋势可以被提供给压实机100的操作者以帮助操作者了解何时达到最佳压实或目标压实。
应理解，前面的描述提供本发明的系统和技术的示例。然而，可以预期本发明的其它实施方式可在细节上与前面的示例不同。对本发明或其示例的所有引用旨在参考在该点被讨论的具体示例，并非更广泛地用于暗示对本发明的范围的任何限制。关于某些特征的区别和贬低旨在表明对这些特征缺乏偏好，但是除非另外说明，否则并不将其从本发明的范围完全排除。
除非在本文中另外表明，本文引用的数值范围仅仅意图用作分别参照落入该范围内的每个单独的值的简写方式，并且每个单独值均被结合到说明书中，如同其被单独地在本文中述及一样。除非在本文中另外表明或者在上下文中明确相反，本文所述所有方法能够按任何合适的次序执行。
控制器128可以是用于实现压实机100或压实系统102的控制的任何专用处理器。应理解，控制器128可以实施在单个壳体中，或实施在分布于整个压实机100或压实系统102的多个壳体中。此外，控制器128可包括功率电子器件、预编程的逻辑电路、数据处理电路、暂时性存储器、非暂时性存储器、软件、硬件、输入/输出处理电路、它们的组合或本领域已知的任何其它控制器结构。
本文描述的任何方法或功能都可以通过控制器128执行或控制。此外，本文描述的任何方法或功能都可以在计算机可读的非暂时性介质中实施，用于使控制器128执行本文所描述的方法或功能。这样的计算机可读非暂时性介质可以包括磁盘、光盘、固态盘驱动器、它们的组合或本领域已知的任何其它计算机可读非暂时性介质。此外，应理解，本文描述的方法和功能可被结合到更大的控制方案以用于发动机、机器或其组合中，包括本文中未描述的其它方法和功能。

Claims (10)

1.一种压实系统，包括：
第一框架；
第二框架，其经由铰接接头可枢转地联接到第一框架；
第一推进设备，其经由第一推进马达可操作地联接到第一框架，所述第一推进设备配置成响应于由所述第一推进马达施加的动力在工作表面上推动压实系统；
压实滚筒，其可操作地联接到所述第二框架，所述压实滚筒配置成经由与工作表面的滚动接合来压实工作表面；
力传感器，其配置和布置成用于产生信号，该信号指示通过铰接接头传递的推进力；和
控制器，其可操作地联接到力传感器，所述控制器配置成至少部分地基于来自力传感器的信号来确定压实系统在工作表面上的压实性能。
2.根据权利要求1所述的压实系统，其中，所述压实系统的压实性能包括以下至少一项：
工作表面的密度响应于压实系统与工作表面的滚动接合而发生的变化，
工作表面的竖直高度响应于压实系统与工作表面的滚动接合而发生的变化，和
工作表面的硬度响应于压实系统与工作表面的滚动接合而发生的变化。
3.根据权利要求1或2所述的压实系统，其中，所述压实滚筒经由第二推进马达可操作地联接到所述第二框架，所述第二推进马达配置成选择性地向压实滚筒施加推进动力，使得压实滚筒还配置成在工作表面上推进压实系统，和
其中，所述控制器还配置成：
停用第二推进马达，由此停止向压实滚筒施加推进动力，以及
当第二推进马达被停用时确定压实滚筒的压实性能。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压实系统，其中，所述第一推进设备包括构造成接合所述工作表面的充气轮胎。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压实系统，其中，所述压实滚筒经由第二推进马达可操作地联接至所述第二框架，所述第二推进马达构造成向压实滚筒选择性地施加推进动力，使得压实滚筒还构造成在工作表面上推进压实系统，和
其中，所述控制器还被配置成：
向第二推进马达施加推进动力，以及
至少部分地基于来自力传感器的信号和施加到第二推进马达的推进动力来确定压实系统在工作表面上的压实性能。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压实系统，其中，压实系统在工作表面上的压实性能不基于由第一推进马达施加到第一推进设备的动力来确定。
7.一种用于通过压实系统压实工作表面的方法，所述压实系统包括：
第一推进设备，其通过铰接接头可操作地联接到压实滚筒，
力传感器，其配置和布置成产生指示经由铰接接头从第一推进设备传递到压实滚筒的推进力的信号，和
可操作地联接到力传感器的控制器，
所述方法包括：
通过向接触工作表面的第一推进设备施加推进动力而在工作表面上推进压实系统；
响应于在工作表面上推进压实系统而压实工作表面；和
至少部分地基于来自力传感器的信号通过控制器来确定压实系统在工作表面上的第一压实性能。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括停止向压实滚筒施加推进动力，
其中，确定压实系统的第一压实性能在停止向压实滚筒施加推进动力时进行。
9.根据权利要求7或8所述的方法，还包括通过施加推进动力到压紧滚筒和施加推进动力到第一推进设备以推进压实滚筒跨过工作表面，
其中，确定压实系统的第一压实性能是基于来自力传感器的信号和施加到压实滚筒的推进动力的大小。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，确定压实系统的第一压实性能不是基于施加到第一推进设备的推进动力而确定的。
CN201610806141.1A 2016-04-25 2016-09-06 包括铰接接头测力的压实系统 Active CN107304560B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/138148 2016-04-25
US15/138,148 US9845580B2 (en) 2016-04-25 2016-04-25 Compaction system including articulated joint force measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107304560A true CN107304560A (zh) 2017-10-31
