專利名稱：控制攤鋪機材料饋送系統的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及控制攤鋪機材料饋送系統的裝置和方法。
背景技術：
通常，浮動樣板式攤鋪機(floating screed paver)包括一個自推進的攤鋪機械，其前端有一漏斗從一卡車上接收材料，攤鋪機與卡車向前推進。卡車慢慢地將攤鋪材料傾倒到漏斗中。
攤鋪機上的饋送系統將攤鋪材料從攤鋪機漏斗傳送出來，以卸在路基上。然后，螺旋推運器將材料在主樣板前的路基上攤鋪開來，樣板通常由鉸接的牽引臂連接至攤鋪機，所以，樣板通常稱為“浮動樣板”。
典型地，螺旋推運器和饋送系統的轉動由一共同的來源控制，其保持螺旋推運器對饋送系統的轉速比為一固定關系。為改變輸送器攜帶的材料比率相對于螺旋推運器攜帶的材料比率，在輸送器的前端設置閘門以限制材料高度。然而，閘門是手動調節的，這使得難以保持饋送系統堆積的材料深度一致。
這樣，就需要對饋送系統和螺旋推運器提供獨立的控制，以達到材料深度一致。這樣，為克服上述一個或多個問題而導致本發明。
發明敘述在本發明的一方面，揭示了一種控制攤鋪機材料饋送系統的裝置，材料饋送系統包括一供料輸送器和一攤鋪螺旋推運器，該裝置包括傳感器，其監視與樣板相鄰的材料數量并產生實際材料高度信號。旋轉開關產生所需的材料高度信號，表明與樣板相鄰的所需材料的數量。控制器接收實際的和所需的材料高度信號，響應于兩信號大小之差確定所需的螺旋推運器轉速，并產生一命令信號以所需速度轉動螺旋推運器一個電動液壓系統接收命令信號并以所需轉速轉動螺旋推運器。
附圖簡述為更好理解本發明，參見下列附圖，其中

圖1是瀝青攤鋪機的平面側視圖；圖2是瀝青攤鋪機的平面俯視圖；圖3是與本發明有關的材料饋送系統的液壓示意圖；圖4是與本發明有關的電子控制系統的方框圖；圖5表示一螺旋推運器傳感器；圖6表示輸送器傳感器；圖7表示操作者控制面板；圖8是與本發明有關的材料饋送系統的自動控制的一個實施例的方框圖。
圖9是與本發明有關的材料饋送系統的自動控制的另一實施例的方框圖。
實現本發明的最好方式現在參見附圖，圖1和圖2表示一種攤鋪機100，圖1表示攤鋪機100的側視圖，而圖2表示攤鋪機100的俯視圖。攤鋪機100可以是橡膠輪胎或覆帶式，包括一浮動樣板裝置105。攤鋪機100有一底盤110，雙路饋送輸送器115經其輸送攤鋪材料，(如，瀝青材料)該材料從位于攤鋪機200前端的饋送漏斗120而來，攤鋪螺旋推運器125，也稱為攤鋪螺旋，橫向地置于底盤110后面。螺旋推運器125將瀝青材料分配到攤鋪機100行駛的橫向。例如，沿一個方向旋轉，螺旋推運器125將材料帶“出”樣板邊緣；以及，沿另一方向旋轉，螺旋推運器將材料帶“入”至樣板中心，材料攤鋪到道路的所需寬度上。道路的厚度和寬度由堆積材料的樣板105控制。如圖所示，樣板105由一對牽引臂130安裝到底盤110上，最好是，樣板裝置105包括一主樣板135和一可擴展的樣板140。主樣板135由兩段形成，攤鋪機中心線每一側有一段，最后，擴展樣板140安裝到主樣板的每一段。
