DE112015003743T5 - Apparatus and method for controlling compaction based on previously mapped data - Google Patents
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Abstract
Diese Offenbarung stellt ein System und Verfahren zur Verdichtung von Materialien bereit, und insbesondere ein System und Verfahren zum proaktiven Variieren des Verdichtungsaufwands auf einer Materialdecke, die sich an einem Arbeitsstellenbereich befindet, in Ansprechen auf zuvor kartierte Daten in Bezug auf die Verdichtungsvorbereitung dieses spezifischen Arbeitsstellenbereichs.This disclosure provides a system and method for densifying materials, and more particularly, a system and method for proactively varying the compaction cost on a blanket of material located at a work site area in response to previously mapped data relating to the compaction preparation of that specific worksite area.
Description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Die Offenbarung betrifft allgemein Maschinen und Steuerungsstrategien, die zur Verdichtung von Materialien verwendet werden, und insbesondere das proaktive Variieren des Verdichtungsaufwands auf einer Materialdecke, die sich an einem Arbeitsstellenbereich befindet, in Ansprechen auf zuvor kartierte Daten in Bezug auf den Verdichtungsaufbau dieses spezifischen Arbeitsstellenbereichs. The disclosure generally relates to machinery and control strategies used to densify materials, and more particularly to proactively varying the compaction effort on a blanket of material located at a work site area in response to previously mapped data relating to the compaction buildup of that specific worksite area.
HINTERGRUND BACKGROUND
In der Bauindustrie hängt die Qualität und Haltbarkeit der Endoberfläche, die verlegt wird (ob Asphalt, Beton oder ein anderes Material), stark vom Substrat oder Belagsmaterial ab, das sich darunter befindet. Dementsprechend muss die Verdichtung der Substratmaterialien bei der Vorbereitung der Einbaustelle sorgfältig geplant und überwacht werden, um die gewünschte Endoberfläche bereitzustellen. Aufgrund der Variabilität des Baustellenzustands können der Aufbau und die Verdichtung des Substrats über verschiedene Stellen an der Einbaustelle beträchtlich variieren. Zusätzlich gibt es Fälle, in denen mehrmals ein Verdichtungsaufwand durch mehrere Maschinen an derselben Stelle angewendet wird, bevor die Endoberfläche darüber verlegt wird. In the construction industry, the quality and durability of the finish surface being laid (whether asphalt, concrete or other material) depends heavily on the substrate or covering material that is beneath it. Accordingly, compaction of the substrate materials must be carefully planned and monitored in preparation for the installation site to provide the desired end surface. Due to the variability of the construction site condition, the build up and densification of the substrate can vary considerably over different locations at the installation site. In addition, there are cases where a compaction effort is repeatedly applied by several machines in the same place before the end surface is laid over it.
Im Allgemeinen erreicht man die gewünschte Einbaustellenvorbereitung durch Verdichtung, indem eine Maschine mit rotierenden Walzen über das gegenständliche Substrat gefahren, geschoben oder geschleppt wird, um seine Dichte und Gleichmäßigkeit zu erhöhen. Verdichter sind oft mit Vibrationsgeräten ausgestattet, um die Energieübertragung zwischen dem Verdichter und dem Substrat zu erhöhen und zu steuern. Wie oben angemerkt reagieren unterschiedliche Substrate, und ähnliche Substrate, die unterschiedliche Qualitäten wie Feuchtigkeitsgehalt, Dicke und andere Qualitäten aufweisen, tendenziell unterschiedlich auf die Wechselwirkung des Verdichters mit dem Substrat. Die Reaktion eines Materials auf die Wechselwirkung mit dem Verdichter kann die Glattheit beeinflussen, die schließlich in der Endoberfläche erreicht werden kann. In general, the desired site preparation by compaction is achieved by driving, pushing or dragging a machine with rotating rollers over the subject substrate to increase its density and uniformity. Compressors are often equipped with vibration devices to increase and control the energy transfer between the compressor and the substrate. As noted above, different substrates, and similar substrates that have different qualities such as moisture content, thickness, and other qualities, tend to respond differently to the interaction of the compressor with the substrate. The reaction of a material to the interaction with the compressor can affect the smoothness that can ultimately be achieved in the end surface.
Im Stand der Technik sind verschiedene Maschinen zur Vorbereitung eines Unterbaus vor der Vorbereitung des Belags, auf dem die Endoberfläche verlegt wird, bekannt. Diese Maschinen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Kaltfräsen, Recycler und andere Aufbereitungsmaschinen. Im Allgemeinen bewegen sich diese Maschinen über einen Bereich einer Arbeitsstelle, auf der eine Materialdecke verlegt werden soll, und verarbeiten das bestehende Material, entweder durch Vermahlen, Mischen und Wiederablegen des Materials, oder durch Abtragen einer Materialschicht zur Ablage an einer anderen Stelle. In the prior art, various machines for preparing a substructure prior to the preparation of the pavement on which the end surface is laid are known. These machines include, but are not limited to, cold planers, recyclers and other processing machines. In general, these machines move over an area of a job site where a material blanket is to be laid and process the existing material, either by grinding, mixing, and reloading the material, or by removing a layer of material for storage elsewhere.
Wie oben angemerkt können unterschiedliche Materialien stark variierende "Verdichtungsreaktionen" oder Veränderung ihrer Eigenschaften zeigen, die aus der Bearbeitung mit einer Verdichtungsmaschine resultieren. Zum Beispiel können sandige oder körnige Böden jedes Mal, wenn ein Verdichter über einen gegebenen Bereich geführt wird, eine andere Veränderung der relativen Steifigkeit zeigen als Böden mit hohem Tongehalt. Lokale Variationen in der Materialzusammensetzung oder im Feuchtigkeitsgehalt innerhalb eines Arbeitsbereichs sowie Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt über die Zeit können ebenfalls zu einer ungleichmäßigen Steifigkeit führen, sogar wenn die Bearbeitung mit dem Verdichter sehr gleichmäßig erfolgt ist. Wie viele andere Schwerlast-Baumaschinen können Verdichter sehr kostspielig im Betrieb sein, und somit führen unnötige Arbeits- oder Ausbesserungsmaßnahmen zu unerwünschten Kosten. Zusätzlich wird angemerkt, dass eine übermäßige Verdichtung problematisch sein kann, nicht nur wegen der vergeudeten Zeit und der Kosten, sondern auch aufgrund der Tatsache, dass eine übermäßige Verdichtung sogar zur Verschlechterung der Verdichtung oder einer Zerstörung von Aggregatmaterial aufgrund der hohen Amplitude eines Vibrationsverdichtungssystems oder zur Überverdichtung durch übermäßigen Verdichtungsaufwand führen kann. As noted above, different materials can exhibit greatly varying "compaction reactions" or changes in their properties resulting from processing with a compaction machine. For example, sandy or grained soils may exhibit a different change in relative stiffness each time a compressor is passed over a given area than high clay soils. Local variations in material composition or moisture content within a work area, as well as changes in moisture content over time, can also lead to uneven stiffness, even when processing with the compressor is very even. Like many other heavy duty construction machinery, compressors can be very expensive to operate, and thus, unnecessary work or repair operations result in undesirable costs. In addition, it is noted that excessive compression can be problematic, not only because of wasted time and cost, but also due to the fact that excessive compression even worsens compaction or destruction of aggregate material due to the high amplitude of a vibratory compaction system or Over-compression can lead to excessive compaction effort.
Daher wurden signifikante Anstrengungen unternommen, um die Substratqualität, Verdichtung etc. vor und während der Endverdichtung zu überprüfen, bevor die Endoberfläche darüber verlegt wird. Zum Beispiel umfassen einige bekannte Verfahren das Erfassen der Qualität der Verdichtung durch Entnahme einer Probebohrung und Analysieren der Probe in einem Labor. Zumindest ein Teil der Nachteile dieses Verfahrens umfasst, dass es zeitaufwändig ist, die Messung nur durch punktuelle Prüfung erfolgt und nur nach Abschluss zumindest des ersten Verdichtungsvorgangs; dadurch wird es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, den Verdichtungsaufwand während der Verdichtung nachzustellen. Andere bekannte Verfahren zur Prüfung der Verdichtung umfassen die Verwendung elektronischer Messfühler, die manuell auf die Stelle angewendet werden und in der Lage sind, den bestehenden Verdichtungsgrad an einem gegebenen Punkt zu erfassen. Solche elektronischen Messfühler haben den Vorteil, dass sie einzelne Resultate bereits liefern, während die Verdichtung noch im Gange ist. Doch auch in diesem Messverfahren macht es der punktuelle Charakter der Messungen unmöglich, Ergebnisse über die gesamte behandelte Oberfläche zu erhalten. Therefore, significant efforts have been made to check substrate quality, compaction, etc. before and during the final compaction before laying the final surface over it. For example, some known methods include detecting the quality of compaction by taking a sample well and analyzing the sample in a laboratory. At least part of the disadvantages of this method include that it is time consuming, the measurement is done only by selective testing and only after completion of at least the first compression process; This makes it difficult, if not impossible, to adjust the compaction effort during compaction. Other known methods of compaction testing include the use of electronic probes which are manually applied to the site and capable of detecting the existing degree of compaction at a given point. Such electronic probes have the advantage that they already deliver individual results while compaction is still in progress. But even in this measurement method, the punctual character of the measurements makes it impossible to obtain results over the entire treated surface.
Weitere intelligente Verdichtungstechnologien finden immer weitere Zustimmung und Anwendung. Zum Beispiel offenbart das
Zusammenfassung Summary
Gemäß einem Aspekt wird ein System zum proaktiven Variieren des Verdichtungsaufwands auf einer Materialdecke, die sich an einem Arbeitsstellenbereich befindet, in Ansprechen auf zuvor kartierte Daten in Bezug auf den Verdichtungsaufbau desselben geschaffen. Insbesondere werden in einigen Aspekten der Offenbarung Systeme und Verfahren zum proaktiven Variieren des Verdichtungsaufwands auf einer Materialdecke offenbart, umfassend eine Arbeitsstelle und unter Verwendung historischer Verdichtungsdaten (oder Verdichtungsdaten von anderen Quellen) mit präzisen Positions- und Maschinenmessdaten in Bezug auf diesen Arbeitsstellenbereich. In einigen Aspekten der Offenbarung kann die zusätzliche Menge an Verdichtung berechnet werden, die notwendig ist, um die genau gewünschte Menge an Verdichtung bereitzustellen. In Übereinstimmung damit kann eine Verdichtungsmaschine mit variablem Verdichtungsaufwand, etwa einer variablen Vibrationsfrequenz und/oder -amplitude, automatisch und proaktiv auf Grundlage der vorstehend erwähnten historischen Daten oder anderer Verdichtungsdaten auf proaktive Weise eingestellt werden, um genau die Menge an Verdichtung bereitzustellen, die notwendig ist, um die gesamte gewünschte endgültige Verdichtung bereitzustellen. In one aspect, a system is provided for proactively varying the compaction effort on a blanket of material located at a work site area in response to previously mapped data relating to the compaction build-up thereof. In particular, in some aspects of the disclosure, disclosed are systems and methods for proactively varying the compaction effort on a blanket of material comprising a job site and using historical compaction data (or compaction data from other sources) with precise position and machine measurement data relating to that job area. In some aspects of the disclosure, the additional amount of compaction necessary to provide the exact amount of compaction desired may be calculated. In accordance therewith, a variable-compression-type compactor, such as a variable vibration frequency and / or amplitude, may be automatically and proactively adjusted based on the aforementioned historical data or other compaction data in a proactive manner to provide exactly the amount of compaction necessary to provide the total desired final compaction.
In Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung können die proaktiven Veränderungen der Vibrationsfrequenz, -amplitude, etc. in Echtzeit erfolgen, während die Verdichtungsmaschine sich einem zuvor kartierten Arbeitsstellenbereich, der eine Veränderung im Verdichtungsaufwand benötigt, um die gewünschte Gesamtverdichtung bereitzustellen, annähert oder diesen bearbeitet. Die Offenbarung vermeidet somit, dass reaktive Veränderungen des Verdichtungsaufwands auftreten, nachdem die Verdichtungsmaschine an dem spezifischen Arbeitsstellenbereich angekommen ist oder diesen sogar durchlaufen hat, oder dass nicht die gesamte Menge an Verdichtung, die notwendig ist, in einem einzelnen Durchgang bereitgestellt wird. Zusätzlich kann das offenbarte System in vorteilhafter Weise den Betrieb der Verdichtungsmaschine an der falschen Arbeitsstellenposition verhindern, oder in Umständen, wo mehr als eine Maschine an einer Arbeitsstelle verwendet wird, den Einsatz der falschen Maschine an der falschen Position verhindern. Des Weiteren kann in Übereinstimmung mit der Offenbarung das offenbarte System verwendet werden, um mehrere Verdichter zu steuern, so dass sie die gewünschte Verdichtung für Teilsegmente der Arbeitsstelle bereitstellen. In accordance with aspects of the disclosure, the proactive changes in vibration frequency, amplitude, etc. may occur in real time as the compaction machine approaches or processes a previously mapped worksite area that requires a change in compaction effort to provide the desired overall compaction. The disclosure thus avoids that reactive changes in the compaction effort occur after the compaction machine has arrived at or even passed through the specific worksite area, or that the total amount of compaction that is necessary is not provided in a single pass. In addition, the disclosed system may advantageously prevent the operation of the compacting machine at the wrong job position, or in circumstances where more than one machine is used at a work site, prevent the use of the wrong machine at the wrong position. Further, in accordance with the disclosure, the disclosed system may be used to control multiple compressors to provide the desired compaction for subsegments of the worksite.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können die Arbeitsstelleninformationen von mehreren Quellen stammen, die, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen früheren Durchgang der Verdichtungsmaschine, andere Maschinen an der Arbeitsstelle, oder speziell konstruierte und implementierte Arbeitsstellenüberwachungen, Versuche etc. umfassen können. Zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein System zur Steuerung des Baumaschinenverkehrs an einem Arbeitsstellenbereich, darunter aller Maschinen, die eine Bodenverdichtung verursachen, nicht nur speziell zur Verdichtung gebauter Maschinen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung eine automatisierte Steuerung aller Verdichtungsmaschinen an einer Arbeitsstelle bereitstellen, um sicherzustellen, dass die richtige Maschine an der richtigen Position verwendet wird, um proaktiv die gewünschte Verdichtung bereitzustellen. According to one aspect of the disclosure, job information may come from multiple sources including, but not limited to, an earlier pass of the compacting machine, other machines at the worksite, or specially designed and implemented job monitoring, testing, etc. Additional embodiments of the present disclosure include a system for controlling construction machinery traffic at a worksite area, including all machines that cause soil compaction, not just specifically for compacting built machines. In addition, the present disclosure may provide automated control of all compaction machines at a job site to ensure that the right machine is used in the proper position to proactively provide the desired compaction.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Die Offenbarung betrifft allgemein ein System und Verfahren zum proaktiven Variieren des Verdichtungsaufwands auf einer Materialdecke, die sich an einem Arbeitsstellenbereich befindet, in Ansprechen auf zuvor kartierte Daten in Bezug auf den Verdichtungsaufbau dieses spezifischen Arbeitsstellenbereichs. Insbesondere betrifft die Offenbarung proaktive Veränderungen der Vibrationsfrequenz, -amplitude, etc., die in Echtzeit auf Verdichtungsmaschinen angewendet werden können, während sich die Verdichtungsmaschinen Arbeitsstellenbereichen nähern oder diese bearbeiten, die zuvor mit spezifischen Verdichtungsinformationen in Bezug auf Teilsegmente der Arbeitsstelle kartiert wurden. The disclosure generally relates to a system and method for proactively varying the compaction effort on a blanket of material located at a work site area in response to previously mapped data relating to the compaction build-up of that specific worksite area. In particular, the disclosure relates to proactive changes in vibration frequency, amplitude, etc. which can be applied in real time to compaction machines while the compaction machines are job areas approach or edit them that were previously mapped with specific summarization information related to subsegments of the job.
In Übereinstimmung damit veranschaulicht
In Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung kann der Verdichter
Um die physische Bewegung des Verdichters
Um die Steuerung und Koordination des Verdichters
Das Steuergerät
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung können die Sensoren
Das Steuergerät
Das Steuergerät
Es sollte klar sein, dass in anderen Aspekten das Steuergerät
In Übereinstimmung mit der Offenbarung ist
In Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung kann die Information über den Verdichtungszustand der Teilsegmente aus mehreren verfügbaren Quellen abgeleitet werden, die, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Maschinen an der Arbeitsstelle (einschließlich weiterer Verdichter), oder speziell konstruierte und implementierte Arbeitsstellenüberwachungen, Versuche, Probenahmen etc. umfassen kann. Des Weiteren kann die Bewegung von anderen Maschinen an der Arbeitsstelle als Verdichtern über die verschiedenen Teilsegmente gesteuert werden, um eine Verdichtung bereitzustellen (wo eine zusätzliche geringfügige Verdichtung gewünscht wird), oder eine Verdichtung zu verhindern, indem die Maschinen an der Arbeitsstelle von den bereits korrekt verdichteten Teilsegmenten weg umgeleitet werden. Eine solche Steuerung kann in der Form von Meldungen erfolgen, die an die Bedienpersonen der Maschinen an der Arbeitsstelle übertragen werden, oder durch deren automatische Steuerung. In accordance with aspects of the disclosure, the information about the compaction state of the sub-segments may be derived from a number of available sources including, but not limited to, machines at the worksite (including other compressors), or specially designed and implemented job monitoring, testing, sampling etc. may include. Furthermore, the movement of other machines at the worksite can be controlled as compressors across the various subsegments to provide compaction (where additional slight compaction is desired) or to prevent compaction by the machines at the worksite already being correctly positioned compressed subsegments are diverted away. Such control may be in the form of messages transmitted to machine operators at the workstation or by their automatic control.
Insbesondere kann in Aspekten der Offenbarung die Karte der Teilsegmente des Arbeitsbereichs bestimmte Bereiche als bereits wie gewünscht verdichtet ausweisen, und somit den weiteren Verkehr von Maschinen an der Arbeitsstelle über solche Teilsegmente zu "verbieten". In Übereinstimmung damit wird entweder eine Nachricht, die angibt, dass eine Maschine an der Arbeitsstelle sich einem vollständig verdichteten Teilsegment annähert, an die Bedienperson der Maschine in Echtzeit gesendet, um ihn zu warnen, dass er sich dem vollständig verdichteten Teilsegment annähert, oder die Maschine an der Arbeitsstelle wird automatisch gesteuert, um das Teilsegment zu meiden. In particular, in aspects of the disclosure, the map of the subsegments of the workspace may identify certain areas as already densified as desired, and thus "prohibit" further movement of machines at the worksite over such subsegments. In accordance therewith, either a message indicating that a machine at the job is approaching a fully compressed subsegment is sent to the operator of the machine in real time to warn him that he is approaching the fully compressed subsegment, or the machine at work is automatically controlled to avoid the subsegment.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT INDUSTRIAL APPLICABILITY
Die vorliegende Offenbarung ist in einer Vielzahl von Bauanwendungen nützlich. Durch Einsatz von Aspekten der vorliegenden Offenbarung, um proaktiv den Verdichtungsaufwand auf einer Materialdecke, die sich an einem Arbeitsstellenbereich befindet, in Ansprechen auf zuvor kartierte Daten zu variieren, kann unnötiger oder unerwünschter Verdichtungsaufwand vermieden werden. Der Einsatz der automatischen Steuerung kann Bedienerfehler verhindern helfen und eine effizientere Steuerung an der Arbeitsstelle ermöglichen. The present disclosure is useful in a variety of construction applications. By employing aspects of the present disclosure to proactively vary the compaction effort on a blanket of material located at a worksite area in response to previously mapped data, unnecessary or undesirable compaction effort can be avoided. The use of automatic control can help prevent operator error and enable more efficient control at the work site.
In Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung auf Grundlage zuvor entwickelter Verdichtungsdaten in Bezug auf Teilsegmente der Arbeitsstelle, kann eine Karte mit dem bestehenden Verdichtungszustand der Teilsegmente erstellt werden. Durch Einsatz der bestehenden Karte kann der gesamte Verkehr an der Arbeitsstelle, unter anderem, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, der Verkehr der Verdichtungsmaschinen, überwacht und gesteuert werden. Des Weiteren kann in Übereinstimmung mit Aspekten der Offenbarung die Ausrüstung zur Verdichtung weiter Verdichtungsmessungen durchführen, um von Teilsegment zu Teilsegment zu bestätigen, dass die gewünschte Verdichtung erreicht wurde, und die Kartierung kann in Übereinstimmung damit aktualisiert werden. In spezifischen Ausführungsformen der Offenbarung wird der Verdichtungsaufwand gesteuert, indem die Vibrationsfrequenz und/oder -amplitude der Verdichterwalze, und/oder die Geschwindigkeit des Verdichters über Teilsegmente der Arbeitsstelle variiert wird. In accordance with aspects of the disclosure based on previously developed compaction data relative to subsegments of the job, a map can be made with the existing compaction state of the subsegments. By using the existing map, all traffic at the worksite, including, but not limited to, the traffic of the compaction machines, can be monitored and controlled. Further, in accordance with aspects of the disclosure, the equipment for compaction may continue to perform compaction measurements to confirm from sub-segment to sub-segment that the desired compaction has been achieved, and the map may be updated in accordance therewith. In specific embodiments of the disclosure, the compaction effort is controlled by varying the vibratory frequency and / or amplitude of the compactor roll, and / or the speed of the compactor over subsegments of the worksite.
In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen der Offenbarung kann die Fahrgeschwindigkeit des Verdichters
Die weitere Steuerung in Übereinstimmung mit der Offenbarung kann in einem beliebigen Typ von Computereinrichtungen implementiert werden, z. B. etwa einem Desktopcomputer, PC, Laptop/mobilen Computer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Mobiltelefon, einem Tabletcomputer, einer Cloud-Computervorrichtung, und dergleichen, mit kabelgebundenen/drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten über die Kommunikationskanäle. The further control in accordance with the disclosure may be implemented in any type of computing device, e.g. A desktop computer, PC, laptop / mobile computer, a personal digital assistant (PDA), a mobile phone, a tablet computer, a cloud computing device, and the like, with wired / wireless communication capabilities over the communication channels.
Die vielen Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der detaillierten Beschreibung deutlich, und somit ist die Absicht der nachfolgenden Ansprüche, alle solchen Merkmale und Vorteile der Offenbarung abzudecken, die in den wahren Schutzbereich und Umfang der Offenbarung fallen. Des Weiteren werden dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Variationen in den Sinn kommen, und es ist nicht beabsichtigt, die Offenbarung auf den genauen Aufbau und Betrieb, wie sie hierin beschrieben werden, zu beschränken, und dementsprechend können alle geeigneten Abwandlungen und Äquivalente als solche betrachtet werden, die innerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung fallen. The many features and advantages of the disclosure will be apparent from the detailed description, and thus the intention of the following claims is to cover all such features and advantages of the disclosure that fall within the true scope and disclosure of the disclosure. Furthermore, numerous modifications and variations will occur to those skilled in the art, and it is not intended to limit the disclosure to the precise structure and operation described herein and, accordingly, any suitable modifications and equivalents may be considered as such that fall within the scope of the disclosure.
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2015
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