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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Verdichtermaschinen mit Luftreifen, insbesondere eine Vorrichtung zum automatischen Steuern eines Bodenkontaktdrucks des Verdichters während eines Betriebs desselben.
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Hintergrund
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Verdichtermaschinen, die ebenfalls häufig als Verdichter und Verdichtungsmaschinen bezeichnet werden, werden häufig zum Verdichten von Abfall, Schotter, Asphalt und anderen verdichtbaren Oberflächen eines Unterbaus und anderer Bauflächen verwendet. Ein Typ einer Verdichtungsmaschine ist ein Walzenverdichter mit einer oder mehreren Walzen, die zum Verdichten der bestimmten Oberfläche, über die der Verdichter gefahren wird, angepasst sind. Zum Verdichten der Oberfläche kann der Walzenverdichter eine Walzenanordnung mit einem Vibrationsmechanismus aufweisen, der ein inneres und ein äußeres exzentrisches Gewicht enthält, die auf innerhalb der Walze angeordneten drehbaren Wellen angeordnet sind. Sowohl eine Amplitude als auch eine Frequenz einer Vibration kann zum Erhalten eines Verdichtungsgrads gesteuert werden.
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Ein anderer Typ einer Verdichtermaschine ist ein Verdichter mit Luftreifen, der zum Erzielen einer effektiven Verdichtung auf einen Reifendruck angewiesen ist. Für einen erfolgreichen Betrieb des Luftreifenverdichters sollten die Bodenkontaktdrücke gemäß der Art der Verdichtungsoberfläche gesteuert werden. Typischerweise schätzt ein Bediener einen Kontaktdruck basierend auf einem Gewicht der Maschine, einem Luftdruck der Reifen und Verdichtungsbedingungen gemäß einer von dem Maschinenhersteller bereitgestellten Tabelle. Das Gesamtgewicht der Maschine kann durch Hinzufügen von Ballast wie Sand und/oder Wasser gemäß einer spezifischen Bodenverdichtungsaufgabe gesteuert werden. Ungenaue Schätzungen von ordnungsgemäßen Reifendrücken für vorgegebene Verdichtungsoberflächenbedingungen und -typen können jedoch die Leistung des Verdichters verschlechtern.
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Dementsprechend wäre es vorteilhaft, ein System zum Steuern eines Luftreifenverdichters zu schaffen, das keinen Benutzereingriff erfordert und somit vollständig automatisiert und in der Lage ist, für einen beliebigen vorgegebenen Verdichtungsoberflächentyp dynamisch geeignete Reifendrücke zu liefern.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bodenkontaktdrucksystem für eine Verwendung mit einer Luftreifenverdichtermaschine offenbart. Die Vorrichtung kann eine Steuerung enthalten, die zum Ermitteln eines Sollreifendrucks gemäß einem Maschinengewicht, einer Anzahl von Reifen, einer Reifen-Boden-Kontaktfläche, einem Verdichtungsoberflächentyp und einer Umgebungstemperatur ausgebildet ist. Die Steuerung kann ferner zum Empfangen eines aktuellen Reifendrucks von einem vereinheitlichten Reifendruckteilsystem, Ermitteln eines Reifeneinstelldrucks gemäß der Differenz zwischen dem aktuellen Reifendruck und dem Sollreifendruck und Senden des Reifeneinstelldrucks zu dem vereinheitlichten Druckteilsystem ausgebildet sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Bodenkontaktdrucksystem in einer Verdichtermaschine zum effektiven automatischen Liefern von geeigneten Reifenfülldrücken für einen beliebigen Typ einer Verdichtungsoberfläche und zum Liefern einer Echtzeit-Bodenkontaktdruckausgabeanzeige verwendet werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Bodenkontaktdrucksystem automatisch über eine Messung einer Auslenkung einer Maschinenaufhängung ein aktuelles Maschinengewicht liefern.
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Gemäß einem anderem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines Bodenkontaktdrucks eine Eingabevorrichtung, die zum Empfangen von Eingaben eines Gewichts der Verdichtermaschine, einer Anzahl von Reifen, einer gesamten Reifen-Boden-Kontaktfläche, einer Umgebungstemperatur und eines Verdichtungsoberflächentyps zum Ermitteln und Vornehmen einer geeigneten Reifendruckeinstellung durch ein Erhöhen oder ein Ablassen eines Reifendrucks mit einer Luftkompressor- und Entlüftungseinheit zum Erhalten eines gewünschten Reifendrucks angepasst ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Verdichtermaschine einen Luftreifen und eine Kompressor- und Entlüftungseinheit, die mit dem Luftreifen verbunden ist, wobei die Entlüftungseinheit zum Einstellen eines Reifendrucks gemäß der Differenz zwischen einem aktuellen Reifendruck und einem Sollreifendruck ausgebildet ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Verdichtermaschine ein System beinhalten, bei dem die Reifen von einem vereinheitlichten Drucksteuersystem gesteuert werden, gemäß dem die Mehrzahl von Verdichterreifen inkrementell gemeinsam gefüllt und/oder entleert werden können, um einen gemeinsamen dynamisch ermittelten Reifenfülldrucksollwert zu erhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftreifenverdichtermaschine, die Elemente der vorliegenden Offenbarung aufweist;
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2 ist ein Blockdiagramm, das einen Algorithmus für einen bevorzugten Betrieb des in der Verdichtermaschine der 1 vorgesehenen Bodenkontaktdrucksystems darstellt; und
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3 ist eine schematische Darstellung verschiedener Teilsysteme und -einheiten, die in der physikalischen Verdichtermaschine der 1 enthalten sein können.
