CN112239987A - 自推进式建筑机械和用于对地面摊铺路面进行作业的方法 - Google Patents

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Abstract

自推进式建筑机械(1)，包括机架(4)；至少三个行进装置(2)；用于驱动至少两个行进装置(2)的至少一个液压驱动系统(50)，液压驱动系统包括至少一个能够控制的液压马达，和至少一个液压泵，液压马达具有能够改变的排量容量；至少一个作业装置，具体是铣刨鼓(6)；其设置成实现以下特征：设置检测装置(44，60，62)，在建筑机械(1)的移动期间，其检测建筑机械(1)的纵向速度(v实际)的波动，其中控制单元(38)根据所检测到的波动改变至少一个可控液压马达的排量容量，以改变建筑机械的液压驱动系统的固有频率，控制单元(38)根据排量容量的调节量以使指定的驱动速度(v驱动)保持恒定的方式调节泵的排放容量。

Description

自推进式建筑机械和用于对地面摊铺路面进行作业的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序特征部分所述的自推进式建筑机械，以及一种根据权利要求9的前序特征部分所述的用于对地面摊铺路面进行作业的方法。
背景技术
已知自推进式建筑机械，具体是道路铣刨机、回收机、稳定机或露天采矿机，其包括机架、至少三个行进装置、用于驱动至少两个行进装置的至少一个液压驱动系统、以及至少一个作业装置，特别是用于对地面表面进行作业的铣刨鼓，其中液压驱动系统包括至少一个能够控制的液压马达，以及至少一个的液压泵，液压马达具有能够改变的排量容量(displacement volume)，液压泵具有能够改变的排放容量(discharge volume)。
例如，道路铣刨机可用于移除道路现有的地面摊铺路面。回收机可用于修复现有的地面摊铺路面。稳定机用于准备用于建筑道路的路基的目的。露天采矿机可用于开采煤和岩石。
然而，经验表明，在建筑机械的操作期间可能发生振动，所述振动例如由作业装置或行进装置的不平稳操作引起。这可能导致在整个建筑机械中的振动激发到机械摇摆的程度，特别是如果振动发生在机械的液压驱动系统的共振频率范围内时。根据现有技术，通过机械操作人员改变建筑机械的速度和更慢地行驶来防止机械的这种摇摆。然而，这具有以下缺点，即机械不以期望的速度操作或不能以期望的速度移动，并且因此建筑机械未被最佳地利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑机械和一种用于对地面摊铺路面进行作业的方法，其中相应地避免了建筑机械的摇摆或者使建筑机械的优化操作成为可能。
上述目的通过权利要求1和9的特征来实现。
本发明有利地设置一种检测装置，该检测装置设置成在建筑机械的移动期间检测建筑机械的纵向速度的波动，其中控制单元根据所检测到的波动来改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量，从而相应地改变建筑机械的液压驱动系统的固有频率或共振频率，其中控制单元根据排量容量的调节量，以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节泵的排放容量。
本发明具有的优点在于，因为改变了液压驱动系统的固有频率，所以通过调节能够控制的液压马达的排量容量避免了机器的摇摆。此外，由于根据至少一个液压马达的排量容量的调节来调节泵的排放容量，因此指定的驱动速度保持恒定。
因此，不再需要降低建筑机械的设定速度，并且建筑机械可以期望的设定速度来操作。
在本发明中，优选地驱动至少两个行进装置。然而，也可以仅驱动两个行进装置，并且此外设置另外的非驱动式行进装置。
液压驱动系统包括至少一个液压泵。此外，设置至少一个能够控制的液压马达。优选地，在每个行进装置上设置一个能够控制的液压马达。能够控制的液压马达的排量容量可以能够改变地调节。
另外，液压泵的排放容量可以是能够调节的。
优选地设置用于液压流体的箱。液压泵经由液压管线将液压流体从箱中排放到液压马达。液压马达驱动行进装置。
