CN113136772B - 具有压实控制的道路摊铺机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括摊铺熨平板(11)的道路摊铺机(1)，其中，摊铺熨平板(11)包括打夯机(21)，并且道路摊铺机(1)还包括GNSS接收器(13)和材料输送机(7)。道路摊铺机(1)还包括电子的控制系统(15)，该系统包括存储器(17)和数据处理器(19)，其中数字施工数据(37)，特别是要摊铺的路面(28)的目标高度轮廓(43)、摊铺材料(5)的目标层厚(d_S)以及如果必要的话路基(27)的高度轮廓(39)被存储在存储器(17)中。控制系统(15)配置为根据目标层厚(d_S)自动地控制摊铺熨平板(11)的压实性能，以摊铺针对由GNSS接收器(13)确定的道路摊铺机(1)的各局部坐标点(41)的摊铺材料(5)。

Description

具有压实控制的道路摊铺机

技术领域

本发明涉及一种道路摊铺机和用于操作道路摊铺机的方法。

背景技术

在道路施工中，人们经常发现路基(即为应用路面而准备的基底)仍具有不平整。因此，在摊铺路面时必须找平这些不平整以便获得水平的路面。为此，迄今为止已知的是，控制道路摊铺机的调平缸，以便依靠常规的找平方法来改变路面的层厚，从而利用较厚层的摊铺材料来找平凹陷和利用较薄层的摊铺材料来找平隆起，以便全面地摊铺完全水平的路面。然而，以上方式被证明是不利的，因为由滚轮所进行的随后的压实会再次在摊铺的路面上引起不平整，因为较厚层具有比较薄层更大的滚压尺寸，即由于滚轮的压实性能而导致的层厚的绝对减少。

从US 2010/0129152 A1已知，可以通过增加在路基里凹陷区域里的摊铺材料的厚度超过在路基里隆起区域里的摊铺材料的厚度(即路面由摊铺机不规则地摊铺)来抵消较厚材料层的更大滚压尺寸的问题。数字路基数据用于控制目的。然而，所描述的方法具有缺点，诸如有时(尤其是当路基高度以小间隔变化时)难以控制摊铺高度的变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的控制系统的道路摊铺机和操作道路摊铺机的改进的方法。

该目的通过包括权利要求1的特征的道路摊铺机和包括权利要求7的特征的操作道路摊铺机的方法来解决。本发明的有利的进一步的发展在从属权利要求中表明。

根据本发明的道路摊铺机包括摊铺熨平板，其中，该摊铺熨平板包括打夯机。道路摊铺机还包括GNSS接收器(全球导航卫星系统)、材料输送机和电子的控制系统，电子的控制系统包括存储器和数据处理器。存储器存储数字施工数据，特别是要摊铺的路面的目标高度轮廓、摊铺材料的目标层厚以及如果必要的话，路基的高度轮廓。控制系统配置为自动地控制与目标层厚有关的摊铺熨平板的压实性能，以便针对由GNSS接收器确定的道路摊铺机的各局部坐标点来对摊铺材料进行摊铺。

在不规则的路基的情况下，可以改动目标层厚，从而获得水平的表面或水平的路面。现在可以通过以下方式控制摊铺熨平板的压实性能：在路基有凹陷的地方，即必须摊铺较厚的层的地方，以比在路基的隆起区域里更高的压实度摊铺材料，并因此以较低的层厚摊铺材料。以如下方式选择压实度：在由滚轮进行的随后的压实过程中，所有区域都以相同的绝对值压紧，即，滚压尺寸在任何地方都是相同的，即，滚轮对较大层厚的区域的压紧和压实按百分比来看比较小层厚的区域少。这意味着该材料可以摊铺出水平的表面，并且在随后的压实过程中也可以保持这种平整，因为路面在任何地方都降低到相同的程度。