材料饋送系統由同樣的左右獨立的系統構成，右側材料饋送系統300的電動液壓結構如圖3所示。液壓泵305提供加壓液壓油到螺旋推運器電機310，和傳送器電機315。到螺旋推運器和傳送器的電機310、315的流體流量由電磁流量閥320調節，到傳送器電機315的流體流量進一步由電磁流量閥325調節。一組電磁通/斷(ON/OFF)閥330、335、340、345垂直跨過螺旋推運器電機310，螺旋推運器電機310前后旋轉，以及提供液流旁通螺旋推運器電機310的裝置。例如，控制液流經閥330、340的流量使螺旋推運器電機310向前轉動，控制液流經330、335、340、345的流量使螺旋推運器電機310向后轉動。此外，控制液體經閥335、345的流量使液流對螺旋推運器電機310旁通。注意，左側材料饋送系統有同樣部件。而且，盡管泵305和電機315表示為固定位移型液壓元件，對技術人員來說，這種液壓元件同樣可以是可變位移的液壓元件，其可無需閥320、325。
參見圖4，它表示本發明的一種電子控制系統400的方框圖。圖示的是例如右側材料饋送系統的控制，操作者控制系統405為操作者提供了對輸送器和螺旋推運器速度的控制，以及對螺旋推運器轉動方向的控制。這樣，操作者控制系統405產生了操作控制信號，由控制器410接收。控制器410是一基于微處理器的系統，其接收操作者控制信號并產生命令信號，后者由電動液壓控制閥320、325、330、335、340、345接收。控制器410還接收螺旋推運器傳感器415產生的信號，該傳感器監測靠近樣板邊緣處的材料數量。最后，控制器可接收傳送器傳感器420產生的信號，該傳感器監測輸送器115堆積的材料數量，或是由樣板位置傳感器425產生的信號，該傳感器監測擴展樣板140的直線位置或擴展。注意，左側材料饋送系統由同樣方式控制。
參見圖5、圖示螺旋推運器傳感器415，螺旋推運器傳感器415監測靠近擴展樣板邊緣的材料的數量505，產生一實際材料高度信號，表示靠近擴展樣板邊緣的材料高度。如圖中所示，螺旋推運傳感器415可包括一葉片結構。這種傳感器結構由一電位器或其它檢測裝置組成，產生一大小正比于葉片角度的信號。這種葉片傳感器在現有技術中是公知的。這樣，控制器410接收實際材料高度信號并根據傳感器角度計算材料的直線高度。例如，控制器410可包括一軟件查找表，其中含有與各種葉片角度有關的材料高度。或者，螺旋推運器傳感器可包括一超聲傳感器，它產生大小與材料高度直接有關的信號。
參見圖6，說明輸送器傳感器420。輸送器傳感器420產生一輸送器材料傳感信號，該信號表示輸送器堆積的材料數量，輸送器傳感器可包括一超聲傳感器，它產生大小與輸送器堆積的材料高度直接有關的信號。
這樣，盡管已參照上述實施例具體地敘述了本發明，本領域的技術人員應理解可作出各種另外的實施例而不離開本發明的實質和范圍。工業實用性現在敘述本發明的工作以說明其特點和優點，現在參見圖7，它表示操作者控制系統，對材料饋送系統的控制通常從操作臺(operator’s station)705(它位于機器后部)，以及一對樣板臺(screed station)710，它們通常位于樣板左右側，樣板臺710由地面上的人或樣板操作者使用。如下所述，本發明對輸送器和螺旋推運器電機提供了獨立和自動的控制。
苜先，討論樣板臺710，如圖所示，左右材料饋送系統有著獨立的控制。饋送系統模式開關715用來控制螺旋推運器和輸送器的作用。例如，開關715可置于三個位置“關”，停止螺旋推運器和輸送器的轉動；“自動”，使螺旋推運器和輸送器自動運行；“手動”，以預定速度控制螺旋推運器和輸送器，材料高度選擇盤720用來設定所需的樣板邊緣材料高度。由此，材料高度選擇盤720產生所需的材料高度信號，指出在樣板邊緣的瀝青材料所需數量。材料高度信號的大小由刻度盤的相對位置調節。例如，“低”表示所需的最少的材料量，而“高”表示所需的最多的材料量。螺旋推運器反向開關725用于暫時反轉螺旋推運器的轉動。