建筑机械的液压驱动系统的固有频率或共振频率ω0如下：
Figure BDA0002577693310000021
在此，C′h是液压容量，Jtotal是作用在液压马达上的道路铣刨机的质量惯性矩，VM是液压马达的总排量容量。
因此，可以通过调节至少一个液压马达上的排量容量来调节液压驱动系统的固有频率。
然而，在恒定流率的情况下，调节至少一个液压马达上的排量容量将导致液压马达的转速改变。因此，根据排量容量的调节量以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节泵的排放容量。
液压马达在操作期间优选地以最大回转操作。
如果检测装置检测到建筑机械的纵向速度的波动，则至少一个液压马达的排量容量改变。在液压马达以最大回转操作的情况下，排量容量减小。
液压泵的排放容量同时或此后不久改变，因为否则会导致液压马达的转速发生变化。在液压马达的排量容量减小的情况下，排放容量也将减小，因为否则在相同的流率下较小的排量容量将意味着转速增加。
也可以相应地监控或限制压力。通过使得液压马达向回回转来增加系统中的压力水平。如果在此过程中超过了系统规定的最大允许压力，则可能会再次增加马达的排量容量，以减小系统中的液压压力；但是，这可能会导致重新出现不受欢迎的振动。备选地，可以减小液压泵的流率以减小液压压力；然而，这将导致建筑机械的纵向速度降低。
为了改变建筑机械的固有频率的目的，控制单元可以优选地减小至少一个能够控制的液压马达的排量容量。
建筑机械的纵向速度的波动可以借助于检测装置作为振动被检测，其中所述振动优选地表现出基本固定的频率。
控制单元可以这种方式控制液压驱动系统，使得至少一个液压马达的排量容量和液压泵的排放容量同时被调节。备选地，它们也可以被相继地被调节。
在本发明中，必须在建筑机械的纵向速度、设定速度和指定的驱动速度之间进行区分。纵向速度是建筑机械的实际的速度。设定速度是建筑机械的操作人员可以在操作单元上设定的速度。它必须与液压驱动系统中的指定的驱动速度区分开来。指定的驱动速度是由控制单元指定的驱动速度。建筑机械的纵向速度是指定的驱动速度和机械或环境的影响因素的叠加。因此指定的驱动速度可以被波动叠加，该波动例如是由作业装置的不平稳操作引起。指定的驱动速度是在液压驱动系统的给定操作参数的情况下并且没有任何影响因素的情况下发生的速度。
在排量容量减少并且同时排放容量减少的情况下，液压驱动系统会产生较高的压力，在理想的系统中，这还会导致速度保持一致。但是，在不理想的系统中，可能会发生损失；例如因为较高的压力，由于泄漏也可能会发生损失。
因此，尽管泵和马达的容量比保持一致，但仍可能降低速度。
控制单元可以验证所检测到的纵向速度是否偏离指定的驱动速度，并且在所检测到的纵向速度与指定的驱动速度偏离的情况下，控制单元可以直到所检测到的纵向速度对应于指定的驱动速度的这种方式调节液压泵的排放容量。
因此，不仅可以根据排量容量的调节量来调节排放容量，而且还可以根据实际检测到的行进速度来调节排放容量，使得纵向速度对应于指定的驱动速度。
备选地，可以将数据或特性曲线存储在数据存储装置中，数据或特性曲线显示液压驱动系统中的压力与速度损失之间的相关性，其中压力检测装置检测液压驱动系统中的压力，并且其中控制单元根据所检测到压力以这种方式来调节液压泵的排放容量，使得补偿速度损失并且纵向速度对应于指定的驱动速度。作为另一替代方案，也可以存储特性图，该特性图反映速度、泵的排放容量、液压马达的排量容量和速度损失之间的相关性。在这种情况下，由于速度、排放容量和排量容量是已知的，因此也可以在没有附加检测的情况下确定速度损失。因此，控制单元可以根据所存储的特性图以这种方式来调节液压泵的排放容量，使得补偿速度损失并且纵向速度对应于指定的驱动速度。
因此，行进速度的闭环控制也可以基于所存储的数据或基于所存储的特性曲线来进行，该特性曲线指示操作压力与速度损失之间的相关性。然后可以相应地调节排放容量。