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Detaillierte Beschreibung
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Zunächst bezugnehmend auf 1 kann eine Luftreifenverdichtermaschine 10 zum Verdichten und/oder Erhöhen einer Dichte einer Verdichtungsoberfläche 12, beispielsweise Abfall, Schotter und/oder Bitumengemische, verwendet werden. Die Maschine 10 kann einen Satz von vorderen Verdichtungsrädern, die mit Druckluft gefüllte Reifen 14 enthalten (vorderer Reifensatz 14), und einen Satz von hinteren Verdichtungsrädern, die ebenfalls mit Druckluft gefüllte Reifen 16 enthalten (hinterer Reifensatz 16), aufweisen, wobei sowohl der vordere als auch der hintere Reifensatz 14, 16 drehbar an einem Hauptrahmen 18 der Maschine 10 angebracht sind.
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Für Fachleute ist offensichtlich, dass die tatsächliche Leistung einer Luftreifenverdichtermaschine in Abhängigkeit von dem Reifenfülldruck und der Weichheit oder der Härte der verdichteten Oberfläche variieren wird. Somit werden beispielsweise niedrige Reifenfülldrücke im allgemeinen eine Traktion und eine Verschleißfestigkeit einer Verdichtermaschine auf weichem Untergrund verbessern, während höhere Reifenfülldrücke bessere Ergebnisse auf festeren Oberflächen liefern werden. In dem Maß, in dem die Verdichtungsoberfläche während früher Stufen des Verdichtungsprozesses weicher und mit einer niedrigeren Dichte versehen sein wird, wird die Oberfläche im allgemeinen dichter und somit fester, nachdem die Verdichtermaschine die Oberfläche mehrmals passiert hat. Daher kann es vorteilhaft sein, den Reifenfülldruck als eine Funktion einer Echtzeit-Dichte der Verdichtungsoberfläche zu variieren.
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Der Hauptrahmen 18 kann ferner Ballast oder einen Ballasttank (nicht gezeigt) zur Bereitstellung eines zusätzlichen Gewichts für die Maschine 10 gemäß Oberflächenverdichtungsanforderungen und/oder zum Erfüllen derselben tragen. Solch ein Ballasttank kann mit Sand oder Wasser oder anderen Substanzen mit flüssigen Frostschutzlösungen bei einem kalten Winterbetrieb gefüllt sein. Die mehreren Reifen des vorderen und des hinteren Reifensatzes 14, 16 können hinsichtlich des Aufbaus und des Betriebs äquivalent sein, oder in einigen Fällen können die Größe und die Struktur der Vorderreifen und der Hinterreifen voneinander abweichen. Im Allgemeinen werden alle Aspekte der beschriebenen Funktionsweise und der beschriebenen Wirkungen gleichermaßen vorhanden sein, unabhängig davon, ob sich der vordere Reifensatz von dem hinteren Reifensatz unterscheidet.
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Bezugnehmend auf 1 und 2 kann die Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform eine elektronische Bodenkontaktdrucksteuerung 50 enthalten, die als ein bordeigenes Reifenfüllungssteuersystem arbeitet. Die Steuerung 50 ist zum Messen eines tatsächlichen Reifenfülldrucks und zum automatischen Erhalten und Beibehalten eines beliebigen vorgegebenen Sollreifenaufblasdrucks angepasst. Um dies zu erreichen, enthält die Maschine 10 einen Luftkompressor und mindestens ein Entlüftungsventil (im Folgenden beschrieben) zum Steuern eines Reifendrucks sowohl des vorderen als auch des hinteren Reifensatzes 14, 16. Zusätzlich dazu können alle Reifen pneumatisch miteinander verbunden sein, so dass alle Drücke in jedem Reifen äquivalent sein können oder gemäß einem bestimmten gewünschten Betrieb variieren können.
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Bei der in 2 offenbarten Ausführungsform kann die Steuerung 50 mit relevanten Parametern der Maschine 10 programmiert sein, einschließlich beispielsweise eine Verdichtungsoberfläche 12, ein Gesamtmaschinengewicht 62, eine Anzahl von Reifen 64, eine Umgebungstemperatur 66 und eine Reifen-Boden-Kontaktfläche 70. Unter Verwendung dieser Parameter kann die Steuerung 50 zum automatischen Berechnen eines geeigneten Bodenkontaktdrucks, Anzeigen desselben für den Bediener während einer Aufzeichnung für eine spätere Verwendung und Einstellen des Kontaktdrucks in Echtzeit zum Erzielen einer maximalen Verdichtungseffizienz programmiert sein.