現在，討論操作臺705，如圖所示，左右材料饋送系統有著獨立控制，在一個實施例中輸送器比率刻度盤730用于設置所需的輸送器速度對螺旋推運器速度的比率。這樣，輸送器比率信號表示螺旋推運器對輸送器的速度比。所需的輸送器比例信號大小由輸送器比率刻度盤730的相對位置調節。例如，“低”表示輸送器速度對螺旋推運器速度的最小速度比，而“快”表示輸送器速度對螺旋推運器速度的最大速度比。這樣，輸送器速度按螺旋推運器速度的百分比計算。輸送器模式開關735用于設置特殊輸送方式，開關735可置于三個位置“關”，停止輸送器轉動；“自動”，自動控制輸送速度；以及“手動”，以預定速度控制輸送器，螺旋推運器反向開關740用來設置所需的螺旋推運器125轉動。最后，螺旋推運器模式開關745用于設置特殊螺旋推運器模式，開關745可置于三個位置“關”，停止螺旋推運器轉動；“自動”，自動控制螺旋推運器速度；以及“手動”，按預定速度控制螺旋推運器。
注意，輸送器和螺旋推運器模式開關735，745彼此獨立工作。而且，饋送器系統模式開關715比輸送器和螺旋推運器模式開關735、745具有更高的優先級。這樣，輸送器和螺旋推運器模式開關735、745只能在饋送器系統模式開關715不設置在“關”的位置時才能控制輸送器和螺旋推運器的速度。而且，輸送器或螺旋推運器的自動控制只能在饋送器系統模式開關715設置到“自動”模式以及輸送器和螺旋推運器模式開關735、745設置到“自動”模式時進行。
圖8表示一種自動控制800的實施例的高級方框圖。圖中表示對右側材料饋送系統的控制。首先，在框805，控制器410接收實際材料高度信號和進行濾波操作，以除去任何虛假波形。若需要的話，在框810對于經過濾波的信號對應于線性度量進行換算，例如，若采用葉片型傳感器，則控制把轉動信息轉變成線性信息。以指出靠近樣板邊緣的瀝青材料高度，換算后的信號與所需的材料高度信號一起送到累加框815，并由控制來確定兩個信號大小的差，而產生一誤差信號。誤差信號送到可變增益框820，該框以一個或多個可變增益值放大誤差信號。例如，可變增益框820可包括公知的PID(比例積分微分)控制算法，可變增益框820產生一螺旋推運器控制信號，它由比率限制框825限制以產生至受控值的平滑轉換。然后，在框830由控制讀取模式開關7l5、735、745的位置和位于操作臺和樣板臺705、710的轉動方向開關725、740的位置。假定饋送器模式和螺旋推運器模式開關715、735、745未設置到“自動”位置，則控制計算所需的電流以調制泵流量控制閥320，以便按所需速度轉動螺旋推運器電機310，而使誤差信號減為零，并把螺旋推運器命令信號送到框835的泵流量控制閥320。
這樣，響應于實際材料高度信號的大小小于所需材料高度信號的大小，即，樣板近邊緣處瀝青材料的數量少于所需材料的數量，則控制增加螺旋推運器轉速。或者，響應于實際材料高度信號的大小大于所需材料高度信號的大小，即，近樣板邊緣處瀝青材料的數量大于所需材料的數量時，控制減小螺旋推運器轉速。
假定輸送器模式開關設置在“自動”位置，則控制進行到乘法框840，該框將所需的輸送器比率信號與螺旋推運器控制信號相乘，并產生一輸送器控制信號。輸送器控制信號由比率限制框845限制。最后，控制計算所需的電流，以調節輸送器旁通閥325，以將輸送器電機315的轉動控制在所需的速度比率，并在框850將輸送器命令信號送到輸送器旁通閥325。