CN107304560B CN107304560B (zh) 2020-12-04

Family

ID=60020759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610806141.1A Active CN107304560B (zh) 2016-04-25 2016-09-06 包括铰接接头测力的压实系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9845580B2 (zh)
CN (1) CN107304560B (zh)
DE (1) DE102016116577A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109750580A (zh) * 2017-11-03 2019-05-14 宝马格有限公司 通过压路机测量铺筑层厚度
CN112640268A (zh) * 2018-08-28 2021-04-09 米沃奇电动工具公司 电池供电的独立电动机单元
CN115491952A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 湖南交通国际经济工程合作有限公司 一种公路路基路面智慧压实监控系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE543161C2 (en) * 2018-09-28 2020-10-13 Dynapac Compaction Equipment Ab Method of controlling operation of a vibratory roller
US10928227B2 (en) * 2019-04-15 2021-02-23 Caterpillar Inc. Mounting system for mounting a sensor assembly
US10851942B1 (en) * 2019-05-30 2020-12-01 Caterpillar Paving Products Inc. Vibratory system lubrication remaining useful life
US11658546B2 (en) 2019-11-08 2023-05-23 Milwaukee Electric Tool Corporation Battery-powered stand-alone motor unit
WO2021133929A1 (en) 2019-12-23 2021-07-01 Milwaukee Electric Tool Corporation Battery-powered stand-alone motor unit
CN112924310B (zh) * 2020-09-03 2022-08-19 中节能建设工程设计院有限公司 基于土体刚度的堆石坝料压实质量检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1200157A (zh) * 1995-10-24 1998-11-25 英格索尔-兰德公司 用于在振动式压路机中显示压实度的方法和设备
CN101474993A (zh) * 2007-11-29 2009-07-08 卡特彼勒铺路产品公司 用于压实车的动力管理系统及方法
CN102147353A (zh) * 2009-12-22 2011-08-10 卡特彼勒路面机械公司 用于压实测量的方法和系统
US20150211199A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Caterpillar Inc. Device and process to measure ground stiffness from compactors
CN105203416A (zh) * 2014-06-11 2015-12-30 卡特彼勒路面机械公司 用于确定弹性模量的系统和方法
CN105229238A (zh) * 2013-05-23 2016-01-06 卡特彼勒公司 用于确定压实状态的系统和方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3244249A (en) * 1963-11-21 1966-04-05 Canadair Ltd Articulated joint assembly
BE764858A (fr) * 1970-04-07 1971-08-16 Domenighetti Domenico Machine composite de chantier a articulation centrale avec element auxiliaire orientable
US3814531A (en) * 1971-12-13 1974-06-04 Koehring Co Articulated roller assembly
US6188942B1 (en) 1999-06-04 2001-02-13 Caterpillar Inc. Method and apparatus for determining the performance of a compaction machine based on energy transfer
ES2339929T3 (es) 2001-09-19 2010-05-27 Volvo Construction Equipment Ab Vehiculo de construccion con un sistema para medir las propiedades de los materiales.
