CN108166356A - 可变宽度的自动转变 - Google Patents

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Abstract

提供一种系统来自动改变模具宽度，从而当板块被模制时在非停机状态下改变所模制的混凝土板块的摊铺宽度。外部弦线参考用于控制摊铺机的第一侧的高度和方向。坡度传感器用于自动控制机器框架第二侧的高度。起始点信号发生器提供信号以启动自动宽度转变。控制器控制宽度致动器以响应于起始信号和控制器的预编程函数来控制模具宽度的变化。

Description

可变宽度的自动转变
技术领域
本发明通常涉及用于滑模摊铺机的控制系统，并且更具体地但非限制性地涉及在摊铺操作期间当机器向前移动时用于控制摊铺宽度的变化的系统。
背景技术
在用于形成在地表面上的结构的诸如混凝土滑模摊铺机的建筑机器中，重要的因素包括对作业工具高度以及因此所模制的混凝土结构的规格或高度的控制，以及对机器转向方向的控制。
这种滑模摊铺机通常从已经放置在机器的预定路径的一侧或两侧上的弦线获取参考读数。以往，当期望创建具有从一个结构宽度到第二结构宽度转变的模制混凝土结构时，两条弦线已经布置在机器所需路径的任一侧上，并且混凝土结构的宽度的变化通过改变两条弦线之间的宽度来创建。
以前使用的另一种技术是在滑模摊铺机的一侧上具有单条弦线，并且在机器的第二侧上手动使得机器伸缩来控制宽度的变化。在这种情况下，第二侧上的高度可由坡度传感器来控制。
对改进的系统存在持续的需求以在滑模摊铺操作期间允许摊铺宽度的转变。
发明内容
在一个实施例中，滑模摊铺设备包括机器框架，机器框架具有在机器框架的第一侧和第二侧之间的可变的框架宽度。提供多个地面接合单元，其中至少一个地面接合单元是可转向的以便控制滑模摊铺机的方向。多个高度可调支撑件从多个地面接合单元支撑机器框架。模具从机器框架支撑。模具配置成当滑模摊铺机设备在操作方向上向前移动时将混凝土模制成具有上表面和侧向混凝土侧的混凝土结构。模具在模具宽度上是可变的以改变混凝土结构的摊铺宽度。至少一个弦线传感器配置成检测外部弦线参考并生成适于机器框架第一侧的方向和高度的指导信号。宽度致动器配置成延伸和缩回，从而改变宽度致动器的延伸距离，从而改变模具宽度。延伸传感器配置成生成对应于宽度致动器的延伸距离的延伸信号。起始信号发生器配置成生成适于摊铺宽度变化的起始信号。横向坡度传感器配置成生成与机器框架的横向坡度对应的横向坡度信号。提供控制器以便当摊铺机在操作方向上向前移动时自动控制摊铺宽度的变化。控制器配置成接收指导信号并响应于指导信号来控制机器框架第一侧的方向和高度。控制器还配置成接收横向坡度信号并控制机器框架的横向坡度，从而响应于横向坡度信号来控制机器框架的第二侧的高度。控制器还配置成接收起始信号和延伸信号，并配置成控制宽度致动器的延伸以便在接收到起始信号之后当滑模摊铺机设备在操作方向上向前移动时响应于起始信号来改变摊铺宽度。
在另一个实施例中，提供一种用于操作滑模摊铺机的方法。所述方法包括以下步骤：
(a)提供滑模摊铺机，其包括：
在机器框架的第一侧和第二侧之间具有可变框架宽度的机器框架；
多个地面接合单元，至少一个地面接合单元是可转向的以便控制滑模摊铺机的方向；
多个高度可调的支撑件，其从多个地面接合单元支撑机器框架；
从机器框架支撑的模具，模具在模具宽度上可变；以及
配置成改变模具宽度的宽度致动器；
(b)将滑模摊铺机在操作方向上向前移动，并将混凝土模制成在地面接合单元之间并在模具后面延伸的混凝土板块结构，所述结构具有上表面和侧向混凝土侧并具有摊铺宽度；
(c)在步骤(b)期间利用滑模摊铺机的弦线传感器来检测外部弦线参考并生成适于机器框架的第一侧的方向和高度的指导信号；
(d)利用自动控制系统响应于来自弦线传感器的指导信号来控制机器框架第一侧的方向和高度；
(e)在步骤(b)期间，利用横向坡度传感器来生成与机器框架的横向坡度对应的横向坡度信号；
(f)利用自动控制系统响应于横向坡度信号来控制机器框架第二侧的高度；
(g)生成适于摊铺宽度变化的起始信号；以及
(h)响应于起始信号，利用自动控制系统来控制宽度致动器的延伸以便当滑模摊铺机在操作方向上向前移动时响应于起始信号来改变模具宽度并且因此改变摊铺宽度。
在任一上述实施例中，控制器可配置成根据预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
在任一上述实施例中，所述设备还可以包括行进距离传感器，其配置成生成行进距离信号，其表示在接收到起始信号时由滑模摊铺机设备在操作方向上行进超过滑模摊铺机设备的初始位置的距离。控制器进一步配置成根据行进距离依照预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
在任一上述实施例中，行进距离传感器可包括与至少一个地面接合单元相关联的旋转拾取传感器。
在任一上述实施例中，预编程函数可以为Y＝tanh(X)的形式，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。