速度损失应理解为由于泄漏或类似情况引起的损失，并且意味着实际上并未达到指定的驱动速度，并且纵向速度不同。速度损失是指定的驱动速度和实际的纵向速度之间的差。相应地由于所存储的数据或特性曲线，对于系统而言在规定压力下速度损失有多高是已知的。例如这些可以通过试验建立并且作为特征曲线或数据存储在数据存储装置中。
控制单元可以这种方式控制液压驱动系统，使得仅当所检测到的振动超过预定幅度时，才改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量。
该检测装置可以检测在行进装置上或在机架上的纵向速度的波动，和/或检测作为体积流量波动和/或作为液压驱动系统的压力波动的波动。
检测纵向速度的检测装置可以包括用于测量速度变化的拾取传感器(pick-upsensor)和/或加速度计，和/或用于测量液压驱动系统中的压力或体积流量的波动的测量装置。
根据本发明，还可以提供一种使用建筑机械用于对地面摊铺路面进行作业的方法，建筑机械借助于行进装置自行推进，建筑机械具体是道路铣刨机、回收机、稳定机或露天采矿机，其中行进装置由液压驱动系统驱动，其中液压驱动系统包括至少一个能够控制的液压马达、和至少一个液压泵，液压马达具有能够改变的排量容量，其中作业装置、具体是铣刨鼓对地面摊铺路面进行作业。有利地设置成使得在建筑机械的移动过程中，检测建筑机械纵向速度的波动，并且根据所检测到的波动以这种方式来改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量，使得改变建筑机械的液压驱动系统的固有频率，其中根据排量容量的调节量以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节泵的排放容量。
建筑机械的纵向速度的波动可以作为振动被检测，其中所述振动优选地表现出基本固定的频率。
为了改变建筑机械的固有频率的目的，可以减小至少一个能够控制的液压马达的排量容量。
至少一个液压马达的排量容量和液压泵的排放容量可以同时被调节。
在调节排量容量和排放容量之后，可以验证所检测到的纵向速度是否偏离指定的驱动速度，并且在偏离的情况下，以直到所检测到的纵向速度对应于指定的驱动速度的这种方式调节液压泵的排放容量。
备选地，在调节排量容量和排放容量之后，可以验证液压驱动系统中的压力，并且根据压力和存储在数据存储装置中的数据，该数据显示液压驱动系统中的压力和速度损失之间的相关性，以这种方式来调节排放容量，使得补偿速度损失。
通过补偿速度损失，然后实际的纵向速度便对应于指定的驱动速度。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地示出本发明的实施例。
以下被示意性地示出：
图1是自推进式建筑机械的侧视图；
图2是建筑机械的传动系；以及
图3是检测到的纵向速度的振动。
具体实施方式
图1示出建筑机械1。建筑机械1可以是铣刨机具体是道路铣刨机、回收机或稳定机、或露天采矿机。图1中示出的建筑机械具有道路铣刨机的形式。然而，建筑机械1也可以是任何其他建筑机械，其至少包括液压驱动系统和作业装置。所示出的建筑机械1包括支撑机架4的行进装置2。行进装置2可以是履带式地面接合单元或轮。用于对地面摊铺路面3进行作业的作业装置，优选地是铣刨鼓6，安装在机架4上。为了对地面摊铺路面3进行作业的目的，铣刨鼓6可以包括在铣刨鼓6的壳表面上的铣刨工具(未示出)。铣刨鼓壳体5围绕铣刨鼓6布置。建筑机械1还优选地包括用于将铣刨物料运走的输送装置46。在所示的实施例中，输送装置46是运输输送机。
行进装置2可以经由升降柱48连接到机架4。机架4在高度上可以通过升降柱48调节。结果，铣刨鼓6的高度也可以调节。备选地或附加地，铣刨鼓6又可以相对于机架4以可移动的方式、具体是高度可调节的方式安装。升降柱48可以设置在所有行进装置2上。然而，例如升降装置48也可以仅布置在后部地面接合单元上。
图2示出建筑机械1的传动系。第一传动系I用于将驱动动力传递给行进装置2的目的，而第二传动系II用于将驱动动力传递给铣刨鼓6的目的。
图2示出驱动单元10。所述驱动单元可以优选地是内燃发动机。所述内燃发动机具体可以是柴油发动机。驱动单元可以经由弹性联轴器20与泵传动齿轮箱16一起设置，用于驱动第一传动系I，第一传动系I用于驱动液压驱动系统50、尤其是用于驱动行进装置2。