此外，輸送器的速度可按照攤鋪寬度進行控制。例如，乘法框840可額外地接收樣板傳感器425產生的樣板位置信號，這里，樣板位置信號指出攤鋪寬度。這樣，隨著攤鋪寬度的增加，控制按比例減少輸送器的速度，以考慮到螺旋推運器要運送更多的材料。例如，隨著攤鋪寬度更大，螺旋推運器必須將更多的材料送到樣板邊緣。結果，控制允許按照增大的攤鋪寬度來減小輸送器的轉速，以減少輸送器堆放材料的速率，這樣螺旋推運器可更有效地工作。
圖9表示自動控制800的另一實施例的高級框圖，在該實施例中，輸送器傳感器(它已在圖6中敘述過)用于自動控制輸送器的轉速。輸送器傳感器420取代輸送器比率刻度盤730。參見框855，控制接收所需的輸送器材料高度信號，以及，螺旋推運器控制信號計算輸送器所要堆放的所需材料的數量，并產生所需的輸送器材料信號。所需的輸送器材料信號與輸送器材料檢測信號一起送到求和框860。求和框860確定信號大小之間的差，并產生誤差信號。誤差信號送到可變增益框865，它以一個或多個可變增益值放大誤差信號。可變增益框865產生輸送器控制信號，該信號由比率限制框870限制。最后，控制計算所需的電流以調節旁通控制閥325，以便按所需速度轉動輸送器電機315，從而將誤差信號降低到零。
這樣，響應于輸送器材料檢測信號的大小小于所需的輸送器材料高度信號的大小，即，輸送器堆放的瀝青材料的數量少于所需數量，則控制增加輸送器轉速，或者，響應于輸送器材料檢測信號的大小大于所需的材料高度信號大小，即，輸送器堆放的瀝青材料數量多于所需數量，則控制減少輸送器轉速。
最后，因為控制監視在樣板邊緣處的材料數量和輸送器堆放的材料數量，攤鋪寬度的任何變化由控制自動補償以獲得所需的材料高度。
本發明另外的目的和優點可從研究附圖、說明書和權利要求書中得到。
權利要求
1.一種控制攤鋪機(100)的材料饋送系統的裝置，攤鋪機(100)有一樣板(105)，材料饋送系統包括一饋送輸送器(115)和攤鋪螺旋推運器(125)，其特征在于，該裝置包括裝置(415)，監視與樣板(105)相鄰的材料數量，并相應地產生實際材料高度信號；裝置(720)，產生所需的材料高度信號，表示與樣板(105)相鄰的所需數量的材料；裝置(410)，接收實際和所需的材料高度信號，按照信號大小之間的差確定所需的螺旋推運器轉速，并產生一命令信號，以所需速度轉動螺旋推運器，以及裝置(300)，接收命令信號，以所需轉速轉動螺旋推運器。
2.如權利要求1的裝置，其特征在于，包括裝置(730)，產生所需的輸送器比率信號，表示螺旋推運器速度和輸送器速度之間所需的速度比率。
3.如權利要求2的裝置，其特征在于，命令信號產生裝置包括裝置(410)，接收所需的輸送器比率信號，并產生一命令信號，按所需速度比率轉動輸送器。
4.如權利要求3的裝置，其特征在于，包括裝置(425)，檢測樣板的線性延伸并產生樣板檢測信號。
5.如權利要求4的裝置，其特征在于，命令信號產生裝置包括裝置(410)，接收所需的輸送器比率信號、樣板檢測信號，并產生一命令信號，響應于所需的輸送器比率信號和樣板檢測信號轉動輸送器。
6.如權利要求1的裝置，其特征在于，包括裝置(420)，監視輸送器堆放的材料數量，產生輸送器材料檢測信號。
