用于铺路机的控制系统的制作方法

本发明总体上涉及一种筑路机，并且更具体地涉及一种用于铺路机的控制系统。

背景技术：

本发明涉及用于路面施工和修理的铺路机。铺路机通常用于铺设沥青或其他铺路材料。铺路通常涉及安装在铺路机上的材料供给系统。材料供给系统可以将铺路材料从料斗供给到整平板。材料供给系统可以包括一个或多个输送机组件和一个或多个螺旋推进器，一个或多个螺旋推进器位于整平板附近，使得一个或多个输送机组件和螺旋推进器可以输送待由整平板铺展以形成铺路材料的垫的铺路材料。铺路材料的量和铺路材料输送到整平板的速率影响铺路材料的垫的厚度。此外，铺路材料的量和铺路材料输送到整平板的速率可以影响铺路操作的成本和/或质量。

美国专利10，227，738(下文中称之为“'738专利”)公开了一种包括联接到整平板的层厚度检测设备的道路摊铺机。'738专利的层厚检测设备包括用于检测与施加的材料层的第一距离的第一传感器和用于检测与施加的材料层下面的地基的第二距离的第二传感器。根据来自第一和第二传感器的信息，'738专利的摊铺机能够确定已经通过整平板铺开的铺路材料层的厚度。然而，'738专利没有确定输送到整平板的铺路材料的量或铺路材料的输送速率。本发明的铺路机可以解决上述问题中的一个或多个和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。

技术实现要素：

在一方面，一种铺路系统可以包括铺路机和控制器。铺路机可以包括驱动组件、铺路材料输送系统以及至少一个材料传感器，铺路材料输送系统包括料斗、输送机组件、螺旋推进器和整平板组件；至少一个材料传感器经配置监测铺路材料通过输送机组件从料斗到螺旋推进器的输送。控制器可以联接到至少一个材料传感器和输送机组件上以便控制铺路材料从料斗到地面表面的输送。

在另一方面，一种铺路材料输送系统可以包括料斗、输送机组件、螺旋推进器和位于输送机组件上方的至少一个材料传感器，其经配置监测铺路材料从料斗到螺旋推进器的输送。

在又一方面，一种用于输送铺路材料的方法可以包括用铺路机启动铺路操作，以及监测铺路材料的输送，其中，监测铺路材料的输送包括利用定位在将料斗连接到螺旋推进器或整平板组件的输送机组件上方的材料传感器来确定输送速率。该方法可以进一步包括将确定的铺路材料的输送速率与铺路材料的期望输送速率进行比较，并且如果确定的输送速率与期望输送速率不匹配，则调节铺路操作的一个或多个参数。

附图说明

图1是根据本发明的多个方面的示例性机器的图示。

图2是根据本发明的多个方面的图1的示例性机器的一部分的正视图。

图3是根据本发明的多个方面的用于图1的示例性机器的控制系统的一部分的示意图。

图4提供了描绘根据本发明的多个方面的用于控制机器的铺路材料的输送的示例性方法的流程图。

具体实施方式

前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的特征。如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其他变体旨在涵盖非排他性的包括，使得包括一列元素的过程、方法、物品、系统或装置不仅包括这些元素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品、系统或装置所固有的其他元素。

为了本发明的目的，术语“地面表面”广泛用于指形成典型道路(例如，沥青、水泥、粘土、沙子、污垢等)或铺路材料可以沉积在其上以形成道路的所有类型的表面。在本发明中，相对术语(诸如，“大约(about)”、“基本上(substantially)”和“大致(approximately)”)用于指示所陈述的值的±10％的可能变化。尽管参照铺路机描述了本发明，但这仅仅是示例性的。通常，本发明可以应用于任何机器，诸如摊铺机修整机、沥青修整机或其他铺路型机器。

