CN112513373B - 控制振动压路机的操作的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制振动压路机(1)的操作的方法，该振动压路机包括压路机滚轮(3)和具有至少两个幅度设置的振动机构(2)。该方法包括在所述至少两个幅度设置中的一个幅度设置下操作该振动机构(2)；通过控制该振动机构(2)的振动频率来保持预定的相位角；监测弹跳指示值(BIV)，所述弹跳指示值是基于指示该压路机滚轮(3)的竖直加速度的加速度信号来进行计算的；并且当检测到超过预定弹跳值(BV)的谐振计值(BIV)时，关闭该振动机构(2)，由此防止该振动压路机在操作的弹跳模式下进行操作。

Description

控制振动压路机的操作的方法
技术领域
本发明涉及一种控制振动压路机的操作的方法。
背景技术
振动压路机广泛地用于压实土壤和沥青，例如在道路和建筑物的施工中。
土壤的压实是指通过减少空气空隙并且增加土壤颗粒之间的接触点数量，将土壤颗粒重新布置成更致密的状态。利用动态力的振动压实能够在大多数土壤上进行有效压实。通常，振动压路机包括安装在旋转轴上的偏心重块，以使压路机滚轮以特定的振动频率振动。来自压路机滚轮的力在土壤中产生压力波，压力波进而使土壤颗粒运动以重新布置成更致密的状态。
通常，滚轮与土壤之间的高接触力会产生更深的压实，并且大量的能量/冲击会产生强有力的压力波，以重新布置土壤颗粒。因此，期望控制压实过程，使得接触力和能量/冲击最大化，即以有效的方式将能量释放到地面上。
US 6,431,790 B1展示了使用压实装置(比如振动压路机)进行压实的方法。根据这个方法，分析测量到的数据以确定被压实的土壤的机械特性。基于对一起作为单一振荡系统的土壤压实装置和土壤的振动的分析，连续地调节压实装置的振动频率，从而将单一振荡系统朝向特征谐振频率驱动以优化压实。此外，连续地调节行进速度和振动幅度。
然而，这种方法是耗时和/或低效的，特别是在启动时。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制振动压路机的操作的改进的方法。
通过以下的概述和描述将显而易见的该目的和其他目的是通过根据以下实施例的方法实现的。
根据本披露的一个方面，提供了一种控制振动压路机的操作的方法，该振动压路机包括压路机滚轮和具有至少两个幅度设置的振动机构。该方法包括在所述至少两个幅度设置中的一个幅度设置下操作该振动机构；通过控制该振动机构的振动频率来保持预定的相位角；监测弹跳指示值(BIV)，其中，所述弹跳指示值是基于指示该压路机滚轮的竖直加速度的加速度信号来进行计算的；并且当检测到超过预定弹跳值(BV)的弹跳指示值(BIV)时，关闭该振动机构，由此防止该振动压路机在操作的弹跳模式下进行操作。
因此，预定的相位角(即由振动机构产生的偏心力与压路机滚轮的移位之间的角位置差)被用于控制振动频率。
弹跳值指示振动压路机的操作的弹跳模式。通过在检测到弹跳时关闭振动，可以防止振动压路机的有害操作并且防止土壤颗粒被压碎。启动后可以立即实现最大振动幅度，并且无需对振动幅度进行任何调谐即可将振动频率快速调节到预定的相位角。因此，与US 6,431,790 B1中教导的方法(需要大量的时间，因为先经过繁杂的启动过程，然后进行从低幅度开始多次调节无级可变幅度，才可以达到最佳压实)相比，以非常快速且有效的方式实现了最佳压实。因此，US6,431,790B1中描述的方法是耗时的和/或低效的，尤其是在启动时，因为这需要花费时间来采样数据值并且分析数据值以确定应该执行哪些调节。在这段时间内，压路机可能已经在要压实的区域上移动了数米。这意味着在调节机器参数时所行进的区域没有以最佳方式进行压实。
因此，根据本披露的方法提供了要压实区域的快速且有效的压实。特别地，当压实涉及多次经过并且必须频繁地启动和停止振动时，这可能是有利的，因为在振动启动之后不久便实现了最佳压实。此外，由于幅度在预定的幅度设置下被设定并且在检测到弹跳时被简单地关闭，因此该方法不需要复杂的机械机构和/或控制设备。因此，可以提供成本更低且更鲁棒的方法。
优选地，连续地计算所述弹跳指示值。
根据一个实施例，该方法包括在高幅度设置下启动该振动机构。这具有的优点是，以非常快速且有效的方式对于至少大部分土壤条件实现了最佳压实。
根据一个实施例，振动压路机具有两个幅度设置并且仅具有两个幅度设置，这提供了非常可靠且有效的操作控制。
