用于铺路机械的控制系统及铺路机械 |
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| 申请号 | CN201720145763.4 | 申请日 | 2017-02-17 | 公开(公告)号 | CN206581111U | 公开(公告)日 | 2017-10-24 |
| 申请人 | 卡特彼勒路面机械有限公司; | 发明人 | 雅格布·R·埃尔温; | ||||
| 摘要 | 本实用新型涉及一种用于铺路机械的控制系统及铺路机械，所述铺路机械包括牵引器、联接到牵引器的整平板组件，以及联接到牵引器并布置在牵引器与整平板组件之间的螺旋钻。所述铺路机械包括联接到螺旋钻和牵引器的 致动器 。所述致动器配置成相对于地面移动螺旋钻。所述铺路机械包括联接到牵引器并配置成检测地面上的障碍物的 传感器 。所述铺路机械包括与致动器和传感器进行通信的 控制器 。所述控制器配置成从传感器组件接收指示障碍物的 信号 。所述控制器进一步配置成控制致动器来提升螺旋钻。本实用新型的控制系统检测地面上的障碍物并自动将螺旋钻从操作高度提升移动以防止障碍物与螺旋钻之间的碰撞，由此保护螺旋钻免受任何损坏。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于铺路机械的控制系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 用于铺路机械的控制系统及铺路机械技术领域[0001] 本实用新型通常涉及一种具有螺旋钻的铺路机械，尤其是涉及一种用于控制所述螺旋钻的系统。 背景技术[0002] 铺路机械用于将摊铺材料垫施覆、铺展并压实在摊铺表面上。铺路机械通常包括牵引器和整平板组件。牵引器具有用于从货车接收沥青材料的料斗以及用于将沥青从料斗向后传输来排放到摊铺表面上的传送装置系统。铺路机械包括螺旋钻来使沥青铺展开而覆盖在整平板组件前方的摊铺表面上。整平板组件使摊铺表面上的沥青材料平整并将其压实。 [0003] 螺旋钻通常定位成接近地面。因此，当铺路机械在崎岖或凹凸不平的地形上行进时，螺旋钻会遭受碰撞损坏。对螺旋钻的这种损坏会降低铺路机械的摊铺效能并且还会使铺路机械无法操作直到更换螺旋钻为止。 [0004] 美国专利第5,752,783号（‘783参考资料）涉及一种配备有微功率冲击雷达装置的摊铺设备，所述微功率冲击雷达装置被连接来控制校平器。校平器是配备有用于调整整平板高度、斜度和伸展度的致动器的整平板。雷达感测诸如弦线的基准线，并操作致动器来调整整平板。然而，‘783参考资料的校平器可能会由于与障碍物的碰撞而无法防止对摊铺设备的螺旋钻造成损坏。实用新型内容 [0005] 在本实用新型的一个方面，提供了一种铺路机械。所述铺路机械包括牵引器、联接到牵引器的整平板组件，以及联接到牵引器并布置在牵引器与整平板组件之间的螺旋钻。所述铺路机械还包括联接到铺路机械的螺旋钻和牵引器的致动器。所述致动器配置成相对于地面移动螺旋钻。所述铺路机械进一步包括联接到牵引器并配置成检测障碍物的传感器。所述铺路机械还包括与致动器和传感器进行通信的控制器。所述控制器配置成从传感器组件接收指示障碍物的信号。所述控制器进一步配置成控制致动器来将螺旋钻提升到障碍物上方。 [0006] 在本实用新型的另一方面，提供了一种用于在地面上行进的铺路机械的控制系统。所述铺路机械包括牵引器、联接到牵引器的整平板组件，以及联接到牵引器并布置在牵引器与整平板组件之间的螺旋钻。所述控制系统包括联接到铺路机械的螺旋钻和牵引器的致动器。所述致动器配置成相对于地面移动螺旋钻。所述控制系统还包括联接到牵引器的传感器组件。所述传感器配置成检测地面上的障碍物。所述控制系统进一步包括与致动器和传感器进行通信的控制器。所述控制器配置成从传感器组件接收指示障碍物的信号。所述控制器进一步配置成控制致动器来将螺旋钻提升到障碍物上方。 [0007] 所述控制器进一步配置成确定螺旋钻高度，所述螺旋钻高度是所述螺旋钻与所述地面之间的距离。 [0008] 所述控制器进一步配置成：由所述传感器确定障碍物高度；比较所述螺旋钻高度与所述障碍物高度；以及从操作高度起提升所述螺旋钻直到所述螺旋钻高度大于所述障碍物高度为止。 [0009] 所述控制器进一步配置成确定障碍物距离，其是所述螺旋钻离所述障碍物的距离。 [0010] 所述控制器进一步配置成：比较所述障碍物距离与预定距离；以及当所述障碍物距离等于所述预定距离时，提升所述螺旋钻。 [0011] 所述控制器进一步配置成：确定所述螺旋钻越过所述障碍物；以及当所述螺旋钻越过所述障碍物时，将所述螺旋钻下降到所述操作高度。 [0012] 所述传感器包括布置在后枢转轴线与所述螺旋钻之间的第一传感器，所述牵引器的接地部件能够围绕所述后枢转轴线旋转。 [0013] 所述传感器进一步包括布置在所述后枢转轴线与所述牵引器的前端之间的第二传感器。 [0015] 图1是根据本实用新型的实施例的铺路机械的侧视图，所述铺路机械的螺旋钻趋近障碍物； [0016] 图2是根据本实用新型的实施例的铺路机械的控制系统的框图； [0017] 图3是图1的铺路机械的侧视图，其中螺旋钻处于提升位置并在障碍物上方行进； [0018] 图4是图1的铺路机械的侧视图，其中螺旋钻处于通过障碍物之后的下降位置；以及 [0019] 图5是在斜坡上向上行进的图1的铺路机械的侧视图。 具体实施方式[0020] 在任何可能的情况下，全部图式中将使用相同的元件符号来涉指相同或相似部分。参考图1，图示了示例性铺路机械100（下文称为“机械100”）。机械100包括具有框架102的牵引器101，框架102具有一组与其联接的接地部件104。虽然在图1中接地部件104图示为迹线，但在各个替代实施例中，接地部件104可以是轮子。另外，牵引器101的框架102限定纵向轴线‘L’，并具有前端105和后端106。位于机械100的后端106附近的接地部件104能够绕着后枢转轴线‘A’旋转。后枢转轴线‘A’可由轮轴、行星齿轮组等来限定。 [0021] 接地部件104由发动机107经由传动装置（未示出）来驱动。传动装置可以是静液压传动装置或机械传动装置。发动机107进一步驱动用来给机械100上的各个系统供以动力的相关发电机108。整平板组件110联接到牵引器101并附接在机械100的后端106而在地面113上将摊铺材料展开并压实成具所需厚度、尺寸和均匀度的层或垫112。在图示的实施例中，地面113是进行摊铺操作的基面。然而，地面113替代地可以是机械100在其上操纵或行进而不执行摊铺操作的完成或未完成的地面。整平板组件110还可由发电机108供应动力。发电机108可用来给与整平板组件110相关的多个部件提供动力，例如，电加热元件（未示出）、顶冠致动器（未示出）等。机械100还包括具有座位115和控制台116的操作员站114，其可包括用于引导机械100的操作的各个控制件。整平板组件110还可包括操作员控制台（未示出）。 [0022] 机械100进一步包括配置成存储摊铺材料的料斗118，以及包括一个或多个传送装置120的传送装置系统，所述传送装置配置成将摊铺材料从料斗118移动到框架102的后端106。传送装置120布置在料斗118的底部，并且如果提供了一个以上，那么传送装置120可并排定位并且相互平行运行到框架102的后端106。一个或多个传送装置120的速度可经调整以便控制摊铺材料输送到整平板组件110的速率。在提供了一个以上的传送装置120的情况下，每个传送装置120的速度可独立变动以便调整输送到整平板组件110每一侧的摊铺材料的量。虽然示出了环路传送装置，但可替代地或除了传送装置120之外使用一个或多个进料螺旋钻或其它材料进料部件。 [0023] 机械100包括联接到牵引器101并位于牵引器101与整平板组件110之间的螺旋钻122。具体而言，螺旋钻122设置于框架102的后端106处并且邻近整平板组件110。螺旋钻122配置成接收由传送装置120供应的摊铺材料并将材料平坦地铺展开在整平板组件110前。在一个实施例中，螺旋钻122可以是螺丝螺旋钻。虽然图1中仅示出一个螺旋钻122，但机械100可具有单个螺旋钻或任何数量的螺旋钻。如果机械100包括多个螺旋钻122，那么螺旋钻122可邻近于彼此对齐。在提供了多个螺旋钻122的情况下，每个螺旋钻122可单独受控制以便控制整平板组件110的左侧和/或右侧前方的摊铺材料量。为了本实用新型的目的，多个螺旋钻统称为螺旋钻122。 [0024] 控制系统200（图2中示出）控制螺旋钻122的各个参数，例如，螺旋钻122相对于地面113的提升或下降以及螺旋钻122的旋转速度。控制系统200包括致动器124来相对于地面113移动螺旋钻122。在图示的实施例中，致动器124示出为联接到螺旋钻122和牵引器101的液压缸。