图1示出了根据本发明的示例性铺路机10的侧视图。机器10可以是具有任何铺路宽度的任何尺寸的摊铺机。在一方面，机器10可以是例如具有大致5.5米的最大铺路宽度的小摊铺机。可替代地，在另一方面，机器10可以是例如具有大致11米的最大铺路宽度的大摊铺机。机器10包括框架12、料斗14、螺旋推进器16和整平板18。机器10还可以包括操作员站20，操作员可以从该操作员站操纵和控制机器10。机器10可以由发动机组件22推进以向驱动组件24提供动力，驱动组件24包括驱动轮26、一个或多个惰轮28和履带30。机器10包括输送机组件32，用于将铺路材料通过隧道33从料斗14输送到螺旋推进器16和整平板18。机器10还包括材料传感器34以检测和/或测量由输送机组件32承载的铺路材料的量。此外，机器10可以包括一个或多个控制面板36，例如，位于操作员站20中靠近方向盘38，位于整平板18上远离机器10的一个或多个操作员位置40等。控制面板36可以经由控制器102控制和/或显示关于机器10的一个或多个方面的信息。

料斗14可以定位在框架12的前部以例如从搅拌车接收或储存铺路材料。如图2所示，料斗14可以包括可控的侧部14a和14b，以便被向上提升，以帮助将料斗14内的铺路材料导向输送机组件32。料斗14还包括后部14c，其可以帮助将料斗14与发动机组件22和机器10的其他部件分离。此外，如图2所示，料斗14可以包括由后部14c中的开口形成的窗口35，以使输送机组件32延伸并将铺路材料运送到隧道33中。窗口35还可以限制和/或限定由隧道33中的输送机组件32输送的铺路材料的高度和/或宽度。例如，窗口35包括高度和宽度。窗口35的宽度可以对应于输送机组件32的宽度，或者可以比输送机组件32的宽度更宽，如图2所示。窗口35的高度可以限制在输送机组件32上从料斗14输送的铺路材料的高度。

如上所述，输送机组件32将料斗14连接到机器10后部的螺旋推进器16上，以输送铺路材料。输送机组件32可以在发动机组件22和操作员站20下方延伸，并且可以定位在驱动组件24上方。输送机组件32可以包括由至少一个输送机滑轮44驱动的至少一个输送机皮带42。在一个示例中，输送机组件32可以包括两个输送机滑轮44，例如，一个位于前方位置并且一个位于后方位置。例如，每个输送机滑轮44可以旋转以驱动输送机皮带42将铺路材料从料斗14输送到螺旋推进器16。在另一个示例中，输送机组件32可以包括两个输送机皮带42，每个输送机皮带42由相应的输送机滑轮44独立地驱动。在一方面，输送机皮带42可以在一个或多个板或支撑件46上行进，这可以帮助支撑输送机皮带42。此外，如图2所示，输送机组件32可以从料斗14的中心位置延伸。

尽管未示出，如上所述，输送机组件32可以包括两个或多个输送机皮带42。输送机皮带42可以彼此平行地从料斗14延伸到螺旋推进器16或两个相应的螺旋推进器16的相应侧。输送机皮带42可以单独控制和/或驱动，或者可以一起控制或以其他方式连接。输送机皮带42的速度可以基于例如铺路材料至螺旋推进器16和整平板18的期望输送速率来确定。

螺旋推进器16可以垂直于机器10的行进方向定位。此外，螺旋推进器16可以包括多个平行或纵向布置的螺旋推进器部分。螺旋推进器16可以以可调节的旋转速度旋转，并且螺旋推进器或螺旋推进器部分的旋转速度可以与输送机组件32的速度相关。整平板18位于螺旋推进器16之后，并使由螺旋推进器16输送到铺路表面的铺路材料平滑。整平板18的高度可以例如经由控制面板36可调节。操作员站20可以包括多个控制装置，以便操作员操纵机器10、控制铺路材料的输送速率(例如，通过调节输送机滑轮44的旋转速度来调节输送机组件32的速度)、调节整平板18的高度等。