在用于驱动铣刨鼓6的第二传动系II中，离合器14设置在驱动单元10和铣刨鼓6之间。所述离合器14是用于切换扭矩的装置。
用于铣刨鼓6的机械驱动的牵引机构12，可以布置在离合器14和铣刨鼓6之间。牵引机构12包括驱动元件11，驱动元件11以扭转刚性的方式联接到驱动单元10的驱动轴22。牵引机构12还包括驱动元件13，该驱动元件13以扭转刚性的方式联接到铣刨鼓6的驱动轴15。齿轮箱(具体是行星齿轮箱24)可以另外布置在驱动轴15和铣刨鼓6之间。
牵引机构12优选地是皮带驱动器，其中驱动元件和从动元件由皮带轮11和13构成，其中一个或多个驱动皮带30在所述皮带轮11和13上旋转，其中驱动元件和从动元件由链轮构成。从原则上而言，驱动装置也可以是液压驱动的或电驱动的。
在用于驱动液压驱动系统的第一传动系I中，泵传动齿轮箱16包括至少一个液压泵32。至少一个液压泵32又可以经由液压管线36连接到至少一个液压马达34或者如在所示实施例中示出的多个液压马达34。液压马达34驱动每一个行进装置2(仅在图2中示意性地示出)。
由于液压驱动系统50，在原则上而言可以独立于驱动发动机的转速来控制建筑机械的前进速度。
泵32连接到液压箱33。泵32的排放容量是能够调节的。
用于驱动行进装置2的液压马达34的排量容量也是能够调节的。
液压马达可以优选地是液压轴向活塞马达。液压泵可以是液压轴向活塞泵。
在建筑机械1的操作期间，建筑机械的纵向速度可能发生波动。所述波动可以借助于检测装置44来检测。控制单元38可以根据所检测到的波动来改变至少一个能够控制的液压马达34的排量容量，使得建筑机械1的液压驱动系统50的固有频率被改变，其中控制单元38根据排量容量的调节量以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节泵32的排放容量。
如下确定建筑机械1的液压驱动系统50的固有频率，即非阻尼固有频率：
Figure BDA0002577693310000081
在此，C′h是液压容量，Jtotal是作用在液压马达上的质量惯性矩，VM是液压马达的总排量容量。
关于已知建筑机械，道路铣刨机的液压容量和质量惯性相应地是已知参数，或者可以容易地确定。这些参数也可以通过测试确定。通过改变排量容量来改变液压驱动系统的固有频率。
驱动速度的波动本身不会引起烦恼。仅当所述连续波动满足建筑机械1的液压驱动系统的固有频率时，机械才发生摇摆。这非常不利于驾驶舒适性。由于通过调节液压驱动马达的排量容量来改变固有频率，因此不会发生机械摇摆。当所检测到的驱动速度的振动的幅度超过规定值时，优选进行排量容量的调节。
液压马达34优选地在操作期间以最大回转操作。为了改变固有频率，液压马达34优选地向回回转。这意味着优选减小排量容量。
然而，与此同时或不久之后，以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节液压泵32的排放容量。
如果优选减小液压马达的排量容量，则如果流率保持恒定，液压马达34的旋转速度将增加。然而，这可以通过减小液压泵32的排放容量来防止。控制单元38优选地以这种方式来控制液压驱动系统50，使得至少一个液压马达34的排量容量和液压泵32的排放容量同时被调节。
控制单元38还可以在调节排量容量和排放容量之后验证所检测到的纵向速度是否偏离指定的驱动速度。然后，在偏离的情况下，控制单元可以直到所检测到的纵向速度对应于指定的驱动速度的这种方式调节液压泵32的排放容量。
由于该系统是非理想系统，因为液压驱动系统中的较高压力，会发生因为泄漏产生的损失，，这导致实际的纵向速度与指定的驱动速度不对应。可以通过进一步调节液压泵32的排放容量来补偿所述速度损失。为了获知液压泵32的排放容量所需的调节量，可以检测实际的纵向速度并将实际的纵向速度与指定的驱动速度进行比较，并且根据其来调节液压泵32的排放容量，直到实际的纵向速度与指定的驱动速度相对应为止。