根据一个实施例，所述弹跳指示值的计算包括执行所述加速度信号的快速傅立叶变换。
根据一个实施例，所述相位角在110°至150°的范围内，并且更优选地在125°至135°的范围内。
本发明的这些和其他的方面将从下文描述的实施例中变得清楚并且将参考其进行阐述。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1展示了振动压路机。
图2展示了图1所示的振动压路机的振动机构。
图3a至图3b用于展示从高幅度设置切换到低幅度设置时的振动机构。
图4是示意性截面视图，并且展示了双幅度振动压路机的压路机滚轮。
图5是示意性侧视图，并且展示了安装在图4所示的压路机滚轮的非旋转构件上的传感器。
具体实施方式
图1展示了振动压路机1，该振动压路机包括压路机滚轮3、安装在压路机滚轮3内部的振动机构2、以及控制单元19。
图2和图3a至图3b展示了振动压路机1的振动机构2。振动机构2包括可旋转轴5，两个相同的偏心质量块组件7安装至该可旋转轴。振动机构2用于在轴5旋转时产生偏心力。
每个偏心质量块组件7包括三个偏心质量块9、11、13，这三个偏心质量块中的两个偏心质量块固定至可旋转轴5，并且这三个偏心质量块中的一个偏心质量块可移动地安装在轴5上。每个可移动质量块11相对于固定质量块9、13在第一位置(图2)与第二位置(图3b)之间自由旋转，在第一位置，在轴5沿一个方向旋转时该可移动质量块与两个固定质量块9、13协作，在第二位置，在轴5沿相反方向旋转时该可移动质量块部分地平衡两个固定质量块9、13。
当可移动质量块11位于它们相应的第一位置时，振动机构2在高幅度设置下操作，并且当可移动质量块11位于它们相应的第二位置时，振动机构2在低幅度设置下操作。
通过改变轴5的旋转方向，将幅度设置从一个切换到另一个。为此，每个可移动质量块11具有两个接合部分11a、11b，这些接合部分被配置成与紧固至两个固定质量块9、13的驱动销14接合，从而随着轴5沿任何方向的旋转而与该轴一起旋转。每个可移动质量块11的第一接合部分11a被配置成当轴5沿一个方向旋转时与相应的驱动销14接合，并且每个可移动质量块11的第二接合部分11b被配置成当轴5沿相反方向旋转时与相应的驱动销14接合。通过改变轴5的旋转方向，可移动质量块11被迫从一个位置切换到另一个位置，如图3a至图3b所展示的。在改变轴5的旋转方向时，可移动质量块11因此相对于固定质量块9、13从一个位置移位到另一个位置。如图3b中的箭头所展示的，沿相同方向继续旋转时，每个可移动质量块11与固定质量块9、13一起旋转。
因此，在这种情况下，振动压路机1的振动机构2具有两个幅度设置并且仅具有呈高幅度设置(图2)和低幅度设置(图3b)形式的两个幅度设置。
现在参考图4，加速度计15竖直地布置在压路机滚轮3的旋转轴线6上方。加速度计15附接至非旋转结构17，并且能够测量滚轮3的竖直加速度。加速度计15通过图5中展示的缆线21连接至控制单元19。在振动压路机的操作期间，控制单元19从加速度计15连续地接收加速度信号。
偏心位置传感器23被布置成当轴5上的参考点经过特定位置时提供位置信号。附接至非旋转结构25的偏心位置传感器23通过缆线27连接至控制单元19。在振动压路机1的操作期间，控制单元19从偏心位置传感器23连续地接收位置信号。
偏心轴5借助于压路机轴承10可旋转地布置。液压马达12被布置用于使轴5旋转。
这种类型的振动压路机1可以根据振幅的设置、频率、以及要压实的土壤的刚度在不同的压实模式下操作。
在第一压实模式下，也称为“连续接触模式”，压路机滚轮3在振动期间一直与土壤保持接触。
当土壤变硬时，振动压路机1进入第二操作模式，也称为“部分抬升模式”。当土壤变得甚至更硬时，压路机进入第三操作模式，也称为“双跳模式”或“弹跳模式”。在操作的弹跳模式下，压路机滚轮3与土壤之间的力每隔一个周期(every second cycle)就非常高，并且每隔一个振动周期就降低或为零。弹跳模式下的高接触力对振动压路机1是有害的。同样，高接触力使已经压实的土壤顶层松散，并且可能压碎土壤颗粒。因此期望的是避免操作的弹跳模式。
存在用于检测弹跳的已知方法。根据一种常用方法，使用对压路机滚轮振动的频率分析来检测弹跳。更确切地说，通过执行指示压路机滚轮在其运行时的竖直加速度的加速度信号的快速傅立叶变换来检测弹跳。