如图1所示，传感器34可以定位在输送机组件32与料斗14的接合处的上方。如图2所示，传感器34可以定位在料斗14的中心位置。例如，传感器34可以定位在窗口35上方的料斗14的后端14c处和/或刚好在铺路材料从料斗14输送到隧道33中的位置的前方。传感器34可以是激光传感器，其经配置测量由输送机组件32承载的铺路材料的高度和/或横截面面积。例如，传感器34可以朝向输送机组件32向下发射激光能量。所发射的激光能量的一部分可以由输送机组件32上的铺路材料反射并且可以由传感器34接收。传感器34和/或控制器102可以分析所接收的能量以确定传感器34和铺路材料之间的距离，从而确定铺路材料相对于传感器34下方位置处的输送机组件32的高度。传感器34和/或控制器102还可以分析所接收的能量以确定在传感器34下方的位置处的输送机组件32上的铺路材料的宽度。铺路材料的高度可以在输送机组件32的宽度上变化。尽管如此，传感器34可以测量输送机皮带42的宽度和/或利用输送机皮带42的宽度进行编程，并且然后可以确定横跨传感器34下方的输送机组件32的宽度的铺路材料的横截面面积。传感器34可以向控制器102传输关于铺路材料的高度和/或横截面面积的信息。利用铺路材料的瞬时高度和/或横截面面积以及输送机皮带42的速度，控制器102可以确定输送机皮带42上铺路材料的流动速率，并由此确定输送机组件32对铺路材料的输送速率。

在另一方面，传感器34可以是声波传感器、光学传感器或其他合适的传感器，以确定输送机组件32上铺路材料的高度和/或横截面面积。如上所述，在这些方面中，传感器34可以向输送机组件32发射能量并接收反射的能量以确定传感器34和铺路材料之间的距离，并因此确定由输送机组件32输送的铺路材料的高度。此外，传感器34还能够向料斗14发射能量，并接收表示料斗14内铺路材料的一个或多个高度的反射能量，从而接收料斗14内铺路材料的量。例如，这样的测量可以用于帮助确保铺路材料从料斗14的一致流动，和/或提供关于料斗14内铺路材料的量的信息(例如，搅拌车需要将铺路材料添加到料斗14)。可替代地，在另一方面中，传感器34可以是定位在输送机组件32的一部分上方的机械水平传感器。在任何前述方面中，如果机器10包括两个或多个输送机皮带42，则机器10可以包括两个或多个传感器34，每个传感器34定位在相应输送机皮带42上方。

如图1所示，一个或多个传感器可以相对于输送机组件32定位在其他位置中。传感器34’可以定位在隧道33内朝向输送机组件32的中间，例如在发动机组件22下方。可替代地，传感器34”可以定位成朝向输送机组件32之后，例如在操作员站20下方。此外，传感器34”可定位在输送机皮带42将铺路材料输送到螺旋推进器16的输送机组件32的最后位置。在这些方面的任一方面中，传感器34、34’、34”可以帮助确定输送机组件32对铺路材料的输送速率。此外，机器10可以包括一个或多个传感器34、34’、34”的任何布置，并且控制器102可以接收来自每个一个或多个传感器34、34’、34”中的信息，以确定输送机组件32上的铺路材料的高度并因此确定其横截面。例如，控制器102可以从传感器34和传感器34”接收信息，以确定铺路材料的横截面面积是否在输送机组件32的一部分上变化。

参照图1和图3，一个或多个控制面板36可以包括或联接(例如，有线地或无线地)到控制器102。如图3所示，控制器102还可以联接到传感器34，并且还可以联接到机器10上的一个或多个传感器和/或一个或多个致动器以形成控制系统100。例如，机器10可以包括输送机速度传感器104、整平板宽度传感器106和履带速度传感器108。机器10还可以包括一个或多个位置传感器110(例如，全球定位系统天线、lidar传感器、弦线传感器、将由定位在工地上的通用全站仪监测器检测或感测的全站仪单元等)。机器10还可以包括输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114、履带速度控制器116。此外，机器10可以包括一个或多个附加的致动器或控制器以控制机器10及其部件的移动，诸如转向方向传感器和/或转向方向控制器。每个传感器、控制器和/或致动器可以例如通过控制器102彼此通信(例如，有线连接或无线连接)。而且，在一方面，输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114、履带速度控制器116和机器10的任何其他控制器中的一个或多个可以是控制器102的一部分。