在任一上述实施例中，预编程函数可以为Y是X的线性函数的形式。
在任一上述实施例中，机器框架和模具可以连接，使得当机器框架宽度变化时模具宽度变化，以及宽度致动器布置成改变框架宽度，从而改变模具宽度和摊铺宽度。
在任一上述实施例中，模具在模具宽度上在可变模具宽度范围的至少一部分内是可独立于框架宽度可变的。
在任一上述实施例中，起始信号发生器可包括起始点传感器，其配置成检测相对于外部弦线参考固定的起始点指示结构的存在。
在任一上述实施例中，起始点传感器可配置成接合起始点指示结构。
在任一上述实施例中，起始点传感器可配置成检测与起始点指示结构的接近程度而不接触起始点指示结构。
在任一上述实施例中，起始信号发生器可包括手动起始输入，其配置成使得摊铺机设备的操作人员能够通过手动起始输入的手动操作来启动起始信号。
在任一上述实施例中，起始信号发生器可包括起始信号接收器，其配置成接收来自远程来源的外部起始信号。
在任一上述实施例中，起始信号发生器可包括无弦参考对象，其配置成检测无弦参考对象在三维参考系统中的位置。
在任一上述实施例中，宽度致动器可包括活塞和气缸布置，并且延伸传感器可集成到活塞和气缸布置中。
在结合附图阅读以下的公开内容时本发明的众多目的、特征和优势对于本领域的那些技术人员而言是将容易明了的。
附图说明
图1是滑模摊铺机的第一实施例的示意性平面视图，其具有主框架模块并且具有均可相对于主框架模块侧向延伸的左侧和右侧框架构件。侧框架构件也可纵向延伸以延长滑模摊铺机的长度。
图2是图1所示滑模摊铺机的左侧正视图。
图3是图1和图2所示滑模铺铺机的后侧正视图，示出机器框架和模具处于第一位置下，其中机器框架和模具延伸到最大宽度。
图4是类似于图3的视图，示出机器框架和模具均同时缩回到较小的框架宽度和模具宽度。
图5是与图1所示机器的左前摆动腿和履带相关联的转向系统和摆动腿控制系统硬件的细节的示意性平面视图。
图6是摊铺机和模具的替代性实施例的后侧正视图，其中框架宽度和模具宽度可独立调节。在图6中，模具宽度处于延伸的最大宽度位置下。
图7是类似于图6的视图，示出模具缩回到较小的模具宽度，
而机器框架宽度从图6的视图没有改变。
图8是与任一实施例的滑模摊铺机相关联的控制系统的示意图。
图9是具有宽度转变的混凝土板块结构的示意性平面视图，诸如其可由本文公开的滑模摊铺设备形成。
图10是外部弦线参考、起始点指示结构以及摊铺机上的与外部弦线参考和起始点指示结构相互作用的各种传感器的示意性立体图。
图11是tanh(x)函数的图像说明。
具体实施方式
图1示意性地示出包括机器框架12的滑模摊铺机设备10。机器框架12包括相对于主框架模块18侧向延伸的右侧框架构件16和左侧框架构件14。右侧框架构件16和左侧框架构件14也可被称为第一侧框架构件16和第二侧框架构件14。框架12也可构造成仅在一侧上可延伸。
左侧框架构件14附接到前部和后部突出式伸缩构件20和22，其以伸缩方式容纳在主框架模块18内。前部和后部左侧致动柱塞24和26连接在主框架模块18和左侧框架构件14之间以控制左侧框架构件14相对于主框架模块18的侧向延伸和缩回。
前部和后部突出式伸缩构件21和23类似地附接到右侧框架构件16并且可伸缩地容纳在主框架模块18内。前部和后部右侧致动柱塞28和30连接在主框架模块18和右侧框架构件16之间以控制右侧框架构件16相对于主框架模块18的侧向延伸和缩回。
柱塞24,26,28和30可全部被称为宽度致动器或线性致动器，其配置成改变侧框架构件14和16之间的距离，并且由此改变框架宽度32。每个线性致动器配置成延伸和缩回以改变线性致动器的延伸距离并由此改变框架宽度32。每个柱塞诸如24包括活塞24'和气缸24”，其配置成扩大和缩小框架宽度32。将理解的是宽度致动器不必是液压柱塞。可以使用电动线性致动器、旋转驱动线性致动器和任何其他合适的致动器。
侧框架构件14和16也构造成以便在长度上平行于由箭头34所示的摊铺方向或操作方向进行调节。从而左侧框架构件14包括可向后延伸的左侧框架部分36，并且右侧框架构件16包括可向后延伸的右侧框架部分38。
摊铺机10包括四个地面接合单元40A，40B，40C和40D，其在图示的实施例中是履带。车轮也可用作地面接合单元。机器框架12还包括四个机器框架摇动臂42A，42B，42C和42D，它们可枢转地附接到机器框架12并且它们在其外端处承载地面接合单元40A-40D。此外，代替如图所示的单一摇动臂42，可以使用诸如在美国专利第6,471,442号中可见的平行四边形式的摇动臂。
与每个地面接合单元40A-40D相关联的是高度可调的支撑件或升降柱44A，44B，44C和44D。在图1的实施例中，前部和后部左侧高度可调支撑件44A和44C分别地从地面接合单元40A和40C分别支撑左侧框架构件14。前部和后部右侧高度可调支撑件44B和44D分别从地面接合单元40B和40D支撑右侧框架构件16。