通过将压路机滚轮3和土壤/地面考虑为具有特征谐振频率的动态系统，并且使振动压路机1接近土壤-滚轮系统的谐振频率，可以改进压实。这样提供了最大的接触力，并且将振动能量有效地传递到地面上，即提高了效率。
参考图4和图5，现在将描述根据本披露的实施例的控制振动压路机1的操作的方法。
振动压路机1以默认的振动频率(比如20Hz)启动，并且将振动机构2设定在低幅度设置下或高幅度设置下。优选地，将振动机构2设定在高幅度设置下。
当振动压路机1操作时，振动频率被连续地控制从而保持预定的相位角Φ，即偏心力与压路机滚轮3的移位的角位置差，以实现最佳的压实效率和/或能量效率。通常，为此目的使用在125°至135°度范围内的预定相位角Φ。
压路机滚轮3的竖直加速度由竖直地位于压路机滚轮3的旋转轴线6上方的加速度计15测量。使用偏心位置传感器23测量轴5上的参考点经过特定位置的时刻。
基于来自加速度计15和偏心位置传感器23中的每一者的信号来确定实际相位角。相位角由控制单元19连续地确定，并且用作控制振动机构2的频率的控制参数，这提供了对振动压路机的振动频率的快速且精确的控制。
如果相位角偏离预定的相位角，则通过控制单元19立即调节振动频率。由于从启动开始的振动压路机1已经可以在高幅度设置下工作，因此振动频率迅速调节到预定的相位角，即，最佳相位角。
此外，使用来自加速度计15的加速度信号的频率分析来连续地计算所谓的弹跳指示值(BIV)。计算弹跳指示值以检测振动压路机1何时进入操作的弹跳模式。弹跳指示值计算如下：
BIV＝C*(A0.5Ω/AΩ)，其中
AΩ＝基本(振动)频率Ω处竖直滚轮加速度的幅度，以及
A0.5Ω＝第一次谐波的竖直滚轮加速度的幅度，即振动频率Ω的一半。
C是在现场校准过程中建立的常数。(常用的是C＝300)。
当BIV超过预定的极限值(也称为弹跳值(BV))时，滚轮3进入弹跳模式。然后，通过控制单元19的弹跳保护器自动地关闭振动机构2，以防止振动压路机1在弹跳模式下操作。
当弹跳保护器关闭振动时，向操作者显示已经发生弹跳的消息。然后，操作者必须切换到低幅度设置或继续关闭振动，以便能够在特定区域进行压实工作。实际上，因为如果操作者在高幅度设置下打开振动，BIV将超过指定的极限值，所以弹跳保护器将阻止在特定区域中在高幅度设置下进行进一步的压实工作。
本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上述实施例。相反地，在本发明的范围内，许多修改和变化是可能的。
以举例的方式，已经展示了用于控制某种类型的双幅度振动压路机的操作的方法。然而，应当理解，该方法可以用于控制其他类型的双幅度振动压路机以及具有其他幅度设置的振动压路机的操作。

Claims (6)

1.一种控制振动压路机（1）的操作的方法，该振动压路机包括压路机滚轮（3）和具有至少两个幅度设置的振动机构（2），所述方法包括：
在所述至少两个幅度设置中的一个幅度设置下操作该振动机构（2）；
通过控制该振动机构（2）的振动频率来保持预定的相位角（Φ），所述相位角（Φ）是由该振动机构（2）产生的偏心力与该压路机滚轮（3）的移位之间的角位置差；
监测弹跳指示值（BIV），所述弹跳指示值是基于指示该压路机滚轮（3）的竖直加速度的加速度信号来进行计算的；并且
当检测到超过预定弹跳值（BV）的弹跳指示值（BIV）时，关闭该振动机构（2），由此防止该振动压路机（1）在操作的弹跳模式下进行操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，连续地计算所述弹跳指示值。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该方法包括在高幅度设置下启动该振动机构（2）。
4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述振动压路机（1）具有两个幅度设置并且仅具有两个幅度设置。
5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述相位角（Φ）在110°至150°的范围内。
6.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述相位角（Φ）在125°至135°的范围内。
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