控制面板36可以是可操作的以通过例如经由控制器102控制输送机速度、整平板宽度和/或履带速度中的至少一个来控制铺路材料的输送。在一方面，控制面板36可以包括触摸屏用户界面和/或其他显示器或输入设备。

输送机速度传感器104可以联接到输送机组件32的一部分上和/或监测输送机组件32的一部分。在一方面，输送机速度传感器104可以是与驱动一个或多个输送机滑轮44的一个或多个马达(例如，液压马达)联接或内置的旋转速度传感器。可替代地或附加地，输送机速度传感器104可以联接到和/或监测输送机皮带42或一个或多个输送机滑轮44。此外，在另一方面，输送机速度传感器104可以经配置确定铺路材料在输送机皮带42上移动的速度。输送机速度控制器112可以联接到一个或多个输送机滑轮44，例如，以控制一个或多个输送机滑轮44的旋转速率。在一方面，输送机速度控制器112可以包括马达，其联接到一个或多个输送机滑轮44上并且驱动一个或多个输送机滑轮44旋转，以便使一个或多个输送机滑轮44旋转并且因此控制输送机皮带42的移动。

整平板宽度传感器106可以联接到整平板18的一部分上和/或监测整平板18的一部分，并且可以帮助确定整平板18的宽度。在一方面，尽管未示出，整平板18可以包括左整平板部分和右整平板部分，每个整平板部分可延伸和可缩回以控制整平板18的宽度。整平板宽度传感器106可联接到左、右整平板部分，以确定每个左、右整平板部分的延伸或缩回，从而确定整平板18的总宽度。整平板宽度控制器114还可联接到整平板18上，例如联接到左、右整平板部分上。整平板宽度控制器114可以包括一个或多个驱动组件或致动器(例如，液压缸)，其经配置例如通过控制左、右整平板部分中的一个或多个的横向延伸或缩回来调节整平板18的宽度。

履带速度传感器108可以联接到和/或监测驱动组件24的一个或多个部分，并且可以帮助确定机器10的地面速度。在一方面，履带速度传感器108可以联接到和/或监测驱动轮26、惰轮28和/或履带30中的一个或多个。履带速度控制器116还可以联接到驱动组件24的一部分，例如联接到驱动轮26。履带速度控制器116可以联接到并控制联接到并驱动驱动轮26的旋转的马达，以便使驱动轮26旋转并因此控制履带30的移动。

输送机速度传感器104和输送机速度控制器112联接到控制器102，以便确定和控制输送机皮带42的速度。整平板宽度传感器106和速度宽度控制器114联接到控制器102，以便确定和控制整平板18的宽度。履带速度传感器108和履带速度控制器116联接到控制器102，以便确定和控制履带30的速度，并因此帮助确定和控制机器10的地面速度。

如上所述，机器10可以包括位置传感器110。位置传感器110可以帮助确定机器10在工地上和/或相对于其他机器和/或地形特征的位置。位置传感器110还可以帮助确定机器10的总地面速度。

虽然未示出，但是控制器102可以与安装在机器10上或机器10内的附加传感器例如里程表、速度计、温度传感器等通信。并且，控制器102可以与附加的显示器或操作站通信，例如，工地的中央控制站、存储操作指令和/或记录机器10在工地上的位置和其他操作方面的电子日志或存储器等。

图4是描绘示例性铺路方法400的流程图，该方法可以由控制系统100执行以监测和/或控制机器10的铺路材料的输送。方法400包括步骤402，其中机器10可以启动铺路操作。步骤402可以包括控制器102发信号通知输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114和/或履带速度控制器116中的一个或多个。例如，控制器112可以向输送机速度控制器112发信号以激活输送机滑轮44来移动输送机皮带42。此外，控制器112可以向整平板宽度控制器114发信号以设定整平板18的宽度，并且控制器112可以向履带速度控制器116发信号以向驱动轮26提供动力以移动履带30。

方法400包括步骤404，其中控制器102例如经由传感器34监测铺路材料的输送。控制器102还可以与输送机速度传感器104、整平板宽度传感器106、履带速度传感器108和/或位置传感器110中的一个或多个通信。控制器102可以确定铺路材料输送到地面表面的速率。例如，基于由传感器34测量的铺路材料的高度和/或横截面面积以及输送机皮带42的速度，控制器102可以确定铺路材料从料斗14输送到螺旋推进器16的速率。在一方面，控制器102可以通过将输送机皮带42上的材料的横截面(来自传感器34)乘以输送机皮带42的速度来确定被输送的材料的体积。例如：

材料体积＝(材料横截面)×(输送机皮带的速度)

基于履带30的速度(并且因此机器10的速度)，控制器102还可以确定铺路材料被输送到地面表面的速率。此外，基于整平板18的宽度，控制器102可以确定已经输送到地面表面并由整平板18展开的铺路材料的厚度。例如，控制器102可以通过将确定的材料体积除以铺路宽度(来自整平板宽度传感器106)和铺路距离(来自履带速度传感器108和/或位置传感器110)的乘积来确定铺路厚度。例如：

铺路厚度＝(材料体积)/((铺路宽度)×(铺路距离))

方法400还包括步骤406，其中控制器102将确定的铺路材料的输送速率与铺路材料的期望输送速率进行比较，以确定所确定的输送速率是否与期望输送速率匹配(或相对于期望输送速率在可接受的范围内)。铺路材料的期望输送速率可以是用户输入的输送速率(例如每分钟立方米的铺路材料、每铺设米的立方米的铺路材料等)。可替代地，期望输送速率可以是一种特定于机器10的预编程的输送速率、铺路操作的类型等。

如果确定的铺路材料的输送速率与铺路材料的期望输送速率匹配，则在步骤408中，控制器102可以向输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114和/或履带速度控制器116中的一个或多个发信号以保持现有参数。然后，方法400可以返回到步骤404。

然而，如果确定的铺路材料的输送速率与铺路材料的期望输送速率不匹配，则方法400可以包括步骤410，其中控制器102传输信号以调节铺路操作的一个或多个参数。例如，步骤410可以包括控制器102将信号传输到输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114和/或履带速度控制器116中的一个或多个，以在返回步骤404之前调节现有参数。

注意，铺路材料的期望输送速率可以以各种方式输入和/或监测。例如，铺路材料的期望输送速率可以经测量为由输送机皮带42输送并因此输送至螺旋推进器16的铺路材料的体积，作为时间的函数。可替代地，铺路材料的期望输送速率可以在由整平板18展开的铺路材料的体积中作为铺路面积的函数来测量。此外，操作员可能期望知道机器10当前正在输送或每小时已经输送多少吨铺路材料。在另一方面，操作员可能期望知道每一英里铺路材料当前正在输送或已经输送了多少吨铺路材料。如果测量的速率不同于期望的速率，则控制器102可以发信号通知一个或多个调节。例如，如果由输送机皮带42传输的铺路材料的量低于期望的量，则控制器102可以向输送机速度控制器112发信号以加速输送机滑轮44，从而以更快的速度驱动输送机皮带42。类似地，输送机皮带42的加速也会导致螺旋推进器16以更快的速度旋转。可替代地或附加地，控制器102可以向履带速度控制器116发信号以使驱动轮26减速从而以较低的速度驱动履带30(并且因此驱动机器10)。

此外，在一方面，步骤410可以包括警告操作员铺路材料的确定输送速率和/或铺路材料的确定输送速率是否与铺路材料的期望输送速率匹配。例如，确定的输送速率和期望输送速率都可以显示在控制面板36的屏幕上。可替代地或附加地，如果确定的输送速率与期望输送速率不匹配，则可以在控制面板36的屏幕上显示警告或警报、可听地发出声音，或以其他方式经激活以警告操作员确定的输送速率与期望输送速率之间的差异，并因此需要调节机器10的一个或多个参数。该一个或多个参数可以经自动地调节或者可以由操作员(例如，经由控制面板36)手动地调节。