备选地，液压驱动系统中的压力也可以借助于测量装置70来测量。数据可以被存储在数据存储装置中，该数据例如反映驱动系统中的压力与速度损失之间的特性曲线。基于所述特征曲线和所测得的压力，然后可以相应地调节液压驱动系统50的排放容量。因此，在这种情况下，不必测量实际的驱动速度。
用于记录液压驱动系统中的压力的测量装置70，也可以用于记录超过最大允许压力。如果超过最大压力，则可以再次增加马达的排量容量，以减小系统中的液压压力；但是，这可能会导致重新出现不受欢迎的振动。备选地，可以减小液压泵的流率以减小液压压力；然而，这将导致建筑机械1的纵向速度降低。
通过虚线40示出了，控制单元38经由泵32控制液压驱动系统50。检测装置44的测得值也可以被传送到控制单元38。这也可以通过虚线45示出。术语“以控制”应理解为，意味着检测装置44至少记录一次测得值，并且控制单元38根据所检测到的波动来控制液压驱动系统50。然而，还应包括的是，检测装置多次记录测得值，并且控制装置38根据所检测到的波动来控制液压驱动系统50。因此，在本术语“控制”中也应包括闭环控制意义上的反馈。
检测装置44可以检测行进装置2上和/或机架上的波动，和/或检测作为体积流量波动和/或作为液压驱动系统的压力波动的波动。
在所示的实施例中，检测装置44检测液压驱动系统50中的体积流量的波动和/或压力的波动。检测装置44可以测量驱动系统50的任何位置处诸如液压泵32或液压管线36处的波动。这也通过虚线41示出。控制单元38可以是建筑机械1的机械控制系统的一部分。然而，控制单元38也可以单独地设计。
图3示出纵向速度v实际随时间的变化。示出的所检测到的纵向速度表现出可能围绕设定速度v设定波动的波动。设定速度v设定是驾驶员可以在操作单元上设定的速度。理想情况下，设定速度对应于指定的驱动速度v驱动。如图所示，检测到的波动可以是具有固定频率f的振动。当所述频率f相应地在建筑机械1的液压驱动系统的共振频率或固有频率的范围内时，经常发生机械摇摆。
在现有技术中，仅可以通过调节设定速度v设定来抵消所述波动，以减小引起机械摇摆的振动。然而，这具有的缺点是，与由于可用的机械动力产生的通常能移动的速度相比，建筑机械的移动总体上更缓慢地移动。
然而，在本发明中，通过调节液压马达34上的排量容量，来改变建筑机械1的液压驱动系统50的固有频率。因此也可以防止摇摆。通过同时或相继地调节液压泵的排放容量，可以确保指定的驱动速度保持恒定。
在根据图1的建筑机械中示出了附加的或备选的检测装置。示出了设计为加速度计的检测装置60和设计为拾取传感器的检测装置62。备选地或附加地，所述检测装置可以用于可靠地检测建筑机械1的纵向速度的波动。然而，也可以省略所述检测装置。

Claims (15)

1.自推进式建筑机械(1)，特别是道路铣刨机、回收机、稳定机或露天采矿机，其包括：
-机架(4)；
-至少三个行进装置(2)；
-至少一个液压驱动系统(50)，用于驱动至少两个行进装置(2)，其中液压驱动系统包括至少一个能够控制的液压马达和至少一个液压泵，液压马达具有能够改变的排量容量；
-至少一个作业装置，用于对地面摊铺路面(3)进行作业，特别是铣刨鼓(6)；
其特征在于，
设置检测装置(44，60，62)，在建筑机械(1)的移动期间，检测装置(44，60，62)检测建筑机械(1)的纵向速度(v实际)的波动，其中根据所检测到的波动，控制单元(38)改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量，从而改变建筑机械的液压驱动系统的固有频率，其中根据排量容量的调节量控制单元(38)以使得指定的驱动速度(v驱动)保持恒定的这种方式调节泵的排放容量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制单元(38)减小至少一个能够控制的液压马达的排量容量，以改变建筑机械的固有频率。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，借助于检测装置(44，60，62)，建筑机械(1)的纵向速度(v实际)的波动是能够作为振动检测的，其中所述振动优选地表现出基本固定的频率。