滑模摊铺机10的其他特征在图2和图3中可见。如图2中所见，许多工具由机器框架12承载，包括犁或混凝土散布器46、前壁48、振动器或混凝土液化装置50的系统、第一和第二模具部分52和54、振荡梁56和超级平整机57。诸如传力杆插入器(dowel bar inserter)(未示出)的其他组件也可从滑模摊铺机支撑。
也在机器框架12上承载牵引机操作模块58，其包括用于为各种液压和电气系统提供动力的柴油发动机、控制平台、操作员站等。
如图2中所见，大量混凝土60放置在滑模摊铺机10的前方，然后刚刚描述的各种组件，并且特别是模具52,54将混凝土60形成为具有上表面64和已经形成的诸如66的侧面的模制混凝土结构62。
模具52,54可被描述为可变宽度的模具，其在机器框架12的下方从机器框架12支撑，并横向位于左侧的地面接合单元40A和40C与右侧的地面接合单元40B和40D之间。模具52,54配置成当机器10在操作方向34上向前移动时将混凝土60模制成具有上表面64和诸如66的侧向混凝土侧的混凝土结构62。前部和后部模具部分52和54邻近其横向外端部分通过诸如68和70的附件而附接到机器框架12。模具部分52和54的内端72和74从中央垂直支撑件76相对于框架12可滑动地支撑。中央支撑件76可垂直地调节以在模制结构62中形成冠部(crown)。横向内端部分72和74重叠，使得它们随着机器框架12的框架宽度32变化而可相对于彼此滑动。因此，在图1-3中所示的实施例中，框架宽度32的变化导致模具宽度78的变化。
图3和图4分别示出机器框架12和模具52,54的延伸和缩回位置。在图3中，所有的宽度致动器24,26,28和30完全延伸，使得框架宽度32处于其最大的延伸，以及模具宽度处于其最大的模具宽度延伸。在图4中，右侧液压缸28和30已经缩回，有点像图1所示，从而缩短框架宽度32和模具宽度78两者。模具宽度可以调节到可由各种宽度致动器24，26，28和30的延伸和缩回实现的模具宽度范围内的任何宽度。
还将理解的是，模具可以如此的方式从机器框架独立地支撑以至于模具宽度可独立于框架宽度在受限程度上进行调节。关于图6-7进一步如下所述这样的实施例。在任何一种情况下，模具宽度的变化将对应于正在形成的混凝土结构的摊铺宽度Y(参见图9)的变化。
如在图5中最佳所见，该图是支撑机器框架12的左前角的履带和摆动腿的示意性平面视图，每条摆动腿诸如42A在诸如80A的枢转轴线处枢转地连接到机器框架12。履带或地面接合单元40A可转向地连接到摆动腿的自由端并且可以围绕高度可调升降柱44A的垂直轴线82A转向。保持装置84A(诸如液压柱塞或松紧螺丝扣(turn buckle))保持摆动腿42A相对于机器框架12的枢转定向。
在附图中，摆动腿42和保持装置84被示意性地示出为直接连接到机器框架12。然而，应当理解的是，摆动腿和保持装置不必直接连接到机器框架12。取而代之，摆动腿和保持装置可以通过合适的安装支架间接地连接到机器框架12。当这些组件之一在本文被描述为连接到机器框架12时，该连接包括直接和间接连接两者。
履带40A相对于框架12围绕垂直轴线82A的转向通过液压转向缸86A的延伸和缩回而完成，液压转向缸86A在88A处枢转地连接到摆动腿42A上的中间位置并在90A处枢转地连接到转向臂92A，转向臂92A连接成与地面接合单元或履带40A一起旋转。替代性地，替代使用液压柱塞转向缸86A，履带40A可通过诸如蜗轮或回转齿轮传动装置的旋转致动器来相对于框架12转向。而且，可以使用电动致动器来代替液压致动器以使履带转向。诸如40A的每个履带可以具有与之相关联的诸如94A的转向传感器，该转向传感器配置成检测它们各自的履带相对于它们各自的摆动腿诸如42A的转向角度。转向传感器例如可以分别是如型号TMA50-SA180WSA16从德国杜赛尔多夫的TWK电子有限公司(TWK-Elektronik GmbH,Heinrichstrasse 85,40239,Germany)商购到的电磁编码器。
诸如40A的每个地面接合单元可以是电动的或驱动的地面接合单元并且可诸如通过液压驱动马达96A来供给能量。
虽然图1中所示的实施例示出四个履带的滑模摊铺机，但是可以理解的是在此阐述的原理也可以用于两个履带或三个履带的机器。
机器框架12的右侧或第一侧16具有弦线传感器98，弦线传感器98安装在其上以检测外部弦线参考100并生成适于机器框架12的右侧16的方向和高度的指导信号。将理解的是弦线传感器98通常将包括四个传感器机构，每一个用于在机器框架12的右侧16的前部和后部处的高度和转向方向。图10示意性地示出一个高度弦线传感器98A和一个转向弦线传感器98B。
图10示出外部弦线参考100的示意性立体图。如将由本领域内的那些技术人员理解的那样，外部弦线参考100可以由从多个竖直桩112支撑的大体上水平的弦线构成，每个竖直桩112分别承载水平支撑臂114，其中弦线100是从支撑臂114支撑。竖直桩112可被敲进地表面116。如也在图10中示意性地示出的那样，弦线传感器98可以由高度传感器组件98A和转向传感器组件98B构成，如图所示，高度传感器组件98A和转向传感器组件98B分别接合弦线100。