方法400的上述步骤可以在铺路操作期间(例如，每10分钟、每30分钟、每小时、每50米、每100米、每200米等)周期性地执行，或者可以在铺路操作期间恒定地执行。并且，步骤406的结果可以显示在控制面板36、另一显示器、用户界面等上。

工业实用性

机器10的所公开的方面可以用于任何铺路机中以帮助铺路材料的输送。在操作期间，输送机组件32可以将铺路材料输送到机器10所穿过的地面表面，例如从料斗14输送到螺旋推进器16和整平板18。传感器34可以帮助监测铺路材料向地面表面的输送，这可以帮助确保适量的铺路材料被输送并展开在地面表面上。如上所述，传感器34可以是激光、声波、光学或机械传感器，其可以测量输送机组件32上的铺路材料堆的高度。传感器34可以确定铺路材料的宽度。可替代地或附加地，输送机皮带42的宽度可以是已知的。在一方面，当料斗14完全充满时(例如，在铺路材料填充料斗14并邻接后端14c的情况下，位于窗口35上方的传感器34能够测量料斗14中铺路材料的高度，但不能测量输送机皮带42上铺路材料的高度。在这种情况下，控制器102可以使用已知的窗口35的高度来接近输送机皮带42上的铺路材料的高度。然而，传感器34’和/或传感器34”以及其在隧道33内的位置可以确定隧道33内的输送机皮带42上的铺路材料的高度。利用铺路材料的高度和宽度以及输送机皮带42的速度，控制器102可以确定由输送机组件32传输的铺路材料的瞬时流动速率。

利用经由履带速度传感器108和/或位置传感器110的机器10的速度，控制器102可以确定铺路材料被输送到地面表面的速率。此外，利用经由整平板宽度传感器106的整平板18的宽度，控制器102可以确定铺路材料在地面表面上展开的速率。然后，控制器102可以将输送机组件32上的流动速率、到地面表面的输送速率和/或地面表面上的展开速率中的一个或多个与相应的期望速率进行比较。因此，如果需要，控制器102可以向输送机速度控制器112、整平板宽度控制器114和履带速度控制器116中的一个或多个发信号以调节相应的参数(例如，加速或减速输送机皮带42，延伸或缩回整平板18，或加速或减速履带30)。控制器102可以(例如，经由控制面板36)向操作员发信号以进行适当的调节，或者控制器102可以自动向一个或多个控制器发信号以进行适当的调节。

通过上述监测步骤和测量铺路操作的持续时间，本文所讨论的系统和方法可以跟踪在铺路操作期间输送的铺路材料的量。例如，控制器102可以跟踪和/或显示(例如，在控制面板36上)当前正在输送(例如，瞬时)的铺路材料的量；经过一段时间(例如，最后一小时)已经输送的铺路材料的量；和/或已经经过整个铺路操作输送的铺路材料的量。这样的信息可以有助于分析铺路操作的有效性、效率、成本、质量和/或其他参数。

此外，在一方面，铺路操作可以从料斗14中的已知量的铺路材料开始。然后，基于输送机组件32从料斗14中移除的铺路材料的高度、输送机皮带42的速度和铺路操作的经过持续时间，控制器102可以向操作员(例如，经由控制面板36)发信号通知料斗14中的铺路材料的量低。控制器102可以发出需要搅拌车向料斗14添加铺路材料的信号。

机器10的所公开的方面还允许用户从机器10上的位置或从远程位置监测和调节机器10的各种元件，包括输送铺路材料的那些元件。例如，用户可以经由控制面板36监测和调节输送机速度、整平板宽度和/或机器速度。例如，如果机器10以较低的速度开始铺设，则用户可以降低输送机皮带42的速度，增加整平板18的宽度等，以帮助避免将过多的铺路材料输送到地面表面。在另外的方面，用户可以预先编程由控制器102执行的履带30的速度、整平板18的宽度和输送机皮带42的速度之间的关系，以帮助确保将适量的铺路材料输送到地面表面。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的机器进行各种修改和变化。考虑到本文公开的用于铺路机的控制系统的说明书和实践，机器的其他实施例对本领域的技术人员来说是显而易见的。本说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

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