然而，在各个替代实施例中，致动器124可以是马达驱动的线性致动器。虽然图1中图示了一个致动器124，但可为螺旋钻122提供多个致动器124。在存在多个螺旋钻122的情况下，每个螺旋钻122可配备有一个或多个致动器124。致动器124包括联接到框架102的壳体125以及连接到螺旋钻122的杆126。然而，在替代实施例中，壳体125可联接到螺旋钻122并且杆126可联接到框架102。在另一实施例中，致动器124可经由一个或多个中间元件（例如，链接件）操作性地联接到框架102和/或螺旋钻122。杆126相对于壳体125延伸或回缩以相对于地面113移动螺旋钻122。在图示的实施例中，壳体125经由枢转接头127连接到框架 102。替代地，壳体125可固定地联接到框架102或通过任何其它类型的接头（例如，万向接头）连接到框架102。致动器124可以是单作用或双作用缸。另外，致动器124可包括一个或多个配置成感测杆126的回缩或延伸范围的感测元件（未示出），来确定螺旋钻122的高度、螺旋钻122与地面113之间的距离。 [0025] 螺旋钻122的高度可经调整以便将螺旋钻122定位在操作高度‘H’来充分地展开摊铺材料。例如，如果螺旋钻122的高度太高，那么摊铺材料可能无法充分展开并且整平板组件110可能无法使其完全平整。另一方面，如果螺旋钻122的高度太低，那么会使摊铺材料分裂使得可能没有足够材料给整平板组件110来平整和压实。在图示的实施例中，螺旋钻122相对于地面113位于操作高度‘H1’处来执行摊铺材料的展开操作。 [0026] 如图1中所示，整平板组件110在机械100后面通过一对牵引臂128（图1中仅可见其中一个）连接，牵引臂128在机械100的框架102与整平板组件110之间延伸。牵引臂128可枢转地连接到框架102使得整平板组件110相对于框架102以及地面113的相对位置和定向可以通过枢转牵引臂128进行调整，例如以便控制沉积在地面113上的摊铺材料的厚度。机械100包括配置成使牵引臂128提升和下降并因此使整平板组件110提升和下降的牵引臂致动器129。牵引臂致动器129可以是任何合适的致动器，诸如液压致动器。还提供了整平板升降缸130使得进一步调整整平板组件110相对于地面113的高度。整平板组件110可以是本领域中已知的许多构型中的任一种，诸如定宽整平板、安装在后部的可延伸整平板、安装在前部的可延伸整平板或包括延伸部的多区段整平板。在一个实施例中，整平板组件110可以是包括主整平板区段（未示出）以及位于主整平板区段两侧上的延伸整平板区段（未示出）的多区段整平板。延伸整平板区段可相对于主整平板区段独立调整以允许改变宽度以及为地面 113加顶。 [0027] 在一个实施例中，致动器124、牵引臂致动器129和螺旋钻升降缸130可由机械100的液压系统（未示出）致动。液压系统可包括一个或多个阀、液压泵、流体管道、液箱等来调节致动器124、牵引臂致动器129和螺旋钻升降缸130。另外，控制系统200可配置成控制液压系统的各个部件。在各个替代实施例中，致动器124、牵引臂致动器129和/或螺旋钻升降缸130可以是任何其它类型的线性致动器，例如电驱动的蜗杆驱动器。下文将参考图1和图2更详细地描述控制系统200。 [0028] 图2图示了配置成控制与机械100相关的各个系统和部件的控制系统200。控制系统200包括控制器202、传感器组件203以及致动器124。在一个实施例中，传感器组件203包括第一传感器204和第二传感器206。控制器202可包括微处理器、专用集成电路（“ASIC”）或其它适当的电路，并且可具有存储器或其它数据存储能力。控制器202可包括保存在只读存储器中并可由其执行的功能、步骤、例行程序、数据表、数据图、图表等来控制机械100。虽然在图2中控制器202图示成单个分立式单元，但在其它实施例中，控制器202及其功能可分布在多个不同且单独的部件之间。另外，除了图2中所示的部件之外，控制器202可与机械100的各个其它部件操作性地关联，诸如牵引臂致动器129和整平板升降缸130。控制器202与其它电部件之间的通信可通过用电子通信线或通信总线（包括通过无线通信）发送和接收数字或模拟信号来建立。在图2中，为了图示清楚目的，用虚线指示各个通信和命令信道。 [0029] 参考图1和图2，传感器组件203布置在机械100上使得传感器组件203能够检测地面113上的障碍物。