CN115110387A - 具有传送负载监测系统的铣刨机 - Google Patents

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CN115110387A CN202210597545.XA CN202210597545A CN115110387A CN 115110387 A CN115110387 A CN 115110387A CN 202210597545 A CN202210597545 A CN 202210597545A CN 115110387 A CN115110387 A CN 115110387A
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E·S·恩格尔曼
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Abstract

公开了一种用于具有粉碎鼓的铣刨机的控制系统。该控制系统可以包括深度传感器，其被配置成产生指示工作面下方铣削深度的第一信号；速度传感器，其被配置成产生指示所述铣刨机地速的第二信号；以及分布曲线检测装置，所述分布曲线检测装置，其可以安装到所述铣刨机上所述粉碎鼓前方的位置。该分布曲线检测装置可以被配置成产生指示表面宽度分布曲线的第三信号。该控制系统还可以包括控制器，其与所述分布曲线检测装置、所述深度传感器和所述速度传感器通信。该控制器可以被配置成基于所述第一、第二和第三信号确定被粉碎材料的体积。

Description

具有传送负载监测系统的铣刨机
本申请是申请号为201610349265.1的中国专利申请的分案申请，原申请的申请日为2016年05月24日，优先权日为2015年05月27日，发明名称为“具有传送负载监测系统的铣刨机”。
技术领域
本公开一般地涉及铣刨机，更具体而言，涉及具有传送负载监测系统的铣刨机。
背景技术
柏油表面的道路是为了方便车辆行驶而建造的。根据使用密度、地基条件、温度变化、水分含量和/或实际年龄，道路的表面最终会变形并且无法支撑车轮负荷。为了修复道路以继续供车辆使用，废柏油被移除以针对表面重修做准备。
铣刨机(cold planer)有时也称道路铣削机(road mill)或翻路机(scarifier)，其用于打碎并去除柏油道路的层。铣刨机典型地包括由履带或轮式驱动单元推进的框架。该框架支撑着引擎、操作员站、粉碎鼓和传送带。粉碎鼓配备有切削工具，前者通过与引擎的适当接口被旋转以打碎道路表面。打碎的道路材料被粉碎鼓放置到传送带上，传送带将打碎的材料传送到拖运卡车以从工地运走。在拖运卡车被填满时，利用空的拖运卡车替换它们。装满的卡车将打碎的材料运输到不同的地方以在新的柏油中聚集再用或以其他方式循环使用。这一运输过程一直重复到完成粉碎过程。
操作员可能希望将每辆卡车都装填到其最大容量，之后再用空卡车对其替换，以便减少浪费并提高效率。不过，对一些道路规定汽车重量限制的法规可能要求操作员低于其最大允许容量填充卡车，并在超过重量限制时支付相关罚款。于是，操作员会目测估计已经向卡车中装载了多少材料，并从目测估计来确定卡车是否已经达到其最大法定重量。不过，目测估计可能是不准确的。
在1998年12月15日授予Fournier等人的美国专利No.5850341(专利'341)中公开了更准确监测卡车填充的一个尝试。具体而言，专利'341公开了一种用于测量装载机向卡车中注入的铲斗材料负载的重量的系统。在提升并向卡车中注入铲斗材料负载时，附着于装载机的传感器测量液压缸压力和与机器的装载设备相关联的升角。控制器基于缸压力和升角计算每一铲斗负载的重量并跟踪注入卡车中的相继铲斗负载的重量的运转和。在将卡车填充到期望程度时，操作员按下按钮以在数据库中存储卡车的负载重量并为下一辆卡车重置铲斗数。
尽管在一些应用中是有效的，但专利'341的卡车装载监测系统不能解决在工作期间如何监测来自从工作面连续地粉碎材料的机器的去除材料的问题。此外，专利'341的监测系统仅涉及测量装载材料的重量，但在监测材料去除时其他测量和/或确定可能是重要的。
本公开的铣刨机解决了现有技术中上述一个或多个问题和/或其他问题。
发明内容
在一个方面中，本公开涉及一种用于具有粉碎鼓的铣刨机的控制系统。该控制系统可以包括配置成产生指示工作面下方铣削深度的第一信号的深度传感器；配置成产生指示所述铣刨机地速的第二信号的速度传感器；以及分布曲线检测装置，所述分布曲线检测装置可以安装到所述铣刨机上所述粉碎鼓前方的位置。该分布曲线检测装置可以被配置成产生指示工作面的宽度分布曲线的第三信号。该控制系统还可以包括与分布曲线检测装置、深度传感器和速度传感器通信的控制器。该控制器可以被配置成基于第一、第二和第三信号确定被粉碎材料的体积。
在另一方面中，本公开涉及一种操作具有粉碎鼓的铣刨机的方法。该方法可以包括确定工作面以下的铣削深度；确定所述铣刨机的地速；以及检测所述粉碎鼓前方工作面的宽度分布曲线。该方法还可以包括基于所述铣削深度、所述地速和所述宽度分布曲线确定被粉碎材料的体积。
在又一个方面中，本公开涉及一种铣刨机。该铣刨机可以包括框架；连接到该框架并配置成驱动该铣刨机的牵引装置；连接到该框架的粉碎鼓；与该粉碎鼓相邻并配置成向容器中装载被粉碎材料的传送带，以及由该框架支撑操作员站。该铣刨机还可以包括被配置成产生指示工作面下方铣削深度的第一信号的深度传感器；被配置成产生指示铣刨机地速的第二信号的速度传感器；以及安装于粉碎鼓前方的分布曲线检测装置。该分布曲线检测装置可以被配置成产生指示工作面的宽度分布曲线的第三信号。该铣刨机还可以包括与分布曲线检测装置、深度传感器和速度传感器通信的控制器。该控制器可以被配置成基于第一、第二和第三信号确定被粉碎材料的体积，基于该体积确定被粉碎材料的重量，以及基于被粉碎材料的体积和重量中的至少一个确定容器的填充水平。
附图说明
图1是所公开的示范性铣刨机的剖视图图示；
图2是可以结合图1的铣刨机使用的所公开示范性控制系统的示意图。
图3和4是示范性工作面的前向截面图；以及
图5是示范性工作面的俯视图。
具体实施方式
出于本公开的目的，术语“柏油”被定义为骨料和沥青水泥的混合物。沥青水泥是一个作为石油蒸馏副产品而获得的沥青的黑褐色固体或半固体混合物。可以对沥青水泥进行加热并与骨料混合以用于铺砌道路表面，其中该混合物在冷却时会硬化。“铣刨机”被定义为用于从现有道路去除硬化柏油层的机器。预计到所公开的铣刨机也可以或替代地用于去除水泥和其他道路表面，或去除非道路表面材料，例如在采矿作业中。
图1示出了一个示范性铣刨机10，其具有由一个或多个牵引装置16支撑的框架14、在框架14的腹部下方旋转地支撑的粉碎鼓12，以及安装到框架14并被配置成驱动粉碎鼓12和牵引装置16的引擎18。牵引装置16可以包括连接到致动器20的轮子或履带，致动器20适于相对于地表面可控地升高和降低框架14。应当指出，在公开的实施例中，升高和降低框架14也可以用于改变粉碎鼓12进入工作面17的铣削深度D(参考图2)。在一些实施例中，如果需要，相同或不同的致动器20也可以用于引导铣刨机10和/或调节牵引装置16的移动速度(例如，以对牵引装置16进行加速或制动)。传送带系统22可以在前端连接到框架14并被配置成将材料从粉碎鼓12运走并进入例如等待的拖车24的容器中。如果需要，可以使用其他类型的容器。
框架14还可以在粉碎鼓12的相对侧支撑操作员站26。不过，要理解，如果需要，操作员站26可以位于框架14的别处。操作员站26可以容纳任意数量的用于控制铣刨机10的接口装置28。在公开的范例中，接口装置28包括显示器28a、报警装置28b和输入装置28c等(图2中仅示出了28a-c)。显示器28a可以被配置成呈现铣刨机10相对于工作地点的特征(例如，工作面17的已粉碎和/或未粉碎部分)的(例如，粉碎鼓12的)位置，并向操作员显示数据和/或其他信息。报警装置28b可以被配置成通过听觉和/或视觉方式提示铣刨机10的操作员粉碎鼓12对工作地点特征的接近，和/或某些数据条何时超过关联的阈值。输入装置28c可以被配置成从铣刨机10的操作员接收数据和/或控制指令。其他接口装置(例如，控制装置)也是可能的，并且如果需要，可以将上述一个或多个接口装置组合成单个接口装置。在其他实施例中，操作员站26可以在铣刨机10外部。例如，操作员站26可以实现遥控，例如，手持式控制器，操作员可以使用其从工作地点的任何地方控制铣刨机10。操作员站26替代地可以包含用于计算机的软件程序和用户接口，并且其可以包括硬件和软件的组合。在其他实施例中，铣刨机10可以是自主的，并且可以不包括操作员站26。
输入装置28c可以是，例如模拟输入装置，其通过一个或多个按钮、开关、刻度盘、操纵杆等接收控制指令。输入装置28c还可以或替代地包括数字部件，例如一个或多个软键、触摸屏和/或视觉显示器。输入装置28c可以被配置成基于从操作员接收的输入产生指示与铣刨机10和/或其周围环境相关联的各种参数的一个或多个信号。
例如，输入装置28c可以被配置成接收操作员的选择，该操作员的选择指示与粉碎鼓12正在粉碎的材料相关联的密度ρ。可以利用不同类型的柏油铺设表面17，该柏油可以包括不同的成分(例如，石灰石、花岗石等)，其根据应用也可以更细或更粗。因此，每种柏油可能具有不同的每单位体积的质量(和重量)。结果，从第一表面17粉碎的特定体积的材料可能与从第二表面17粉碎的相等体积的材料具有不同重量，在填充相同体积的材料时，这可能给拖车24增大不同量的重量。输入装置28c可以被配置成允许操作员从列表选择被粉碎材料的类型(例如，具有预定关联密度ρ)或人工输入被粉碎材料的密度ρ。密度ρ可以被发送到和/或存储于控制器42中(参考图2)并用于进一步处理。
输入装置28c也可以被配置成接收操作员选择，该操作员选择指出正在存放被粉碎材料的容器类型。例如，操作员可以从不同类型的拖车和/或其他类型的部分移动或静止的容器列表选择拖车24。预定容积、形状或图像、皮重和/或其他参数可以与每种容器相关联。输入装置28c还可以或替代地被配置成允许操作员人工输入容积、形状、皮重和/或其他参数。容器信息可以被发送到和/或存储于控制器42中(参考图2)并用于进一步处理。
输入装置28c也可以被配置成接收操作员选择，该操作员选择指出车辆的重量限制WL(例如，拖车24的重量限制)。重量限制可以针对特定道路由主管当局(例如，其可以针对违反行为进行关联的罚款和/或处罚)或由车队运营商(例如，以实现最优效率)做出规定。输入装置28c可以被配置成允许操作员从预定列表做出选择或人工输入重量限制WL。重量限制WL可以被发送到和/或存储于控制器42中(参考图2)并用于进一步处理。
曲线检测装置(“装置”)30可以在相对于正常切割或工作方向的粉碎鼓12的前方位置处安装到铣刨机10。装置30可以被配置成检测粉碎鼓12前方表面17的宽度分布曲线Σ。如图3所示，表面17的宽度分布曲线Σ可以是粉碎鼓12前方尚未粉碎到铣削深度D的表面17的一个或多个部分的宽度。宽度分布曲线Σ连同铣削深度D和铣刨机10行进的距离，可用于计算铣刨机10粉碎的材料体积V。被粉碎材料的体积V可以是自从开始铣削操作后已经从表面17粉碎的材料的运转和和/或已经装载到特定拖车24中的材料的运转和。如果需要，宽度分布曲线Σ和铣削深度D也可以或替代地结合速度和时间数据以确定材料去除的容积流量。
在一些状况下，可以容易地确定被粉碎材料的体积V，例如在表面17的宽度分布曲线Σ至少与粉碎鼓12的宽度ωm一样宽，铣削操作期间铣削深度D恒定，以及表面17平坦且均匀时。亦即，被粉碎材料的体积V可以等于粉碎鼓12的宽度ωm乘以铣削深度D和行进的距离。不过，在其他状况下，表面17的宽度分布曲线Σ可能比粉碎鼓12的宽度ωm更窄。
例如，铣刨机10可以用于在粉碎过程期间多次通过，以便粉碎表面17的全部。在一些状况下，后续通过可以与前面的通过部分地交叠，使得粉碎鼓12的完整宽度ωm没有对表面17的未粉碎部分暴露。表面17的未粉碎部分可以指根本尚未粉碎或尚未粉碎到当前设定的铣削深度D的表面17的部分。在其他状况下，粉碎过程可以包括在表面17的一侧开始，逐渐向另一侧移动，直到仅剩一次比粉碎鼓12的宽度ωm要窄的通过。在一种状况下，如图3中所示，粉碎过程可以包括粉碎表面17的周边，并逐渐减小未粉碎部分，直到中间仅剩一个条31。在铣刨机穿过表面17中比粉碎鼓12的宽度ωm更窄的未粉碎部分例如条31时，不能简单地通过将粉碎鼓12的宽度ωm乘以铣削深度D和沿条31行进的距离来准确计算被粉碎材料的体积V。
于是，装置30(参考图1)可以被配置成检测粉碎鼓12前方表面17的宽度分布曲线Σ，其包括比粉碎鼓12更窄的任何部分，并产生指示可用于确定被粉碎材料体积V的宽度分布曲线Σ的信号。装置30可以是现有技术中已知的任何类型的用于检测表面宽度分布曲线的装置。
在一个实施例中，装置30可以被配置成利用激光来检测表面17的宽度分布曲线Σ(例如，激光传感器)。亦即，装置30可以被配置成向表面17上投射激光条纹，并检测条纹从表面17的反射。基于该反射，装置30可以产生指示工作面17的宽度分布曲线Σ的信号并将该信号传送给控制器42(参考图2)以进一步处理。
在另一实施例中，装置30可以利用超声波检测表面17的宽度分布曲线Σ(例如，超声波传感器)。例如，装置30可以在表面17处引导超声波并检测它们从表面17反射的波。基于该反射波，装置30可以产生指示工作面17宽度分布曲线Σ的信号并将该信号传送给控制器42(参考图2)以进一步处理。如果需要，可以使用其他类型的分布曲线检测装置。尽管被示为连接到传送带系统22，但预计到如果需要，装置30可以替代地在更接近粉碎鼓12的位置连接到铣刨机10，例如，连接到鼓外壳的前盖或框架14。
在整个铣削操作期间铣削深度D恒定且表面17平坦且均匀时，可以基于表面17的1D分布曲线(即，表面17的未粉碎部分的线性宽度)确定被粉碎材料的体积V。于是，装置30可以被配置成产生指示1D宽度分布曲线Σ的信号。不过，在一些状况下，例如在已经在各种不同铣削深度D对表面17进行过多次通过时，可能需要关于宽度分布曲线Σ的额外信息来计算被粉碎材料的体积V。
例如，如图4所示，表面17的一部分可以在以第一铣削深度D1进行第一次通过之后保持未粉碎(例如，在深度D0处)，在距第一次通过的某一距离处以第二铣削深度D2进行第二次通过。以第三铣削深度D3的第三次通过可以与第一次通过部分交叠，粉碎鼓12的宽度ωm可以跨越前三次通过的每次的至少一部分，以便在未粉碎部分上进行第四次通过。为了计算第四次通过期间被粉碎材料的体积V，知道在每个铣削深度D0-D3下表面17的每个部分的宽度ω1-ω3可能是有帮助的。因此，装置30(参考图1)可以被配置成检测并产生指示2D宽度分布曲线Σ的信号。例如，该2D宽度分布曲线Σ可以是指示表面17每个部分的宽度ω1-ω3和深度D0-D3的截面图，如图4所示。这一分布曲线Σ可以结合当前铣削深度D和铣刨机10行进的距离使用来计算被粉碎材料的体积V。
替代地，2D宽度分布曲线Σ可以是表面17的顶部区域32的测绘图，其绘示出不同深度的每个部分并指出与每个部分相关联的宽度。如图5所示，可以由在每个深度D0-D3处分开表面17每个部分的边缘线33绘示宽度ω1-ω3。装置30可以被配置成识别表面17的边缘线33或其他特征以确定每个部分的宽度ω1-ω3。可以结合当前铣削深度D、历史深度数据(例如，先前通过期间记录的铣削深度D0-D3、先前通过期间的定位数据等)和铣刨机10行进的距离使用这一分布曲线Σ来确定被粉碎材料的体积V。
在一些状况下，铣削深度D可以是粉碎鼓12两端的均匀深度。在其他状况下，铣削深度D可以在粉碎鼓12的一端到另一端之间有所变化。亦即，可以使粉碎鼓12成一定角度，从而在粉碎鼓12的一端进行更深的切割，在另一端进行更浅的切割。在这种情况下，铣削深度D可以涵盖在粉碎鼓12的宽度ωm之内不一样的切削深度。在粉碎鼓12形成角度时，每次通过都可以生成宽度分布曲线Σ，使得每个深度D0-D3都沿着相应宽度ω1-ω3变化。因此，装置30可以被配置成在深度D变化时沿宽度分布曲线Σ检测深度D。
在其他实施例中，装置30可以被配置成确定表面17的3D分布曲线，其可以用于计算铣削操作期间产生的被粉碎材料的体积V。亦即，装置30可以被配置成检测和产生指示粉碎鼓12前方空间的3D表达的信号，其可用于确定表面17的宽度分布曲线Σ。此外，在铣刨机10行进的距离不可用(例如，基于定位数据、速度和时间数据等)或不能容易确定铣削深度D时，可以使用3D分布曲线额外提供深度数据和/或距离数据(例如，铣刨机10行进的距离、对应于一个或多个铣削深度和/或宽度的通过或通过的一部分的长度，等等)。例如，装置30可以是3D扫描机(例如，激光扫描机)，或者可以包括多个2D扫描机和/或其他其输出可以被配置成产生3D分布曲线的检测装置或部件(例如，光学扫描机)。通过这种方式，可以检测粉碎鼓前方表面17体积的3D分布曲线，并用于进一步处理。
如图2所示，传送负载监测系统34(“系统”)可以与铣刨机10相关联，并包括协作以确定铣刨机10向拖车24中释放的材料体积的组件。这些组件可以包括接口装置28、分布曲线检测装置30、速度传感器36a、深度传感器36b、定位装置38、通信装置40和与每个其他组件连接的控制器42。控制器42可以产生工作面17的宽度分布曲线Σ的电子地图，并在显示器28a上显示电子地图。控制器42还可以基于宽度分布曲线Σ确定已经被粉碎的材料体积V，并在显示器28a上展示体积V。基于该体积V和被粉碎材料的密度ρ，控制器42可以被配置成确定被粉碎材料的重量Wm和拖车24的填充水平F，并经由显示器28a显示体积V、重量Wm和/或填充水平F。这一信息可由操作员和/或控制器42使用以控制铣刨机10的操作参数(例如，行进速度、鼓旋转速度、铣削深度D等)和/或控制拖车24的调度。
速度传感器36a可以与一个或多个牵引装置16相关联，并可以被配置成产生指示铣刨机10地速的信号。例如，速度传感器可以是与牵引装置16的旋转部件之内嵌入的磁体相通的电磁拾音器型(magnetic pickup-type)的传感器。速度传感器36a可以替代地与铣刨机10的不同部件(例如，主动轴、变速器、飞轮等)相关联或包含不同类型的传感器。在其他实施例中，速度传感器36可以是GPS装置、多普勒装置或其他类型的位置检测装置。
深度传感器36b可以与致动器20相关联并被配置成产生指示表面17下方粉碎鼓12的深度D的信号。例如，深度传感器36b可以与致动器20相关联，并被配置成产生指示框架14高度的信号。基于该信号和粉碎鼓12和框架14之间的已知偏移，控制器42可以被配置成确定工作面17顶部下方粉碎鼓12的深度D。
定位装置38可以被配置成产生指示铣刨机10相对于本地参考点、与工作区域相关联的坐标系、与地球相关联的坐标系或任何其他类型的2D或3D坐标系的地理位置的信号。例如，定位装置38可以包含电子接收机，其被配置成与一个或多个卫星或用于确定自身相对地理位置的本地无线电设备或激光发送系统通信。定位装置38可以接收和分析来自多个位置的高频、低功率无线电或激光信号，以对相对3D地理位置进行三角测量。然后可以从定位装置38向控制器42传输指示这个地理位置的信号。之后可以使定位装置38产生的信号与来自装置30的分布曲线检测信号相关，以便跟踪铣刨机10已经粉碎了工作面17哪里的部分以及哪里保留未粉碎的部分。
通信装置40可以包括在控制器42和外部实体之间实现数据消息的发送和接收的硬件和/或软件。可以根据需要通过直接数据链路和/或无线通信链路发送和接收数据消息。直接数据链路可以包括以太网连接、连接区域网(CAN)或现有技术中已知的另一个数据链路。无线通信可以包括使通信装置40能够交换信息的卫星、蜂窝、红外以及任何其他类型的无线通信。
控制器42可以被配置成基于来自装置30的信号产生表面17的电子地图。电子地图可以包括表面17的未粉碎部分以及已粉碎部分的宽度分布曲线Σ。地图上示出的宽度分布曲线Σ例如可以指出沿粉碎鼓12前方的虚拟线的表面17的宽度。该地图还可以或替代地包括粉碎鼓12前方工作面17的宽度的2D表达。在一些实施例中，该地图还可以或替代地包括工作面17的3D表达，其可以将粉碎鼓12前方的表面17的宽度展示为粉碎鼓12前方空间的体积表达的一部分。基于宽度分布曲线Σ、来自输入装置28c和传感器36a、36b的信号，控制器可以被配置成确定被粉碎材料的体积V和重量Wm以及拖车24的填充水平F。
控制器42可以被配置成基于被粉碎材料的体积V和重量Wm以及拖车24的已知特征(例如，几何形状、容积、形状、皮重、重量限制WL等)确定拖车24的总重量Wtotal和填充水平Σ。控制器42可以被配置成经由显示器28a向操作员显示填充水平F以及体积V、重量Wm和宽度分布曲线Σ的地图中的一个或多个，以允许操作员基于填充水平F和已经粉碎了多少材料来控制铣刨机。
在一些实施例中，控制器42可以被配置成自动控制铣刨机10和粉碎过程的一些方面。例如，控制器42可以被配置成基于拖车24的填充水平F自动地控制铣刨机10的操作。亦即，控制器42可以监测拖车24的填充水平F，并在填充水平F接近阈值(例如，90％装满)时自动减慢或停止牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动。如果需要显然可以使用其他阈值。
控制器42还可以被配置成当拖车24的填充水平Σ达到阈值时警告或以其他方式通知铣刨机10的操作员和/或拖车24的操作员。例如，在填充水平F达到阈值(例如，90％装满)时，控制器42可以产生信号，令报警装置28b通过视觉或听觉方式通知操作员拖车24可能很快达到重量限制WL。显然如果需要，可以使用更大或更小的阈值。控制器42可以被配置成与填充水平F的变化协调地改变报警信号(例如，随填充水平F增大)，以允许报警装置28b发射也与填充水平F的变化相协调的听觉或视觉警告。
在一些实施例中，控制器42还可以被配置成管理铣刨机10和外部实体(例如，拖车24、中央设施或诸如修整机的另一个机器——未示出)之间通过通信装置40进行的通信。例如，控制器42可以发送体积V、重量Wm、拖车24的填充水平F以及宽度分布曲线Σ的地图中的一个或多个至铣刨机10外部以进行进一步处理和分析。控制器还可以被配置成基于填充水平F命令或请求送走已装满的拖车24和/或向铣刨机10派送空的拖车24。控制器42还可以被配置成经由通信装置40从与计算机、容器或其他机器相关联的外部发射机接收数据和/或指令。
例如，控制器42可以被配置成自动经由通信装置40从拖车24接收各种输入，例如指令、数据和/或其他信息(例如，其最大体积容量、最大吨位或承重能力、重量限制WL、车轴数、当前填充水平F、所请求的或目标填充水平F、与其行进路径相关联的法定重量限制WL等)。控制器42可以被配置成通过无线通信(例如，RFID、蜂窝、Wi-Fi、或其他无线电通信)与拖车24通信。控制器42还可以或替代地在其存储器中存储关于特定容器(例如，拖车24)或容器类型的信息，并基于识别与容器的通信(例如，RFID等)，查找要在操作和计算期间使用的信息。控制器42可以使用这一数据和信息确定铣刨机10工作期间拖车的总重量Wtotal和填充水平F。
控制器42可以包含单个微处理器或多个微处理器，其包括用于监测操作员和传感器输入并响应地基于输入来调节铣刨机10的操作特性。例如，控制器42可以包括存储器、辅助存储装置、时钟和处理器，例如中央处理单元或用于完成根据本公开的任务的任何其他模块。众多市售微处理器可以被配置为执行控制器42的功能。应当认识到，控制器42可以容易地实现能够控制多种其他机械功能的通用机械控制器。各种其他已知的电路可以与控制器42相关联，包括信号调节电路、通信电路和其他适当的电路。控制器42可以进一步根据需要通信地与外部计算机系统耦合，替代地或补充地，其包括计算机系统。
工业实用性
所公开的控制系统可以用于精确确定被粉碎材料的体积很重要的任何铣刨机。所公开的控制系统可以通过检测铣刨机前方尚未被粉碎的表面的宽度分布曲线，并使用该宽度分布曲线确定铣刨机穿过表面时被粉碎材料的体积和重量，来确定被粉碎材料的体积。所公开的控制系统还可以确定接收被粉碎材料的容器的填充水平及其相对于规定重量限制的重量。所公开的控制系统还可以提供对工作地点的粉碎和未粉碎部分的测绘，以及传输被粉碎材料的体积和重量、容器的填充水平和宽度分布曲线图至铣刨机外部。现在将解释系统34的操作。
在铣刨机10工作期间，粉碎鼓12可以在铣刨机10穿过工作面17的期望部分时在其路径中去除工作面17的一部分。可以进行几次通过或“切割”以完全粉碎工作面17的期望部分。铣刨机10的每次通过都可以以期望的地速，以期望的铣削深度D进行并覆盖表面17的期望区域。控制器42可以从速度传感器36a、深度传感器36b和定位装置38接收分别指示铣刨机10的地速、铣削深度D和位置的信号。
在工作期间，控制器42也可以从装置30接收指示表面17的宽度分布曲线Σ的信号。装置30可以在工作期间连续地监测粉碎鼓12前方的空间，以检测尚未被粉碎的工作面17的宽度分布曲线Σ。基于从装置30接收的信号，控制器42可以确定宽度分布曲线Σ，其随后可用于确定铣刨机10横越表面17时所粉碎的材料的体积V。
基于表面17的几何形状和/或铣刨机10的粉碎计划，控制器42可以产生1D、2D或3D分布曲线。例如，在铣削操作期间铣削深度D恒定且表面17平坦且均匀时，宽度分布曲线Σ可以是指示沿粉碎鼓12前方的特定虚拟线的表面17的宽度的1D分布曲线。当在铣削操作期间在不同铣削深度(例如，参考图4的D0-D3)进行多次通过而获得台阶表面17时，控制器42可以替代地生成指示宽度分布曲线Σ的2D或3D分布曲线，其可以包括在每个深度处表面17的每个部分的宽度(例如，参考图3，ω1-ω3)。如果需要的话，控制器42也可以使用3D分布曲线，以在本来没有速度数据、定位数据和/或铣削深度D数据时，供应深度和距离数据。
在铣刨机10穿过表面17时，控制器42可以基于铣削深度D、地速和宽度分布曲线Σ确定铣刨机10粉碎并传送到拖车24中的材料体积V。例如，将宽度分布曲线Σ乘以铣削深度D可以给出铣刨机10每行进单位距离所粉碎的材料的体积。将每单位距离的体积乘以铣刨机10行进的离散距离可以给出每个距离上粉碎的材料体积。例如，可以利用来自定位装置38(例如，全球定位信息)的信息、总和地速乘以时间间隔或铣刨机10的里程表功能，确定铣刨机10行进的距离。显然，可以使用其他确定铣刨机10行进距离的方法。可以通过对铣刨机10行进的每段分立距离上粉碎的材料体积连续求和来确定铣削操作开始之后所粉碎的材料的体积V。于是，例如，通过估计比粉碎鼓12宽度ωm更窄的每次切割的宽度，可以对被粉碎材料的体积V进行精确确定而不会引入误差。
在铣刨机10横越表面17时，可以通过传送带系统22将粉碎的材料传送到拖车24中并在拖车24装满之后从工作区域运走。在拖车24的总重量Wtotal(包括其中包含的被粉碎材料的重量Wm)达到最大容许重量时，拖车24可以是装满的，最大容许重量例如是操作员或法定重量限制选择的重量限制WL。可以基于传送到拖车24中的被粉碎材料的体积V和密度ρ确定被粉碎材料的重量Wm。例如，被粉碎材料的重量Wm可以与被粉碎材料的体积V和密度ρ之积成正比。可以利用任何已知测量单位确定被粉碎材料的体积V和密度ρ。例如，可以按照立方米(m3)、立方英尺(ft3)、立方码(yd3)等测量被粉碎材料的体积V。例如，可以按照公斤每立方米(kg/m3)、磅每立方英尺(lb/ft3)、磅每立方码(lb/y d3)等确定被粉碎材料的密度ρ。
在一个实施例中，确定被粉碎材料的重量Wm可以包括接收操作员对被粉碎材料的密度ρ的选择。例如，控制器42可以经由输入装置28c接收指示被粉碎材料密度ρ的操作员选择。亦即，输入装置28c可以允许操作员选择控制器42的存储器中存储的对应于不同类型被粉碎材料的几个不同密度值之一。这样的被粉碎材料可以包括，例如，混凝土、石灰岩柏油、花岗岩柏油等。输入装置28c还可以或替代地被配置成允许操作员选择被粉碎材料中的骨料是粗还是细，这样可以分别减小或增大被粉碎材料的重量。如果需要，输入装置28c还可以允许操作员人工输入特定的密度ρ。在另一实施例中，被粉碎材料的密度ρ可以是控制器42的存储器中存储的单一恒定值，并自动地用于确定被粉碎材料的重量。
拖车24的总重量Wtotal可以等于拖车24的皮重Wtare(即，空时的重量)加上传送到拖车24中的被粉碎材料的重量Wm。例如，可以将拖车24的皮重Wtare存储于控制器42的存储器之内。在一些实施例中，控制器42可以存储对应于各种类型和大小的容器的若干皮重。在具体实施例中，控制器42可以通过输入装置28c接收操作员对容器类型的选择，控制器42可以基于操作员的选择确定拖车24的总重量Wtotal。例如，操作员可以从若干容器类型选择，并且每种容器类型可以与已知的皮重Wtare相关联。每种容器类型也可以与一个或多个额外特征相关联，例如，最大容积(例如，土方数)、型号(例如，型号名称、型号等)、轴数、最大额定重量(例如，吨位)、容器的形状或图像，或者其他特征。操作员也可以或替代地经由输入装置28c人工输入皮重Wtare、最大容积或与拖车24相关联的其他信息。
在铣刨机10将被粉碎材料转送到拖车24中时，可以基于被粉碎材料的重量Wm和拖车24的已知特征确定拖车24的填充水平F。例如，控制器42可以持续地将被粉碎材料的重量Wm和拖车24的皮重Wtare相加，以确定拖车24的总重量Wtotal。可以将总重量Wtotal持续地与拖车24的重量限制WL相比较以确定填充水平F。例如，填充水平F可以是拖车24的总重量Wtotal作为重量限制WL的百分比，如以下EQ1所示。
EQ1 F＝100x(1–(WL-Wtotal)/WL)
在一些状况下，(由控制器42确定的)被粉碎材料的体积V和/或重量Wm可以不等于已经传送到拖车24中的材料的瞬时体积和/或重量。例如，控制器42可以基于来自装置30的信号确定被粉碎材料的瞬时体积V和/或重量Wm，而在传送带系统22实际将被粉碎材料传送到拖车24中之前可能过去额外的时间。该时间的量可以取决于传送带24的皮带速度。控制器42可以使用皮带速度或其他已知的参数结合被粉碎材料的瞬时体积V和/或重量Wm，以便更准确地确定拖车24的总体积V和/或重量Wtotal。通过这种方式，可以从拖车24的总重量Wtotal中排除掉已经被粉碎但尚未传送到拖车中的材料(例如，在传送带系统22在工作期间停止时，在工作暂停时等等)。控制器24可以被配置成基于传送带系统22的皮带速度和已知几何形状确定已经被粉碎但尚未传送到拖车中的材料量。控制器可以经由显示器28向操作员显示这一材料量(例如，体积和/或重量)，以允许操作员例如在铣削操作结束时继续运行传送带系统22，以便向拖车24中传送所有粉碎的材料。控制器42还可以被配置成在铣削操作结束时自动地继续运行传送带系统22，以便向拖车42中传送所有的被粉碎材料。
在其他状况下，一些被粉碎材料可能会滞留在容纳粉碎鼓12的粉碎室中，这可能会导致被粉碎材料的体积V和/或重量Wm与已经传送到拖车24中的材料的实际体积和/或重量之间的差异。由于材料在室中的堆积，从而随着时间捕集更少的材料，这种差异可以被减小。控制器42可以被配置成跟踪从开始铣削操作或从上次清除粉碎室之后过去的时间量，并向被粉碎材料的体积V和/或重量Wm施加基于时间的因子，以考虑在粉碎室中已经滞留的材料。还可以允许操作员经由输入装置28c提供输入以指出粉碎室何时被清洁，由此向控制器42指示重置基于时间的因子。
拖车24的重量限制WL可以是由操作员、车队经理或制造商(例如，基于最大容积、燃料效率、行驶距离等)确定的重量限制，以用于改善拖车24和/或粉碎操作的总效率。控制器42可以经由输入装置28c接收重量限制WL的操作员选择或人工输入，并将重量限制WL与其存储器之内存储的或操作员经由输入装置28c提供的最大法定重量限制或其他指定容量限度进行比较。在输入的重量限制WL小于或等于法定重量限制时，控制器42可以根据EQ1确定填充水平F。不过，在重量限制WL大于最大法定重量限制时，控制器42可以在确定填充水平F之前将重量限制WL减小到法定重量限制。显然，如果需要，可以使用其他确定填充水平F的方法。
可以经由显示器28a显示拖车24的填充水平F以允许操作员基于拖车24的填充水平F控制铣刨机10。这样可以允许操作员避免因拖车24装载不足而浪费，同时还避免了拖车24装载过多，超过其选定或法定重量限制WL。例如，在填充水平F超过阈值(例如，填充90％)时或在拖车24达到最大允许填充水平且已装满(例如，在填充水平F达到100％时)时，操作员可以减慢或停止牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动。显示器28a还可以或替代地显示与被粉碎材料或选定容器相关的其他信息，例如被粉碎材料的重量Wm、被粉碎材料的体积V、选定的密度ρ和/或拖车24的特征，例如拖车24的总重量Wtotal、型号、形状或图像和/或其他识别特征。
控制器42还可以或替代地基于拖车24的填充水平F对铣刨机10的工作运用自动控制。例如，控制器42可以监测拖车24的填充水平F，在填充水平F接近阈值(例如，已填充90％)时或在拖车24达到最大允许填充水平且已满(例如，在填充水平F达到100％时)时，自动地减少被粉碎并被传送到拖车24中的材料的量。控制器42可以通过例如调节牵引装置16、粉碎鼓12和/或传送带系统22的移动，来对粉碎多少材料并将其传送到拖车24中进行调节。
在拖车24的填充水平F达到阈值(例如，已填充90％)时，控制器42可以产生信号，使得报警装置28b通过视觉或听觉方式通知铣刨机10的操作员拖车24可能很快达到重量限制WL。显然，如果需要，可以使用更大或更小的阈值。在一个实施例中，例如，报警装置28b可以产生随着填充水平F变化而变化的视觉或听觉信号。例如，报警装置28b发射的声音或光模式可以在填充水平F增大时增大速度或强度，并可以在恰好到达重量限制WL之前变得最快或最强。在一些实施例中，报警装置28b可以此外或替代地可由拖车24的操作员或铣刨机10区域中的其他人员检测到。通过这种方式，在拖车24准备好移动时，可以通知铣刨机10和拖车24的操作员和其他人。
在操作期间，铣刨机10可以连续或周期性地与外部接收机和发射机交换数据。在一些实施例中，铣刨机10可以经由通信装置40发送被粉碎材料的体积V、被粉碎材料重量Wm、拖车24的填充水平F、已装满容器的数量N、效率数据、其他生产率数据和/或其他信息中的一个或多个至铣刨机10的外部。例如，铣刨机10可以向现场或场外后台部门计算机传输数据以用于进一步分析。铣刨机10还可以直接向容器或其他机器，例如拖车24发送数据和其他信息。例如，铣刨机10可以向拖车24发送体积V、重量Wm、填充水平F和/或其他信息以供其操作员和/或后台部门功能使用。
有几个优点可能与所公开的控制系统相关联。例如，因为分布曲线检测装置30可以集成到铣刨机10中，所以可以针对部分宽度切削以及完整宽度切削都进行正在被粉碎的材料的体积的精确确定。此外，因为控制器42可以接收关于正在被粉碎的材料的类型(例如，密度)和接收被粉碎材料的容器(例如，拖车24)的信息，所以控制器42可以确定容器的填充水平并指出容器何时已被填充到最大法定重量或其他期望重量限制。此外，因为控制器42可以针对部分和完整宽度切削都产生被粉碎材料的电子数据，所以可以向外部发送被粉碎材料的体积和重量以及容器的填充水平以供人工使用或供另一机器或计算机使用。
对于本领域的技术人员显然的是，可以对所公开的系统做出各种修改和变化而不脱离所公开的范围。考虑本文公开的传送带系统的规格和实践，该系统的其他实施例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。技术规格和范例应被视为仅仅是示范性的，本公开的真实范围由以下权利要求及其等价物指出。

Claims (11)

1.一种用于具有粉碎鼓并且被配置成向容器中装载材料的铣刨机的控制系统，所述控制系统包括：
深度传感器，其被配置成产生指示工作面下方铣削深度的第一信号；
速度传感器，其被配置成产生指示所述铣刨机地速的第二信号；
分布曲线检测装置，所述分布曲线检测装置安装到所述铣刨机上所述粉碎鼓前方的位置，并被配置成实时产生指示所述工作面的宽度分布曲线的第三信号，其中所述宽度分布曲线是2D或3D的宽度分布曲线；
通信装置，所述通信装置被配置为从所述铣刨机外部的源接收指示所述容器的装载容量的输入；以及
控制器，其与所述分布曲线检测装置、所述深度传感器，所述通信装置和所述速度传感器通信，所述控制器被配置成：
基于所述第一、第二和第三信号确定被粉碎材料的体积；
基于所述被粉碎材料的所述体积和密度确定所述被粉碎材料的重量；以及
基于所述被粉碎材料的所述重量和所述体积中的至少一个确定基于所述装载容量的所述容器的填充水平。
2.根据权利要求1所述的控制系统，还包括显示器，其中所述控制器还被配置成在所述显示器上显示所述容器的填充水平。
3.根据权利要求1所述的控制系统，还包括输入装置，其中所述控制器进一步被配置成：
接收指示材料密度的操作员选择；以及
进一步基于所接收的材料密度确定所述容器的填充水平。
4.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括输入装置，其中所述控制器进一步被配置为：
经由所述输入装置接收指示容器类型的操作员选择；以及
进一步基于所述容器类型确定所述容器的所述填充水平。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述控制器进一步被配置为：
接收指示重量限制的操作员选择；以及
基于所述重量限制确定所述容器何时已经达到最大允许填充水平。
6.一种操作具有粉碎鼓的铣刨机的方法，包括：
确定工作面以下的铣削深度；
确定所述铣刨机的地速；
实时检测所述粉碎鼓前方工作面的宽度分布曲线，其中所述宽度分布曲线是2D或3D的宽度分布曲线；
基于所述铣削深度、所述地速和所述宽度分布曲线确定被粉碎材料的体积；
经由通信装置从所述铣刨机外部的源接收指示容器的装载容量的输入；
基于所述被粉碎材料的所述体积和密度确定所述被粉碎材料的重量；以及
基于所述被粉碎材料的所述重量和所述体积中的至少一个确定基于所述装载容量的所述容器的填充水平。
7.根据权利要求6所述的方法，其中检测所述宽度分布曲线包括检测来自投射到所述粉碎鼓前方表面上的激光的反射光和从所述粉碎鼓前方的表面反射的超声波中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述铣刨机的操作员站内部显示所述容器的填充水平；以及
向所述铣刨机之外传输所述被粉碎材料的体积、所述被粉碎材料的重量和所述容器的填充水平中的一个或多个。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括：
接收指示材料密度的输入；以及
进一步基于所述材料密度确定所述容器的填充水平。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
接收指示所述容器类型的输入；以及
进一步基于所述容器类型确定所述容器的所述填充水平。
11.根据权利要求10所述的方法，其中接收指示所述容器类型的所述装载容量的输入包括接收指示所述容器的重量限制的输入，并且所述方法进一步包括基于所述重量限制确定所述容器何时已经达到最大允许填充水平。
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