用于自动控制适于摊铺板块的可变宽度转变的本系统可利用起始点指示器118，在图10中所示的实施例中其是另一个竖直桩118，其相对于外部弦线参考100在固定的位置下被敲进地表面116。
起始信号发生器120可包括起始点传感器，其配置成当模具52,54到达某个位置时接合起始点指示结构118，在所述位置处希望改变所模制的混凝土结构62的宽度。
例如，图9示出所模制的混凝土结构62的示意性平面视图，其具有左边缘66L和右边缘66R。结构62由在方向34上移动的摊铺机10摊铺。外部弦线参考100被示出在混凝土结构62的右侧。X和Y尺寸在图9中指示，其中X尺寸表示沿着混凝土结构62的长度的位置，而Y尺寸表示摊铺宽度。在图9所示的实例中，将意识到摊铺机10在方向34上移动以形成混凝土结构62，摊铺机最初摊铺宽度为Y1的较窄的摊铺板块，然后当机器在方向34上移动时，模具宽度从位置X1处的宽度Y1逐渐增加到位置X2处的宽度Y2。
为了形成如图9中所示的可变宽度的摊铺板块62，建筑机器10必须接收起始信号，以便告知它何时开始其从摊铺宽度Y1到摊铺宽度Y2的转变，并当机器继续在方向34上移动时告知机器如何改变该宽度。
因此，可在起始点X1处或在其附近，起始点指示结构118邻近外部弦线参考100设置在地面上，以便当模具52,54位于位置X1处时将触发起始信号。
宽度致动器24,26,28和30中的每一个分别与延伸传感器102,104,106和108相关联。每个延伸传感器都会生成对应于宽度致动器的延伸距离的延伸信号。在一个优选的实施例中，液压缸单元24,26,28和30是智能缸，它们具有一体地安装在其中的它们各自的延伸传感器。例如，液压缸可能是使用磁致伸缩的完全非接触式线性位置传感器(诸如由MTSSensors以商标名出售的那些)的智能液压缸。
此外，延伸传感器可以与致动器柱塞在物理上分离。例如，可以在主框架模块18和每个侧框架构件14和16之间连接分离的延伸传感器(未示出)。此外，也可以是在侧框架构件14和16之间延伸的单个的延伸传感器。此外，延伸传感器可以是任何已知类型的传感器，诸如激光传感器、超声波传感器、钢丝绳传感器(wire rope sensor)等。
滑模摊铺机10还包括横向坡度传感器110，其配置成生成与机器框架12的横向坡度对应的横向坡度信号。如在下文进一步解释的那样，当机器框架12的右侧16的方向和高度响应于接合外部弦线参考100的弦线传感器98而被控制时，则可以响应于来自横向坡度传感器110的横向坡度信号来控制机器框架12的左侧14的高度。摊铺机10还可以包括结合横向坡度传感器110使用的框架变形控制特征，如授予弗里茨(Fritz)等人并转让给本发明的受让人的美国专利申请公开第2016/0177519号中所公开的那样，其细节通过引用并入本文。
诸如40A的一个或多个地面接合单元可以包括行进距离传感器150，其配置成生成行进距离信号，其表示由滑模摊铺机10在操作方向34上行进超过初始位置(诸如像图10中所示的位置X1)的距离。初始位置可以是滑模摊铺机10在从起始信号传感器122接收到起始信号时的位置。行进距离传感器150可以是与地面接合单元40A相关联的旋转拾取传感器150。
控制系统
现在参考图8，在那里示意性地示出用于滑模摊铺机10的自动控制系统124。自动控制系统124包括控制器126。控制器126接收来自弦线传感器98、横向坡度传感器110、起始信号传感器122、转向传感器94A-D和延伸传感器102,104,106和108的输入信号。控制器126也可以接收指示摊铺机10的各种操作功能的其他信号。从控制器126到机器10的高度可调柱44的高度调节信号的通信在图8中通过通信128示意性地示出。将理解的是高度可调柱44各自包括液压柱塞(未示出)，其由液压控制阀致动，该液压控制阀控制液压流体流入和流出液压柱塞相对侧的流量。液压控制阀以已知方式通过经由通信线路128从控制器126传导的电信号进行控制。
类似地，控制器126可以通过经由地面接合单元40各自的转向缸86来转向地面接合单元40从而控制滑模摊铺机10的方向。从控制器126到各种转向缸86的这种转向信号的通信由图8中所示的通信130示意性地示出。同样，电转向信号可以通过通信线路130通信，以便电致动液压控制阀(未示出)，其将液压流体以已知的方式引导进出液压柱塞86以便使得每个地面接合单元转向。
控制器126可以如图8中示意性示出的那样经由通信线路132控制宽度致动器24,26,28和30的延伸以便控制液压柱塞24,26,28和30，以改变和控制框架宽度32。控制器126经由通信线路132将电控制信号发送到与每个液压柱塞24,26,28和30相关联的电致动的液压阀(未示出)，以便引导液压流体进出柱塞24,26,28和30从而控制柱塞24,26,28和30的延伸和缩回。
控制器126包括处理器134、计算机可读介质136、数据库138和具有显示器142的输入/输出模块或控制面板140，或控制器126可以与上述相关联。提供输入/输出装置144，诸如键盘或其他用户界面，使得操作人员可以将指令输入到控制器。应当理解的是，本文描述的控制器126可以是具有全部所述功能的控制器，或者其可以包括多个控制器，其中所述的功能分布在多个控制器之间。
如结合控制器126所述的各种操作、步骤或算法可以直接在硬件、计算机程序产品146(诸如由处理器134执行的软件模块)或两者的组合中实施。计算机程序产品146可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘或本领域内已知的任何其他形式的计算机可读介质136。示例性的计算机可读介质136可耦合到处理器134，使得处理器可从存储器/存储介质读取信息，并将信息写入存储器/存储介质。在替代方案中，介质可与处理器集成。处理器和介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和介质可以作为独立的组件驻留在用户终端中。
如本文所使用的那样，术语“处理器”可以指代至少通用目的或特定目的的处理装置和/或逻辑，如本领域内的技术人员可以理解的那样，包括但不限于微处理器、微控制器、状态机等。处理器也可以被实现为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器，或任何其他这样的配置。
在优选实施例中，控制器126配置成自动控制滑模摊铺机10的宽度转变，以便摊铺可变宽度的混凝土结构62，诸如像图9中示意性示出的混凝土板块结构62。如上所述配备和配置的滑模摊铺机10提供能够执行这种自动控制的经济和高效的设备。摊铺机10的右侧的方向和高度可以由控制器响应于从弦线传感器98接收到的指导和控制信号来进行控制。滑模摊铺机10的左侧或第二侧14的高度可以由控制器126响应于从横向坡度传感器110接收到的横向坡度信号来进行控制。当机器10在操作方向34上向前移动时，以便改变摊铺宽度Y的宽度致动器24,26,28和30中的一个或多个的延伸由控制器126响应于来自起始信号传感器的起始信号以及响应于从延伸传感器102,104,106和108接收到的延伸信号来进行控制。
控制器126可配置成根据作为计算机程序146的一部分并入的预编程函数148来控制宽度致动器24,26,28和30的延伸。
在一个实施例中，预编程函数148可以是如此的使得控制器126配置成根据行进距离来控制宽度致动器24,26,28和30的延伸。
在另一个实施例中，预编程函数148可以是为Y＝tanh(X)形式的函数，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。图11是为Y＝tanh(X)形式的广义的这样函数的图形表示。
在又一个实施例中，预编程函数148可以为Y是X的线性函数的形式。因此，预编程函数可以为Y＝a+bX的形式，其中a和b是常数。预编程函数的另一种形式可以是“Y(X)＝(a*X-b)的平方根”。预编程函数的另一种形式可以是分段定义的函数，其会随混凝土板块的不同定义的区段而变化。
在图4中所示的实施例中，包括起始信号传感器122的起始信号发生器120配置成通过起始点传感器122与起始点指示结构118的接合来检测起始点指示结构118的存在。
将理解的是，可以使用包括其他类型的起始点传感器122的其他类型的起始点发生器120。例如，起始点传感器122可以是非接触式传感器，诸如配置成检测起始点指示结构118的存在而不接触起始点指示结构118的感应传感器或光学传感器。
在另一个实施例中，牵引机操作模块58可包括作为起始信号发生器120的一部分的手动起始输入152，以便摊铺机10的操作人员可以通过手动起始输入152的手动操作来启动起始信号。手动起始输入152可以是位于操作模块58的控制面板上的按钮或开关。在图8中的控制系统中手动起始输入152表示为输入输出装置144的一部分。
在另一个实施例中，起始信号发生器120可包括起始信号接收器154，其配置成从远程来源156接收外部起始信号。
在另一个实施例中，起始信号发生器可以包括无弦参考对象158，其配置为检测无弦参考对象158在三维参考系统中的位置。例如，三维参考系统可以是全球导航卫星系统(GNSS)，诸如北美使用的GPS系统。这样的GNSS系统利用来自如图8中示意性地示出为160的多个卫星的信号。另一个三维无弦参考系统将是诸如总站的基于地面的光学测量系统。利用任一这样的系统，附接到滑模摊铺机10的无弦参考对象158可以检测无弦参考对象在三维参考系统中的位置，以及根据包含在预编程函数148中的编程，当摊铺机10沿其行进路线到达预定点时，可以启动宽度转变。
在另一个实施例中，预编程函数148可以在执行预编程函数之前通过由输入输出装置144输入的操作人员的指令被输入到控制器。
图6-7的实施例
现在参照图6和图7，摊铺机10的替代性实施例被示出并且通常用数字10'表示。摊铺机10'的许多特征与前面针对摊铺机10描述的特征相同或类似，并且该描述将不会重复。相似的数字用于标识那些相同或类似的组件。
摊铺机10'具有它的两个模具组件52和54，其安装和构造成使得模具宽度78可在适于模具宽度78的可变模具宽度范围的至少一部分内独立于框架宽度32变化。
摊铺机10'包括固定到机器框架12的主框架模块18的第一、第二和第三向下延伸的支撑构件162,164和166。第一和第二模具部分52和54可滑动地支撑在支撑构件162,164和166上，使得模具构件52和54中的每一个可以水平地向左右滑动。模具构件52和54中的每一个分别具有与其相关联的模具宽度致动器168和170。每个模具宽度致动器168和170分别具有活塞部分168'和170'以及气缸部分168”和170”。每个活塞部分168'和170'具有其固定到中央支撑件164的端部。每个气缸部分168”和170”具有可枢转地连接到其相应的模具部分52和54的端部。因此，模具部分52和54的任一个或两者都可以向内滑动以减小模具宽度78。例如如图7中所示，用于模具部分52的模具宽度致动器168部分地将其活塞168'缩回到其气缸168”内以使模具部分52从左向右滑动，如图6和图7中可见，从而在框架宽度32保持不变的同时减小模具宽度78。
如图8中可见，控制器126可以通过经由通信线路131发送的控制信号来控制模具宽度致动器168和170的延伸。液压柱塞168和170的每一个可由控制液压流体流入和流出液压柱塞的相对侧的液压控制阀来致动。液压控制阀可以已知的方式通过经由通信线路131从控制器126传导的电信号来控制。
也有可能提供摊铺机的另一个实施例，其中模具部分中的一个(诸如模具部分54)被支撑为与机器框架12一起移动，如图3中所示，以及诸如模具部分52的另一个模具部分构造成可独立于机器框架移动，如图6中所示。
在任一情况下，模具可被描述为模具宽度在可变模具宽度范围的至少一部分内可独立于框架宽度32变化。
在每个所公开的实施例中，模具宽度78在可变模具宽度范围的至少一部分内以大体连续的方式进行变化。虽然本文未示出，但是应当注意到本文所公开的实施例可用于与改变整个框架宽度和/或模具宽度的各种插入式框架延伸相结合，但是在摊铺机在操作方向上移动的同时，模具宽度变化的至少一部分无需停机(on the fly)即可自动控制。
操作方法
利用上述系统，提供操作滑模摊铺机10的方法，其允许滑模摊铺机10在操作方向34上向前移动，并且将混凝土60模制成在地面接合单元40之间和混凝土模具52,54之后延伸的混凝土板块结构62。当摊铺机向前移动时，混凝土板块结构62的宽度可在非停机状态下进行变化。
操作滑模摊铺机10的方法可以包括以下步骤：
(a)提供包括机器框架的滑模摊铺机，机器框架具有在机器的第一侧和第二侧之间的可变框架宽度32。摊铺机包括多个地面接合单元40，其中至少一个地面接合单元40可转向以控制滑模摊铺机10的方向。机器还包括从地面接合单元40支撑机器框架12的多个高度可调的支撑件44。模具52,54从机器框架12支撑，并且在模具宽度78上是可变的。宽度致动器24,26,28和30和/或168和170配置成改变模具宽度78；
(b)滑模摊铺机10在操作方向34上向前移动并且将混凝土60模制成在地面接合单元40之间和在模具52,54之后延伸的混凝土板块结构62，其中混凝土板块结构62具有上表面64和侧面66L和66R；
(c)在步骤(b)期间用弦线传感器98检测外部弦线参考100，并且生成用于摊铺机10的右侧16的方向和高度的指导信号；
(d)利用自动控制系统124响应于来自弦线传感器98的指导信号来控制机器框架12的右侧的方向和高度；
(e)在步骤(b)期间，利用横向坡度传感器110来生成横向坡度信号；
(f)用自动控制系统124响应于横向坡度信号来控制机器框架12的左侧14的高度；
(g)通过起始信号发生器120生成适于摊铺宽度Y的变化的起始信号；以及
(h)响应于起始信号，利用自动控制系统124来控制宽度致动器的延伸以便当滑模摊铺机10在操作方向34上向前移动时响应于起始信号来改变模具宽度78并且因此改变摊铺宽度Y。
在优选实施例中，自动控制系统124可以根据预编程函数148来控制宽度致动器的延伸。
在另一个优选实施例中，行进距离信号由行进距离传感器150生成，并且表示在接收到起始信号时由滑模摊铺机10在X方向上行进超过初始位置(诸如X1)的距离，并且在步骤(h)中，自动控制系统124根据行进距离X依据预编程函数148来控制宽度致动器的延伸。
在一个实施例中，预编程函数148为Y＝tanh(X)的形式。
在另一个实施例中，预编程函数148为Y是X的线性函数的形式。
在一个实施例中在步骤(a)中，机器框架12和模具52,54连接使得在框架宽度32变化时模具宽度78变化，并且在该实施例中在步骤(h)中，自动控制系统124同时改变框架宽度32和模具宽度78以便改变摊铺宽度Y。
在另一个实施例中，在步骤(a)中，机器框架12和模具52,54配置成使得模具52,54在模具宽度上在可变模具宽度范围的至少一部分内可独立于框架宽度32变化，并且在该实施例中在步骤(h)中，自动控制系统124至少部分地改变模具宽度78而不改变框架宽度32。