具体地，传感器组件203的第一和第二传感器204、206布置在一个表面上，例如牵引器101的框架102的底面132上，使得第一和第二传感器204、206面向地面113。在一个实施例中，第一和第二传感器204、206可以是配置成检测地面113上的障碍物的接近度传感器。虽然第一和第二传感器204、206图示成安装在框架102的底面132上，但第一和第二传感器204、206可以设置在机械100上的任何替代位置处使得能够检测障碍物。第一和第二传感器204、206中的每一个都可以是电容传感器、感应式传感器、磁性传感器、光学传感器、超声波传感器、无线电波传感器或任何其它合适类型的传感器。另外，第一和第二传感器204、206中的每一个可封在外壳（未示出）内来保护内部部件免受颗粒物质和湿气的影响。控制器202可通信地耦接到第一和第二传感器204、206并配置成从其接收信号。在一个实施例中，第一和第二传感器204、206还能够检测到指示障碍物高度的特性。控制器202能够基于从第一和/或第二传感器204、206接收到的信号来确定障碍物高度。在障碍物不平坦并具有可变高度的情况下，控制器202可基于从第一和第二传感器204、206接收到的信号来确定障碍物的最大高度。 [0030] 第一传感器204布置在框架102上螺旋钻122与后枢转轴线‘A’之间的纵向位置处。后枢转轴线‘A’与第一传感器204之间的距离‘D1’可取决于各个因素，诸如后枢转轴线‘A’与框架102的后端106之间的距离‘D2’以及第一传感器204的尺寸。第二传感器206与第一传感器204分隔开并位于后枢转轴线‘A’与框架102的前端105之间。后枢转轴线‘A’与第二传感器206之间的距离‘D3’可取决于各个因素，诸如后枢转轴线‘A’与框架102的前端105之间的距离‘D4’以及第二传感器206的尺寸。虽然图2中仅示出了第一和第二传感器204、206，但可能的是传感器组件203包括多个这类传感器，其可跨过框架102的宽度与第一和第二传感器204、206中的每一个间隔开。 [0031] 在摊铺操作期间，机械100沿着行进方向‘S’行进并将摊铺材料沉积在地面113上。另外，致动器124将螺旋钻122相对于地面113定位在操作高度‘H1’处。操作高度‘H1’可由控制器202自动设置或由机械100的操作员手动选择。控制器202控制致动器124来将螺旋钻 122保持在操作高度‘H1’。控制器202经由一个或多个电子控制阀来控制致动器124，所述阀调节流入到致动器124以及从致动器124流出的致动流体的流量。在一个实施例中，控制器 202还基于从致动器124中所包括的各个感测元件（未示出）接收到的信号来检测和存储螺旋钻122的操作高度‘H1’。然而，在各个替代实施例中，控制器202可基于以下项来确定操作高度‘H1’：从其它部件接收到的信号，例如，配置成测量螺旋钻122的高度的单独传感器（未示出）；用来手动地改变螺旋钻122高度的操作杆（未示出）的位置；调节流入到致动器124以及从致动器124流出的流量的一个或多个电子控制阀的操作条件等。 [0032] 另外，地面113上的障碍物图示为窨井盖134。然而，障碍物可以是任何其它物体、斜坡302（图5中所示）或地面113上的波形地面。这类障碍物会撞击位于操作高度‘H1’处的螺旋钻122。在一个实施例中，控制器202可检测机械100的摊铺操作并从传感器组件203接收指示螺旋钻122沿着行进方向‘S’的前方地面113上的障碍物。在一个实施例中，控制器202基于从第二传感器206接收到的信号来检测窨井盖134。在一个实施例中，控制器202还可从第一传感器204接收信号并比较第一和第二传感器204、206的读数来消除任何错误读数并检测第一和/或第二传感器204、206的任何故障。在另一实施例中，控制器202可从第一传感器204接收信号以便在摊铺操作期间检测障碍物。 [0033] 参考图1至图3，当控制器202基于从传感器组件103接收到的信号检测窨井盖134时，控制器202调节致动器124来相对于地面113提升螺旋钻122。在一个实施例中，控制器202可基于从传感器组件203接收到的信号确定窨井盖134的高度‘H3’，并将螺旋钻122的操作高度“H1”与窨井盖134的高度‘H3’进行比较。控制器202进一步将螺旋钻122从操作高度“H1”提升到高度‘H2’使得高度‘H2’大于障碍物高度‘H3’。 [0034] 在一个实施例中，控制器202还可确定障碍物距离‘D5’，其是螺旋钻122与障碍物（在图示的实施例中是窨井盖134）之间的距离。