US7044680B2 (en) 2002-03-15 2006-05-16 Gomaco Corporation Method and apparatus for calculating and using the profile of a surface
US6973821B2 (en) 2004-02-19 2005-12-13 Caterpillar Inc. Compaction quality assurance based upon quantifying compactor interaction with base material
EP2366830B1 (de) * 2010-03-18 2016-05-11 Joseph Vögele AG System und Verfahren zum Aufbringen eines Strassenbelages
DE102010035131A1 (de) * 2010-08-23 2012-02-23 Bomag Gmbh Vorrichtung zur gelenkigen Verbindung von zwei Fahrzeugrahmen einer Baumaschine
CA2814056A1 (en) * 2010-10-13 2012-04-19 Ammann Schweiz Ag Method for determining the stiffness and/or damping of an area of a physicalness
DE102010052713A1 (de) 2010-11-26 2012-05-31 Bomag Gmbh Verfahrbare Vorrichtung zur Verdichtung eines Bodenschichtaufbaus und Verfahren zur Ermittlung eines Schicht-E-Moduls einer obersten Schicht dieses Bodenschichtaufbaus
US9207157B2 (en) * 2014-03-17 2015-12-08 Caterpillar Paving Products Inc. System and method for determining a state of compaction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1200157A (zh) * 1995-10-24 1998-11-25 英格索尔-兰德公司 用于在振动式压路机中显示压实度的方法和设备
CN101474993A (zh) * 2007-11-29 2009-07-08 卡特彼勒铺路产品公司 用于压实车的动力管理系统及方法
CN102147353A (zh) * 2009-12-22 2011-08-10 卡特彼勒路面机械公司 用于压实测量的方法和系统
CN105229238A (zh) * 2013-05-23 2016-01-06 卡特彼勒公司 用于确定压实状态的系统和方法
US20150211199A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 Caterpillar Inc. Device and process to measure ground stiffness from compactors
CN105203416A (zh) * 2014-06-11 2015-12-30 卡特彼勒路面机械公司 用于确定弹性模量的系统和方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109750580A (zh) * 2017-11-03 2019-05-14 宝马格有限公司 通过压路机测量铺筑层厚度
CN112640268A (zh) * 2018-08-28 2021-04-09 米沃奇电动工具公司 电池供电的独立电动机单元
CN115491952A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 湖南交通国际经济工程合作有限公司 一种公路路基路面智慧压实监控系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20170306575A1 (en) 2017-10-26
US9845580B2 (en) 2017-12-19
CN107304560B (zh) 2020-12-04
DE102016116577A1 (de) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107304560A (zh) 包括铰接接头测力的压实系统
CN101139831B (zh) 使用压实响应和测绘信息的工地准备方法
AU2008307682B2 (en) Machine-to-machine communication system for payload control
CN105229238B (zh) 用于确定压实状态的系统和方法
US8965640B2 (en) Conditioning a performance metric for an operator display
CN105518223B (zh) 大型履带式牵引机的实时拉力‑滑动曲线建模
US10018611B2 (en) Soil compaction system and method
CN106029991B (zh) 作业车辆的控制系统、控制方法以及作业车辆
US9086698B2 (en) Determining an optimum operating point of an earth moving machine
CN106982561A (zh) 调节在车辆处的液压能够促动的拖动器的运行的装置和方法
AU2017378140B2 (en) System and method for monitoring payload distribution and machine including same
CN109837821B (zh) 压实机和监测压实机的压实构件的方法
CN107505145A (zh) 一种履带式推土机负荷综合试验平台及其方法
CN106168010A (zh) 铣刨机产率测量系统
WO2016028469A1 (en) Use of wheel slip to help identify soft spots
DE102019110750A1 (de) System und verfahren zum steuern des kettenschlupfs
US20140156155A1 (en) Determination of Optimum Tractor Reverse Speed
CN102518024B (zh) 压路机行走系统及其控制方法、控制装置和压路机
US20220365536A1 (en) Real-time surface scanning and estimation of ground characteristics for ground compacting work machines
Naranjo Experimental Investigation of the Tractive Performance of an Instrumented Off Road Tire in a Soft Soil Terrain
CN116734974A (zh) 用于使用滚动阻力确定机器重量的系统、方法和设备
US11953337B2 (en) System and method for assisted positioning of transport vehicles for material discharge in a worksite
US20230193572A1 (en) Machine service set position control system
Lipsett et al. A robotic system to characterize soft tailings deposits
CN104115196B (zh) 路面管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant