用于確定壓實(shí)狀態(tài)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及壓實(shí)材料的機(jī)器，更具體地說，涉及一種用于確定在工地的作業(yè)材料的經(jīng)驗(yàn)壓實(shí)狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓實(shí)機(jī)器或壓實(shí)機(jī)通常在建造樓宇、高速公路、停車場(chǎng)、以及其他建筑時(shí)用于將作業(yè)材料(例如土壤、砂礫、瀝青、掩埋垃圾)壓實(shí)至理想密度。另外，壓實(shí)機(jī)經(jīng)常用于壓實(shí)采礦場(chǎng)地和垃圾填埋場(chǎng)上近日移動(dòng)和/或相對(duì)柔軟的材料。所述過程通常需要多次經(jīng)過作業(yè)材料來達(dá)到理想的密度。
[0003]通常以各種方式估計(jì)來確定是否已達(dá)到理想壓實(shí)水平。在一些情形下，可以通過確定作業(yè)材料支承機(jī)器的能力來粗略估計(jì)壓實(shí)。例如，可以監(jiān)測(cè)壓實(shí)機(jī)的齒輪的穿透深度，因?yàn)殡S著作業(yè)材料變得更壓實(shí)齒輪穿透得將更少。也使用其他系統(tǒng)來確定作業(yè)材料支承機(jī)器的能力。
[0004]這些系統(tǒng)通常確定作業(yè)材料的相對(duì)壓實(shí)狀態(tài)。換句話說，系統(tǒng)確定相對(duì)于機(jī)器最大壓實(shí)能力或能力，作業(yè)材料已經(jīng)被壓實(shí)到的程度。因此，系統(tǒng)可以確定相對(duì)于機(jī)器的最大壓實(shí)能力，作業(yè)材料已經(jīng)被壓實(shí)的某一百分比。然而，這種系統(tǒng)并不提供壓實(shí)狀態(tài)的絕對(duì)或經(jīng)驗(yàn)測(cè)量。
[0005]因此，操作人員必須在工地進(jìn)行二次測(cè)試或評(píng)定來確定作業(yè)材料的實(shí)際壓實(shí)狀態(tài)。一些二次測(cè)試需要從完成的作業(yè)面上除去材料。此外，也可能有必要在多個(gè)位置執(zhí)行測(cè)試，以確定是否已均勻地實(shí)現(xiàn)理想壓實(shí)水平。
[0006]美國專利第7，581，452號(hào)公開了一種系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，距離測(cè)量裝置或傳感器可安裝到車輛，并在車輛操作時(shí)用于確定傳感器和土壤表面之間的距離?？梢栽谲囕v已行進(jìn)的位置以及車輛尚未行進(jìn)到的位置測(cè)量從傳感器至土壤表面的距離?？梢员容^這些測(cè)量，以確定當(dāng)車輛在土壤上行進(jìn)時(shí)由車輛的輪胎或車輪產(chǎn)生的軌跡的深度。軌跡的深度可以用來計(jì)算土壤的強(qiáng)度。
[0007]前面的【背景技術(shù)】的討論僅僅旨在用于輔助讀者。但其不旨在限制本文所述的創(chuàng)造性技術(shù)，也不限制或擴(kuò)大討論的現(xiàn)有技術(shù)。因此，前面的討論不應(yīng)認(rèn)為表示上述系統(tǒng)中的任意具體元件都不適用于本文所述的創(chuàng)造性技術(shù)，而且其也不旨在表示任意元件在實(shí)施本文所述創(chuàng)新中是必要的。本文所述創(chuàng)新的實(shí)施和應(yīng)用由所附權(quán)利要求書限定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—方面，一種用于在壓實(shí)操作期間確定作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的系統(tǒng)包括:與機(jī)器相關(guān)聯(lián)并且配置成接合和壓實(shí)作業(yè)材料的壓實(shí)機(jī)，與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的用于產(chǎn)生指示作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的信號(hào)的壓實(shí)傳感器系統(tǒng)，和控制器?？刂破髋渲贸?存儲(chǔ)機(jī)器的特征，接收指示作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的來自壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)，并基于來自壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)和機(jī)器的特征確定作業(yè)材料的經(jīng)驗(yàn)壓實(shí)狀態(tài)。
[0009]另一方面，一種用于在壓實(shí)操作期間確定作業(yè)材料的壓實(shí)狀態(tài)的控制器實(shí)現(xiàn)方法包括:存儲(chǔ)機(jī)器的特征；當(dāng)與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的壓實(shí)機(jī)接合并壓實(shí)作業(yè)材料時(shí)，接收指示作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的來自與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)；并基于來自壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)和機(jī)器的特征，確定作業(yè)材料的經(jīng)驗(yàn)壓實(shí)狀態(tài)。
[0010]在又一方面，一種機(jī)器包括:原動(dòng)機(jī)，用于確定機(jī)器的位置的與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的位置感應(yīng)系統(tǒng)，與機(jī)器相關(guān)聯(lián)并配置成接合及壓實(shí)作業(yè)材料的壓實(shí)機(jī)，用于產(chǎn)生指示作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的信號(hào)的與機(jī)器相關(guān)聯(lián)的壓實(shí)傳感器系統(tǒng)，和控制器。控制器配置成:存儲(chǔ)機(jī)器的特征，接收指示作業(yè)材料壓實(shí)狀態(tài)的來自壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)，并基于來自壓實(shí)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)和機(jī)器的特征確定作業(yè)材料的經(jīng)驗(yàn)壓實(shí)狀態(tài)。
【附圖說明】
[0011]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器的示意圖；
[0012]圖2示出與相對(duì)軟的作業(yè)面接合的圖1機(jī)器的輥的示意圖；
[0013]圖3示出類似于圖2的示意圖，但輥與相對(duì)硬的作業(yè)面接合；
[0014]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器的替代實(shí)施例的示意圖；和
[0015]圖5示出用于在壓實(shí)操作期間確定作業(yè)面壓實(shí)狀態(tài)的過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1描繪了機(jī)器10(例如自推進(jìn)式壓實(shí)機(jī)，其具有一對(duì)可旋轉(zhuǎn)地安裝且間隔開的輥11，用于壓實(shí)工地100上的作業(yè)材料101)的示意圖。機(jī)器10包括框架12和原動(dòng)機(jī)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)13)。在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器10可以配置有一種類型的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)13驅(qū)動(dòng)變矩器14，變矩器14轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)變速器(未示出)。變速器可以可操作地連接到輥11。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以與應(yīng)用于本領(lǐng)域的機(jī)器推動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括液壓、電力或機(jī)械驅(qū)動(dòng)器)一起使用。
[0017]可以提供地面接合作業(yè)器具，諸如刀片15。機(jī)器10可以包括駕駛室16，駕駛室16可供操作人員身體占用并提供輸入以控制機(jī)器。駕駛室16可以包括一個(gè)或多個(gè)輸入裝置17，操作人員通過該裝置可以發(fā)出命令，以控制機(jī)器10的推進(jìn)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并操作與該機(jī)器相關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)和器具。顯示器18可以設(shè)置在駕駛室16內(nèi)，在顯示器18上可以顯示對(duì)機(jī)器10的操作有用或必需的信息。
[0018]如圖所示，輥11包括從圓柱形外滾筒表面21徑向地突出的多個(gè)齒或突出尖端20。突出尖端20可以是各種滾筒形尖端結(jié)構(gòu)(包括羊蹄、腳座、或其他尖端設(shè)計(jì))的任何一種。雖然機(jī)器10被描述為自推進(jìn)式壓實(shí)機(jī)，但本文所公開的系統(tǒng)可以結(jié)合任何壓實(shí)機(jī)系統(tǒng)使用，包括拖式滾筒壓實(shí)機(jī)、具有后裝式地面接合推進(jìn)輪(圖4)的單滾筒壓實(shí)機(jī)、或者又另一種壓實(shí)機(jī)。再進(jìn)一步，在一些情形中，系統(tǒng)可以進(jìn)一步采用光面輥(即不包括突出尖端20的輥)。
[0019]機(jī)器10通常在作業(yè)材料101的作業(yè)面102上操作。作業(yè)材料101可以包括任何材料，例如土壤、沙子、砂礫、瀝青、掩埋垃圾、以及另外類型的材料。當(dāng)機(jī)器10在作業(yè)面上移動(dòng)時(shí)，輥11則在作業(yè)面處及其下面壓實(shí)作業(yè)材料。如圖2所示，當(dāng)機(jī)器10在相對(duì)較軟的作業(yè)面102部分上移動(dòng)時(shí)，輥11的突出尖端20可以穿透作業(yè)面102并刺入作業(yè)材料101。在這種情況下，輥11的圓柱形外滾筒表面21可以接合作業(yè)面102。當(dāng)鄰近作業(yè)面102的作業(yè)材料101被壓實(shí)時(shí)，作業(yè)材料可以最終支承機(jī)器10，而使輥11的突出尖端20很少地穿透作業(yè)材料，如圖3所示。
[0020]隨著作業(yè)材料101的壓實(shí)水平的提高，使得突出尖端20穿透作業(yè)材料減少，輥11的圓柱形外滾筒表面21將不再接合作業(yè)面102。這通常被稱為“罷工”現(xiàn)象。當(dāng)作業(yè)材料101的承重能力增加，從而使輥11的突出尖端20沉入或穿透作業(yè)面102內(nèi)減少時(shí)則發(fā)生
“罷工”現(xiàn)象。
[0021]機(jī)器10可以包括控制系統(tǒng)25，其通常如圖1中指示與機(jī)器10相關(guān)聯(lián)的箭頭所示?？刂葡到y(tǒng)25可以利用各種輸入裝置來控制機(jī)器10以及一個(gè)或多個(gè)傳感器，從而提供表示機(jī)器10的各種操作參數(shù)以及機(jī)器操作的工地環(huán)境的數(shù)據(jù)和輸入信號(hào)。控制系統(tǒng)25可以包括電子控制模塊或控制器26以及與機(jī)器10相關(guān)聯(lián)的多個(gè)傳感器。
[0022]控制器26可以是電子控制器，其以邏輯方式操作，以執(zhí)行操作、執(zhí)行控制算法、存儲(chǔ)并取回?cái)?shù)據(jù)以及其他所需操作?？刂破?6可以包括或讀取存儲(chǔ)器、二級(jí)存儲(chǔ)裝置、處理器、以及用于運(yùn)行應(yīng)用程序的任何其他部件。存儲(chǔ)器和二級(jí)存儲(chǔ)裝置的形式可以是可由控制器讀取的只讀存儲(chǔ)器(ROM)或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或集成電路。各種其他的電路可與控制器26相關(guān)聯(lián)，例如電源電路、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、驅(qū)動(dòng)器電路和其他電路類型。
[0023]控制器26可以是單個(gè)控制器，或者可以包括一個(gè)以上的控制器，這些控制器設(shè)置成控制機(jī)器10的各種功能和/或特征。術(shù)語“控制器”按其最廣泛的含義是指包括可與機(jī)器10相關(guān)聯(lián)、且可以配合對(duì)機(jī)器的各種功能和操作進(jìn)行控制的一個(gè)或多個(gè)控制器和/或微處理器?？刂破?6的功能可以以硬件和/或軟件的形式實(shí)現(xiàn)，而無需考慮功能類型。控制器26可以取決于可存儲(chǔ)在控制器的存儲(chǔ)器中、且與機(jī)器10和工地100的操作條件和操作環(huán)境相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)圖。這些數(shù)據(jù)圖中的每一個(gè)可以包括表格、圖表和/或公式形式的數(shù)據(jù)集合。
[0024]控制系統(tǒng)25可以位于機(jī)器10上，且還可以包括遠(yuǎn)離機(jī)器(例如在命令中心105處)而設(shè)置的部件。控制系統(tǒng)25的功能可以分布成使得某些功能可以在機(jī)器10上執(zhí)行，而其他功能可以遠(yuǎn)程執(zhí)行。在這種情況下，控制系統(tǒng)25可以包括通信系統(tǒng)，例如無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)106，以便在機(jī)器10和遠(yuǎn)離機(jī)器而設(shè)置的系統(tǒng)之間傳輸信號(hào)。
[0025]控制系統(tǒng)25可以包括一個(gè)或多個(gè)提供數(shù)據(jù)的傳感器，控制系統(tǒng)可以利用此數(shù)據(jù)確定作業(yè)材料101的壓實(shí)狀態(tài)或程度。術(shù)語“傳感器”，在其最廣泛的意義上使用是指包括一個(gè)或多個(gè)傳感器以及與機(jī)器10相關(guān)聯(lián)并可以協(xié)作來感測(cè)機(jī)器的各種功能，操作，以及操作特征的相關(guān)部件。通常通過圖1中指示與機(jī)器10的關(guān)聯(lián)性的箭頭示出壓實(shí)傳感器系統(tǒng)27。
[0026]在第一實(shí)施例中，壓實(shí)傳感器系統(tǒng)27可以包括通常標(biāo)示為29的有效半徑傳感器，以直接或間接地感測(cè)機(jī)器10的輥?zhàn)?1