优选地，对各局部坐标点的预压实度被存储在控制系统的存储器中。这意味着不必先计算这些值，而是可以将相应的控制信号直接传输到道路摊铺机的与设置压实度有关的组件。

在实际版本中，道路摊铺机具有用于测量摊铺材料的实际层厚的传感器，控制系统配置为计算实际层厚与目标层厚的偏差。反馈机制允许将摊铺材料精确地摊铺到期望的目标层厚，即直到实际层厚和目标层厚之间的偏差为零。为此，可以使用在有或没有外部参考点的情况下工作的超声波传感器、机械触觉传感器、激光传感器或其他合适的传感器。

优选地，控制系统配置为通过控制打夯机频率和/或打夯机行程来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。打夯机在摊铺熨平板下方冲压混合物，从而确保足够量的摊铺材料并将其压实。

在有利的版本中，摊铺熨平板包含熨平板和/或压杆，并且控制系统配置为通过控制熨平板的振动频率和/或振幅和/或压杆压力来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。这些装置允许实现高压实级别。

在另一个变型中，控制系统配置为通过控制摊铺速度来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。摊铺速度决定了压实单元打夯机、熨平板和压杆的作用的持续时间，并且特别适合于将设置调整为必需的摊铺宽度。

根据本发明的用于道路摊铺机(特别是根据上述实施例之一的道路摊铺机)的操作的方法包括下列方法步骤：

-在电子的控制系统的存储器中存储数字施工数据(特别是路基的高度轮廓)，

-存储数字施工数据(特别是要生产的路面的目标高度轮廓以及针对路基的局部坐标点的摊铺材料的目标层厚)，

-对摊铺材料进行摊铺，其中道路摊铺机的当前位置利用GNSS接收器确定，以及电子的控制系统根据目标层厚自动地控制摊铺熨平板的压实性能，以便以各预压实度对摊铺材料进行摊铺。

如上所述，该方法允许将摊铺材料以取决于层厚的、已知的预压实度来摊铺。用这种方式，还可以预测由于使用滚轮后压实所引起的高度损失，并且能够以比滚压尺寸大的层厚对摊铺材料进行摊铺。这确保对于所有局部坐标点而言滚压尺寸是相同的。对于压实性能的计算和控制，不仅可以考虑各局部坐标点或当前位置的目标层厚，而且可以考虑即将到来的局部坐标点(即那些在行进方向上位于更在前的点)的一个或多个目标层厚。同样地，一个或多个过去的值也可以用于确保连续的表面的层。

优选地，对待摊铺的材料进行摊铺包含利用传感器检测实际的层厚，以及计算实际的层厚与目标层厚之间的差，以及自动地控制道路摊铺机以最小化该差。这样，可以自动地监控和控制摊铺操作的基本参数，即层厚和预压实度。这允许摊铺机操作员将更多的注意力投入到摊铺操作中要执行的其他任务上。在显示屏上显示摊铺参数的当前值(特别是层厚和预压实度)，使得操作员可以读取它们并且还可以在自动控制系统里干预并改变参数，这是可以想到的。由于有目标层厚的层(尤其是相对于当前位置仍然跟随的值)以及沿摊铺路径的压实度是已知的，因此控制系统自动地对设置进行所有更改，并且通常仅将校正作为用于达到目标值的自动反馈机制的一部分而进行，其已经防止了与目标值的不希望的偏差。

在一个有利的变型中，电子的控制系统通过控制打夯机频率和/或打夯机行程来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。打夯机可以看作熨平板压实的第一阶段。一方面，它影响通过熨平板下面的摊铺材料的量。另一方面，它预压实摊铺材料。

在另一个有利的变型中，控制系统通过控制熨平板的振动频率和/或振幅和/或压杆压力来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。这样即使有较厚的层也可以实现高的压实度。

在另一种变型中，控制系统通过控制摊铺速度来自动地调节摊铺熨平板的压实性能。特别是，可以关于目标层厚来调节摊铺速度。

在实际的变型中，在程序开始时，通过无线电或电缆连接将包含路基高度轮廓的数字施工数据从外部数据处理系统传递到电子的控制系统的存储器。外部数据处理系统可以是例如笔记本电脑、平板电脑、手机、固定的个人计算机、服务器或类似设备，并且无线电传输可以通过RFID、蓝牙、WLAN、移动电话连接或类似方式发生。用这种方式，路基数据——其例如先前已经依靠通过独立车辆的表面扫描确定——能够被分析、处理和用依赖于其的计算数据来补充。例如，这可以在监控施工场地的中央位置发生，然后可以将数据传输到施工场地的道路摊铺机。

在优选的变型中，外部数据处理系统用于根据所确定的目标层厚来计算各压实性能和/或用于根据目标层厚将各压实性能分配给位置坐标点，然后将数据传递到电子的控制系统的存储器。所以，压实性能——并因此预压实度——总是可以从表状数据记录中计算出或得到。利用外部系统进行计算的优点是，可以容易地提供必要的设备，并且还可以利用适当的EDP设备显示、分析和处理数据。

在另一种变型中，电子的控制系统依赖所确定的目标层厚计算各压实性能和/或依赖目标层厚将各压实性能分配给局部坐标点。因此，这些和其他计算可以直接在道路摊铺机上执行。这甚至可以在操作过程中针对仍要到达的位置完成，从而节省时间。另外，从外部来源接收的数据量越少，传输容量就越节省。

附图说明

在下文中，使用附图更详细地描述本发明的实施例。

图1：显示了道路摊铺机的示意性侧视图，

图2：显示了施工数据的三维视图，

图3：显示了在水平路基上的摊铺材料的熨平板压实的示意图，

图4：显示了在水平路基上的摊铺材料的滚轮压实的示意图，

图5：显示了在恒定的滚压尺寸下，摊铺熨平板的压实度随层厚变化的图形表示，

图6：显示了在不规则的路基上的摊铺材料的熨平板压实的示意图，

图7：显示了在不规则的路基上的摊铺材料的滚轮压实的示意图。

在附图中，彼此对应的组件用相同的参考数字标记。

具体实施方式

图1显示了道路摊铺机1的示意性侧视图，其中在剖视图的下方区域中显示了具有摊铺材料5的料斗3，并且摊铺材料5由材料输送机7通过管道9运输至处于摊铺熨平板11前面的后方位置处，并在该处通过螺旋输送器12均匀地分布。道路摊铺机1还包含连接到电子的控制系统15的GNSS接收器13。电子的控制系统15包括存储器17和数据处理器19。摊铺熨平板11包括打夯机21、熨平板23和压杆25，其中也可以存在多个这些组件。摊铺材料5利用摊铺熨平板11被预压实并被摊铺在路基27上作为具有层厚d_B的路面28，在理想操作中，层厚d_B相当于目标层厚d_S，其中目标层厚d_S比期望的最终层厚d_E高一个滚压尺寸s，期望的最终层厚d_E在滚轮后压实之后存在。传感器29可以被用于测量摊铺材料5的实际层厚d_I，该传感器29可以附接到摊铺熨平板11或道路摊铺机1的底盘上。传感器29也能够以在摊铺时其测量实际层厚d_I的方式来附上，从而能够重新调整摊铺熨平板11。可以提供外部数据处理系统31，例如膝上型计算机，用于经由道路摊铺机1上和数据处理系统31上的天线33利用无线电链路来传输和接收施工数据(其中天线33也可以适合于接收卫星信号用于位置确定)，或用于通过电缆连接35传输和接收施工数据。

图2显示了数字施工数据37的三维视图。路基27具有高度轮廓39，其包含针对单独的局部坐标点41的高度数据。该高度轮廓39可能已经从使用外部车辆的先前表面扫描获得。然而，也可能的是，将扫描装置附接到道路摊铺机1本身，并且对路基27的一部分沿行进方向进一步向前执行表面扫描，而基于已经获得的数字施工数据37摊铺材料5已经摊铺在后部部分。路基27的高度轮廓39的数据借助待摊铺的道路路面28的目标高度轮廓43的数据来丰富。根据路基27的高度轮廓39的隆起和凹陷，因此为各局部坐标点41存储不同的目标层厚d_S。(为所述路基和路面数据存储的)数据点或局部坐标点41的数量可以依赖用于数据收集和处理的技术规范(例如GNSS的准确性)而改变，从而表示了“分辨率”的一种形式。还可以想到的是，数字施工数据37的处理包含算法，该算法将路基27中具有频繁的和/或更严重的不平整的区域与具有很小变化的区域区分开，并按比例调节数据点的数量，由此一方面保持高的信息密度，另一方面减少了数据量。数据点41在网格中的位置会受到传感器位置的影响。数字施工数据37还包含更多的数据(诸如每个局部坐标点41的期望的压实度)，这些数据的计算特别是依据所测量的数据(诸如路基27的高度轮廓39)计算。

图3显示了在水平路基27上的摊铺材料5的熨平板压实的示意图。摊铺材料5由材料输送机7和螺旋输送器12以体密度ρ_S置于摊铺熨平板11的前面。被道路摊铺机1沿行进方向F拉动的摊铺熨平板11将摊铺材料5压实成熨平密度ρ_S和层厚d_B，该层厚d_B等于关于熨平板摊铺的目标层厚d_S，从而摊铺路面28。在水平路基27的情况下，可以使用摊铺熨平板11，一旦设定就无需对摊铺参数进行任何重大的更改。

图4显示了摊铺材料5或由摊铺熨平板11摊铺在水平路基27上的路面28的滚轮压实的示意图。层厚d_B以压实尺寸s减少到最终层厚d_E，为此，滚轮45要实行一次或多次运转。路面材料5的密度增加到压实密度ρ_W。于是，可以指定针对摊铺熨平板11和滚轮45的压实度：

摊铺熨平板的压实度

滚轮的压实度

这里，ρ_M是马歇尔试件(Marshall test specimen)的密度，它是在实验室条件下由压实装置产生的。密度ρ_M基本上相当于摊铺材料5的最大密度，即压实度k_B，k_W表示通过各机器、摊铺熨平板11或滚轮45为摊铺材料所带到的最大密度ρ_M的百分比。

图5显示了根据等式1，在恒定的压实尺寸s下，压实度k_B根据摊铺熨平板11的层厚d_B变化的图形表示，等式1推导如下：

它一般适用于：

其中m、b、x＝常量，并且m＝质量，b＝宽度，x＝沿行驶方向的长度，d＝路面28的所考虑部段的层厚。

因此进一步适用于：

由此断定，假设在通过滚轮最终压实路面后，对于路面的压实度k_B，材料密度ρ_W大约相当于的马歇尔密度ρ_M

其中ρ_W≈ρ_M

其中

压实尺寸s＝d_B-d_W→d_W＝d_B-s

然后：

随着层厚d_B预先确定并且由于路基27的不平整而改变，压实度k_B必须根据图5调节，以关于所有层厚d_B获得相同的压实尺寸s，即保持在图5中的相应函数曲线上(s＝10mm、20mm、30mm)。

图6显示了在不规则的路基27上的摊铺材料5的熨平板压实的示意图。指定层厚d_B1和d_B2以获得在期望水平面上的水平道路路面28。有目的地考虑压实尺寸s，按该压实尺寸s通过滚轮压实减少路面28的高度。各压实度k_B1和k_B2根据等式1计算。电子的控制系统15能够通过激活一个或多个压实单元21、23、25来控制摊铺熨平板11的压实性能，从而在由三维施工数据37已知的点上产生各经过计算的压实度k_B。根据层厚d_B摊铺压实率k_B并由此摊铺密度ρ_B，以便在随后的由滚轮45实现的后压实过程中处处实现一致的压实尺寸s。

图7显示了在不规则的路基27上的摊铺材料5的滚轮压实的示意图。由于经调整的压实度k_B1、k_B2，压实尺寸s到处都是相同的。因此，已经由摊铺熨平板11摊铺的路面28在保持纵向水平度的同时被滚轮45压实。在滚轮压实之后，路面28具有一致的密度ρ_W，一致的压实度k_W、依照路基27而改变的最终层厚d_E。

Claims (16)

1.具有摊铺熨平板(11)的道路摊铺机(1)，所述摊铺熨平板(11)包括打夯机(21)，并且所述摊铺机(1)还包括GNSS接收器(13)和材料输送机(7)，所述道路摊铺机(1)的特征在于，电子的控制系统(15)包括存储器(17)和数据处理器(19)，其中在所述存储器(17)中存储数字施工数据(37)，数字施工数据(37)包括要生产的路面(28)的目标高度轮廓(43)、摊铺材料(5)的目标层厚(d_S)，以及取决于目标层厚(ds)的预压实度(k_B)，以及，控制系统(15)配置为根据目标层厚(d_S)自动地控制所述摊铺熨平板(11)的压实性能，以便针对由所述GNSS接收器(13)确定的道路摊铺机(1)的具有相应的预压实度(k_B)的各局部坐标点(41)来对所述摊铺材料(5)进行摊铺。

2.根据权利要求1所述的道路摊铺机，其特征在于，对于各局部坐标点(41)的预压实度(k_B)存储在所述控制系统(15)的存储器(17)中。

3.根据权利要求1所述的道路摊铺机，其特征在于，包括用于测量摊铺材料(5)的实际层厚(d_I)的传感器(29)，其中控制系统(15)配置为计算实际层厚(d_I)与目标层厚(d_S)的偏差。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的道路摊铺机，其特征在于，控制系统(15)配置为通过控制打夯机频率和/或打夯机行程来自动地调节所述摊铺熨平板(11)的压实性能。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的道路摊铺机，其特征在于，所述摊铺熨平板(11)包括熨平板(23)和/或压杆(25)，并且所述控制系统(15)配置为通过控制所述熨平板(23)的振动频率和/或振幅和/或控制所述压杆的压力来自动地调节压实性能。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的道路摊铺机，其特征在于，所述控制系统(15)配置为通过控制摊铺速度来自动地调节所述摊铺熨平板(11)的压实性能。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的道路摊铺机，其特征在于，所述数字施工数据(37)包括路基(27)的高度轮廓(39)。

8.用于操作道路摊铺机(1)的方法，所述道路摊铺机(1)是根据前述权利要求中任一项所述的道路摊铺机(1)，所述方法包括下列方法步骤：

-在电子的控制系统(15)的存储器(17)中存储数字施工数据(37)，数字施工数据(37)包括要生产的路面(28)的目标高度轮廓(43)和针对局部坐标点(41)的摊铺材料(5)的目标层厚(d_S)，

-对所述摊铺材料(5)进行摊铺，其中所述道路摊铺机(1)的当前位置是利用GNSS接收器(13)确定的，以及电子的控制系统(15)根据目标层厚(d_S)自动地控制摊铺熨平板(11)的压实性能，以便以根据目标层厚(d_S)的各预压实度(k_B)对所述摊铺材料(5)进行摊铺。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述摊铺材料(5)的摊铺包括：利用传感器(29)检测实际层厚(d_I)，以及计算实际层厚(d_I)与目标层厚(d_S)的差，以及自动地控制道路摊铺机(1)以最小化所述差。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，电子的所述控制系统(15)通过控制打夯机频率和/或打夯机行程来自动地调节所述摊铺熨平板(11)的压实性能。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述控制系统(15)通过控制所述熨平板(23)的振动频率和/或振幅和/或控制压杆的压力来自动地调节所述摊铺熨平板(11)的压实性能。

12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述控制系统(15)通过控制摊铺速度来自动地调节所述摊铺熨平板(11)的压实性能。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数字施工数据(37)包括路基(27)的高度轮廓(39)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述方法开始时，包括所述路基(27)的高度轮廓(39)的数字施工数据(37)利用无线电或电缆的连接(33、35)从外部数据处理系统(31)传递到电子的所述控制系统(15)的存储器(17)上。

15.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，利用外部数据处理系统(31)，根据所确定的目标层厚(d_S)来计算各压实性能，和/或根据目标层厚(d_S)将各压实性能分配给局部坐标点(41)，以及然后将数据(37)传递到电子的所述控制系统(15)的存储器(17)。

16.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，利用电子的所述控制系统(15)，根据所确定的目标层厚(d_S)来计算各压实性能，和/或根据目标层厚(d_S)将各压实性能分配给局部坐标点(41)。

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