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，控制单元以这种方式控制液压驱动系统(50)，同时调节至少一个液压马达的排量容量和液压泵的排放容量。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，控制单元验证所检测到的纵向速度(v实际)是否偏离指定的驱动速度(v驱动)，并且在偏离的情况下，控制单元以直到所检测到的纵向速度(v实际)对应于指定的驱动速度(v驱动)的这种方式调节液压泵的排放容量。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，数据存储在数据存储装置中，数据显示液压驱动系统中的压力与速度损失之间的相关性，其中用于测量液压驱动系统中的压力的至少一个测量装置测量液压驱动系统中的压力，并且根据所测得的压力，其中控制单元以使得补偿速度损失并且纵向速度(v实际)对应于指定的驱动速度(v驱动)的这种方式来调节液压泵的排放容量。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制单元(38)以这种方式控制液压驱动系统(50)，使得仅当所检测到的振动超过预定幅度时，才改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，检测装置(44)检测在行进装置(2)上或在机架上的纵向速度(v实际)的波动，和/或检测作为体积流量波动和/或作为液压驱动系统的压力波动的波动。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，检测装置(44)包括用于测量速度变化的拾取传感器和/或加速度计，和/或用于测量液压驱动系统中的压力或体积流量的波动的测量装置。
10.用于对地面摊铺路面进行作业的方法，使用借助于行进装置自推进的建筑机械(1)，特别是道路铣刨机、回收机、稳定机或露天采矿机，其中行进装置由液压驱动系统(50)驱动，其中液压驱动系统包括至少一个能够控制的液压马达和至少一个液压泵，液压马达具有能够改变的排量容量，并且其中作业装置，特别是铣刨鼓(6)，对地面摊铺路面进行作业；
其特征在于，
在建筑机械(1)的移动过程中，检测建筑机械(1)的纵向速度(v实际)的波动，并且根据所检测到的波动(38)以改变建筑机械的液压驱动系统的固有频率的这种方式来改变至少一个能够控制的液压马达的排量容量，其中根据排量容量的调节量以使得指定的驱动速度保持恒定的这种方式来调节泵的排放容量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，建筑机械(1)的纵向速度(v实际)的波动作为振动被检测，其中所述振动优选地表现出基本固定的频率。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，减小至少一个能够控制的液压马达的排量容量，以改变建筑机械的固有频率。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，同时调节至少一个液压马达的排量容量和液压泵的排放容量。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在调节排量容量和排放容量之后，验证所检测到的纵向速度(v实际)是否偏离指定的驱动速度(v驱动)，并且在偏离的情况下，以直到所检测到的纵向速度(v实际)对应于指定的驱动速度(v驱动)的这种方式来调节液压泵的排放容量。
15.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在调节排量容量和排放容量之后，验证液压驱动系统中的压力，并且根据压力和根据存储在数据存储装置中的数据，该数据显示液压驱动系统中的压力和速度损失之间的相关性，以补偿速度损失的这种方式来调节排放容量。
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