7.如權利要求6的裝置，其特征在于，包括用于產生所需的輸送器材料信號表示輸送器所要堆放的所需材料的數量。
8.如權利要求7的裝置，其特征在于，包括裝置(410)，接收輸送器材料檢測信號和所需的輸送器材料信號，響應于信號大小之間的差值，確定所需的輸送器轉速，并產生一命令信號，使輸送器以所需轉速轉動。
9.如權利要求1的裝置，其特征在于，包括液壓泵(305)，產生加壓流體；與輸送器相關聯的液壓電機(315)接受加壓流體并使輸送器轉動；以及與螺旋推運器相關的液壓電機(310)接受加壓流體并使一對螺旋堆運器轉動。
10.如權利要求9的裝置，其特征在于，電動液壓裝置進一步包括泵流量閥(320)，與螺旋推運器和輸送器電機(310、315)垂直相串聯，接收螺旋推運器命令信號，螺旋推運器命令信號調節泵流量閥，使相關的螺旋推運器按所需速度轉動；以及輸送器旁通閥(325)，與輸送器電機(315)垂直并聯，接收輸送器命令信號，輸送器命令信號調節旁通閥(325)，使輸送器按所需速度轉動。
11.一種控制攤鋪機(100)材料饋送系統的方法，攤鋪機(100)具有一樣板(105)，材料饋送系統(115)包括一饋送輸送器(120)和一攤鋪螺旋推運器(125)，其特征在于，該方法包括產生一實際材料高度信號，表示樣板邊緣材料高度；產生一所需材料高度信號，表示樣板邊緣的所需材料量；按接收實際的和所需的材料高度信號，響應于信號大小之間的差值確定所需的螺旋推運器轉速，并產生一命令信號，以使螺旋推運器的所需速度轉動；以及接收命令信號，并按所需轉速轉動螺旋推運器。
12.如權利要求11的方法，其特征在于，包括產生所需的輸送器比率信號的步驟，該信號表示螺旋推運器速度和輸送器速度之間所需的速度比率。
13.如權利要求12的方法，其特征在于，包括接收所需的輸送器比率信號，并產生一命令信號以使輸送器按所需速度比率轉動的步驟。
14.如權利要求13的方法，其特征在于，包括產生一表示攤鋪寬度的樣板檢測信號的步驟。
15.如權利要求14的方法，其特征在于，包括接收所需的輸送器比率信號、樣板檢測信號，并響應于所需的輸送器比率信號和樣板檢測信號產生一命令信號來轉動輸送器的步驟。
16.如權利要求11的方法，其特征在于，包括產生一表示由輸送器堆放的材料數量的輸送器材料檢測信號的步驟。
17.如權利要求16的方法，其特征在于，包括產生一表示要由輸送器堆放的所需數量材料的所需的輸送器材料信號的步驟。
18.如權利要求17的方法，其特征在于，包括下列步驟，接收輸送器材料檢測信號和所需的輸送器材料信號，響應于信號大小之間的差值，確定所需的輸送器轉速，并產生一命令信號，按所需轉速轉動輸送器。
全文摘要
控制攤鋪機的材料饋送系統的裝置，材料饋送系統包括饋送輸送器和攤鋪螺旋推運器，該裝置包括傳感器，監視樣板邊緣的材料數量，由此產生實際材料高度信號。轉動開關產生所需材料高度信號，表示在樣板邊緣所需的材料數量，控制器接收實際的和所需的材料高度信號，響應于信號大小之間的差值確定螺旋推運器的所需轉速，并產生命令信號，以按所需速度轉動螺旋推運器，電動液壓系統接收命令信號并使螺旋推運器按所需轉速轉動。
文檔編號E01C19/48GK1149899SQ96190308
公開日1997年5月14日 申請日期1996年3月28日 優先權日1995年4月13日
發明者康拉德·G·格雷姆鮑威茲, 凱特·R·施密特, 艾倫·L·費格森 申請人:履帶拖拉機鋪筑材料產品股份有限公司