在另一个实施例中，在步骤(g)中，起始信号利用检测起始点指示结构118的存在的起始点传感器122来生成。
在一个实施例中，起始点传感器122接触起始点指示结构118。在另一个实施例中，起始点传感器122检测起始点指示结构118的存在而不接触起始点指示结构118。
在另一个实施例中，起始信号可由接触起始输入按钮或开关152的操作人员手动生成。
在另一个实施例中，可从远程来源156接收外部起始信号。
在又一个实施例中，在步骤(g)中，起始信号可通过检测安装在滑模摊铺机10上的无弦参考对象158的三维参考系统中的位置来生成。
当延伸或缩回宽度致动器以改变框架宽度和/或模具宽度时，在向内或向外移动的框架侧上的地面接合单元可以转向，以有助于或至少不会实质上抵制它们相关联的框架构件的侧向移动。以促进框架延伸和缩回的履带的这种转向可以根据授予达姆(Dahm)等人并转让给本发明的受让人的美国专利第9,388,537号的教导，其公开内容通过引用并入本文。
因此可以看出本发明的设备和方法容易实现所提及的目的和优点以及其中固有的那些目的和优点。虽然已经出于本公开的目的说明和描述了本发明的优选实施例，但是可由本领域内的那些技术人员对部件和步骤的布置和构造方面进行各种改变，这些改变也涵盖在如由所附权利要求所限定的本发明的范围和精神内。

Claims (28)

1.一种滑模摊铺机设备，所述滑模摊铺机设备包括：
机器框架，所述机器框架具有在机器框架的第一侧和第二侧之间的可变的框架宽度；
多个地面接合单元，至少一个地面接合单元是可转向的以便控制滑模摊铺机设备的方向；
多个高度可调支撑件，所述多个高度可调支撑件从多个地面接合单元支撑机器框架；
模具，所述模具从机器框架支撑，模具配置成当滑模摊铺机设备在操作方向上向前移动时将混凝土模制成具有上表面和侧向混凝土侧的混凝土结构，模具在模具宽度上是可变的以改变混凝土结构的摊铺宽度；
至少一个弦线传感器，所述至少一个弦线传感器配置成检测外部弦线参考并生成适于机器框架第一侧的方向和高度的指导信号；
宽度致动器，所述宽度致动器配置成延伸和缩回，从而改变宽度致动器的延伸距离，从而改变模具宽度；
延伸传感器，所述延伸传感器配置成生成对应于宽度致动器的延伸距离的延伸信号；
起始信号发生器，所述起始信号发生器配置成生成适于摊铺宽度变化的起始信号；
横向坡度传感器，所述横向坡度传感器配置成生成与机器框架的横向坡度对应的横向坡度信号；以及
控制器，所述控制器配置成：
接收指导信号并响应于指导信号来控制机器框架第一侧的方向和高度；
接收横向坡度信号并控制机器框架的横向坡度，从而响应于横向坡度信号来控制机器框架的第二侧的高度；以及
接收起始信号和延伸信号，并控制宽度致动器的延伸，以便当滑模摊铺机设备在操作方向上向前移动时，在接收到起始信号之后响应于起始信号来改变摊铺宽度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：控制器配置成根据预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：还包括：
行进距离传感器，所述行进距离传感器配置成生成行进距离信号，行进距离信号表示在接收到起始信号时由滑模摊铺机设备在操作方向上行进超过滑模摊铺机设备的初始位置的距离；以及
其中控制器进一步配置成根据行进距离依据预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：
行进距离传感器包括与至少一个地面接合单元相关联的旋转拾取传感器。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：
预编程函数为Y＝tanh(X)的形式，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：
预编程函数为Y是X的线性函数的形式，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
机器框架和模具连接，使得当机器框架宽度变化时模具宽度变化，以及宽度致动器布置成改变框架宽度，从而改变模具宽度和摊铺宽度。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
在可变模具宽度范围的至少一部分内，模具在模具宽度上是可独立于框架宽度可变的。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
起始信号发生器包括起始点传感器，所述起始点传感器配置成检测相对于外部弦线参考固定的起始点指示结构的存在。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：
起始点传感器配置成接合起始点指示结构。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：
起始点传感器配置成检测起始点指示结构而不接触起始点指示结构。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