在一个实施例中，控制器202可基于从第一传感器204和/或第二传感器206接收到的信号来确定障碍物距离‘D5’。控制器202可进一步比较障碍物距离‘D5’与预定距离。所述预定距离可存储在控制器202的存储器中，并且是当控制器202可开始将螺旋钻122提升到操作高度‘H1’上方时的距离指示。所述预定距离可基于摊铺操作的效率参数来计算，使得控制器202不会过早地提升螺旋钻122，并且也不会晚于当螺旋钻122会撞到障碍物时的时间点。当障碍物距离‘D5’等于预定距离时，控制器202将螺旋钻122提升到大于障碍物高度‘H3’的高度‘H2’。因此，螺旋钻122保持在高度‘H2’期间的持续时间经最优化来安全地防止窨井盖134与螺旋钻122之间的接触，而不会影响压实在地面113上的垫112的质量。 [0035] 参考图4，在螺旋钻122或机械100行进越过窨井盖134之后，控制器202可将螺旋钻122下降到适于摊铺操作的操作高度‘H1’。在一个实施例中，控制器202可从第一传感器204或第二传感器206接收信号，并确定第一传感器204或第二传感器206已经经过窨井盖134。 随后，控制器202可基于机械100的行进速度来确定螺旋钻122已经经过窨井盖134。控制器 202接着可将螺旋钻122下降到操作高度‘H1’，由此最小化螺旋钻122被提升的持续时间。 [0036] 图5图示了在位于地面113上的斜坡302上方行进的机械100。斜坡302可以是机械100在操纵操作期间必须穿过的斜道。当机械100沿着行进方向‘S’行进时，接近控制系统 200的前端105的接地部件104首先行进越过斜坡302。基于斜坡302的倾斜角304，框架102绕着后枢转轴线‘A’枢转。随后，第二传感器206可检测到相对于斜坡302的高度增加。如图5中所示，第二传感器206检测高度‘H4’。然而，当框架102绕着后枢转轴线‘A’枢转时，第一传感器204检测后端106处框架102的下倾。因此，第一传感器204检测相对于地面113的高度减小，如由高度‘H5’图示。基于由第一传感器204检测的高度‘H5’与由第二传感器206检测的高度‘H4’之差，控制器202可确定框架102的下倾角303。另外，基于框架102的下倾角303和螺旋钻122相对于地面113的操作高度‘H1’（如图1中所示），控制器202可确定是否需要提升螺旋钻122。如果需要，那么控制器202可将螺旋钻122提升到高度‘H6’来防止螺旋钻122与斜坡302之间的接触。在机械100已经行进越过斜坡302并在地面113上大致水平之后，控制器202可基于从第一传感器204和/或第二传感器206接收到的信号来将螺旋钻122下降到操作高度‘H1’（如图1中所示）。替代地，一旦机械100完全位于斜坡302上，控制器202可将螺旋钻122下降到操作高度‘H1’。当第一和第二传感器204、206检测到指示框架102大体平行于斜坡302的大致相等高度时，控制器202可确定机械100完全位于斜坡302上。当机械100必须行进越过会造成框架102下倾的波形地面时，控制器202可类似地使用第一传感器204。 [0037] 工业实用性 [0038] 在具有障碍物的地面上由铺路机械实施的各种操作期间，一个或多个螺旋钻会与障碍物相撞并遭受损坏。对螺旋钻的这种损坏会降低铺路机械的摊铺效能并且还会使铺路机械无法操作直到更换螺旋钻为止。 [0039] 本实用新型涉及包括控制系统200的铺路机械100。控制系统200检测地面113上的障碍物并自动将螺旋钻122从操作高度进行移动来防止障碍物与螺旋钻122之间的接触，由此保护螺旋钻122免受任何损坏。一旦螺旋钻122已经离开障碍物，控制系统200可将螺旋钻122下降到操作高度使得铺路机械100的摊铺操作不受影响。 [0040] 本实用新型的控制系统200因此可在机械100的各种操作期间自动防止对螺旋钻122的损坏。因此，机械100的摊铺效能不会因对螺旋钻122的任何损坏而受到影响。停工期间，还可避免对更换螺旋钻122的需求。另外，在机械100已经越过障碍物之后，螺旋钻122由控制系统200和方法400自动移动到初始高度。由于初始高度可适用于摊铺操作，所以摊铺操作的质量不会因螺旋钻122的提升而受到影响。 |
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