起始信号发生器包括手动起始输入，所述手动起始输入配置成使得摊铺机设备的操作人员能够通过手动起始输入的手动操作来启动起始信号。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
起始信号发生器包括起始信号接收器，所述起始信号接收器配置成接收来自远程来源的外部起始信号。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
起始信号发生器包括无弦参考对象，所述无弦参考对象配置成检测无弦参考对象在三维参考系统中的位置。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
宽度致动器包括活塞和气缸布置；以及
延伸传感器可集成到活塞和气缸布置中。
16.一种用于操作滑模摊铺机的方法，所述方法包括：
(a)提供滑模摊铺机，包括：
在机器框架的第一侧和第二侧之间具有可变框架宽度的机器框架；
多个地面接合单元，至少一个地面接合单元是可转向的以便控制滑模摊铺机的方向；
多个高度可调的支撑件，所述多个高度可调的支撑件从多个地面接合单元支撑机器框架；
从机器框架支撑的模具，模具在模具宽度上可变；以及
配置成改变模具宽度的宽度致动器；
(b)将滑模摊铺机在操作方向上向前移动，并将混凝土模制成在地面接合单元之间并在模具后面延伸的混凝土板块结构，所述结构具有上表面和侧向混凝土侧并具有摊铺宽度；
(c)在步骤(b)期间利用滑模摊铺机的弦线传感器来检测外部弦线参考并生成适于机器框架的第一侧的方向和高度的指导信号；
(d)利用自动控制系统响应于来自弦线传感器的指导信号来控制机器框架第一侧的方向和高度；
(e)在步骤(b)期间，利用横向坡度传感器来生成与机器框架的横向坡度对应的横向坡度信号；
(f)利用自动控制系统响应于所述横向坡度信号来控制机器框架第二侧的高度；
(g)生成适于摊铺宽度变化的起始信号；以及
(h)响应于起始信号，利用自动控制系统来控制宽度致动器的延伸以便当滑模摊铺机在操作方向上向前移动时响应于起始信号来改变模具宽度并且因此改变摊铺宽度。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
在步骤(h)中，自动控制系统根据预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：还包括：
生成行进距离信号，所述行进距离信号表示在接收到起始信号时由滑模摊铺机设备在操作方向上行进超过滑模摊铺机设备的初始位置的距离；以及
其中在步骤(h)中自动控制系统根据行进距离依据预编程函数来控制宽度致动器的延伸。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
预编程函数为Y＝tanh(X)的形式，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：
预编程函数为Y是X的线性函数的形式，其中Y是摊铺宽度，以及X是行进距离。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
在步骤(a)中，机器框架和模具连接，使得当机器框架宽度变化时模具宽度变化；以及
在步骤(h)中，自动控制系统同时改变框架宽度和模具宽度以便改变摊铺宽度。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
在步骤(a)中，机器框架和模具配置成使得在可变模具宽度范围的至少一部分内模具在模具宽度上是可独立于框架宽度可变的；以及
在步骤(h)中，自动控制系统至少部分地改变模具宽度而不改变框架宽度。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括利用起始点传感器生成起始信号，该起始点传感器检测相对于外部弦线参考固定的起始点指示结构的存在。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括将起始点指示结构与起始点传感器接合。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括利用起始点传感器来检测起始点指示结构而不接触起始点指示结构。
26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括手动生成起始信号。
27.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括从远程来源接收外部起始信号。
28.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：
步骤(g)还包括通过检测安装在滑模摊铺机上的无弦参考对象的三维参考系统中的位置来生成起始信号。
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