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Beispielsweise und bezugnehmend auf 2 kann die Steuerung 50 wie gezeigt zum Ermitteln eines Sollreifendrucks, was durch 60 angegeben ist, unter Verwendung der identifizierten Parameter, einschließlich der Verdichtungsoberfläche 12, des Gesamtmaschinengewichts 62, der Anzahl von Reifen 64, der Umgebungstemperatur 66 und der Reifen-Boden-Kontaktfläche 70, programmiert sein. Nach einer solchen Ermittlung kann die Steuerung 50 dann, was durch 72 angegeben ist, einen Sollreifendruck ermitteln, indem die Eingabe eines beliebigen aktuellen Reifendrucks 68 mit einem beliebigen ermittelten Sollreifendruck 60 verglichen wird. Danach kann die Steuerung den ermittelten Sollreifendruck zum Liefern eines Signals zum Füllen oder Entleeren der Reifen zum Erhalten des Sollreifendrucks verwenden, was durch 80 angegeben ist.
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Die Steuerung 50 kann ferner mit zusätzlichen Verbesserungen programmiert sein. Insbesondere kann eine Maschinenführerhausdatenanzeigeeinheit (im Folgenden beschrieben) eine Echtzeitausgabe eines tatsächlichen Bodenkontaktdrucks anstelle eines tatsächlichen Reifendrucks liefern, was einen direkten gesteuerten Parameter darstellt. Die Steuerung 50 kann eine Möglichkeit zum Empfangen einer Bodenkontaktfläche für lediglich einen Reifen unterstützen, dann jedoch dieselbe basierend auf einer tatsächlichen Anzahl von Reifen in eine Gesamtbodenkontaktfläche umwandeln.
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Zusätzlich dazu kann die Steuerung 50 die Möglichkeit zum Ermitteln und Anzeigen eines aktuellen Gewichts der Maschine 10 unter Verwendung einer elektronischen Erfassung einer Auslenkung der Aufhängung der Maschine unterstützen. Wie vorher bemerkt, kann die Verwendung von Ballast, einschließlich Sand, Wasser, etc., zum effektiven Ändern des Gesamtmaschinengewichts gemäß vorbestimmten Verdichtungsanforderungen eingesetzt werden.
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Die Steuerung 50 kann Teil eines Gesamtsystems sein, in dem die mehreren Reifen gemeinsam gemäß einem vereinheitlichten Druckteilsystem gesteuert werden können, gemäß dem die Verdichterreifen gemeinsam inkrementell gefüllt und/oder entleert werden können, um einen gemeinsamen dynamisch ermittelten Reifenfülldrucksollwert zu erhalten. Die Steuerung 50 kann ferner zum Aufzeichnen eines Bodenkontaktdrucks für eine spätere Verwendung ausgebildet sein. Zusätzlich dazu kann die Steuerung 50 wie im Folgenden beschrieben eine Möglichkeit für einen Override durch einen Bediener aufweisen.
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Bezugnehmend auf 3 kann ein Verdichtermaschinensystem 100 die Steuerung 50, eine Eingabevorrichtung 102, ein vereinheitlichtes Druckteilsystem 104 und Kompressor- und Entlüftungseinheiten 106 zum Einstellen des Reifendrucks in dem vorderen und dem hinteren Reifensatz 14, 16 beinhalten. Das System 100 kann ferner eine optionale Gewichtsbestimmungseinheit 62', einen optionalen Temperatursensor 66' und einen optionalen Reifendrucksensor 68' enthalten und eine dynamische Führerhausdatenanzeigeeinheit 110 zum Anzeigen aller relevanten Systemparameter für den Bediener aufweisen.
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Die Eingabevorrichtung 102 kann zum Empfangen von verschiedenen Eingangssignalen in Bezug auf verschiedene Angaben angepasst sein, einschließlich Solldruck-Override-Parameter, der Anzahl von Reifen, der Verdichtungsoberfläche und/oder Maschinenstatistiken wie das Maschinengewicht und/oder das Ballastgewicht. Ferner kann die optionale Gewichtsbestimmungseinheit 62' dynamisch das Gewicht der Verdichtermaschine bestimmen, zusätzlich zu irgendwelchen Zusatzlasten wie Ballast oder den Bediener.
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Bei der offenbarten Ausführungsform können die Steuerung 50 und das System 100 gemeinsam arbeiten, wenngleich die beschriebene Steuerung und das beschriebene System unabhängig voneinander oder gemäß einer modifizierten Kombination arbeiten können.
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Das vereinheitlichte Druckteilsystem 104 des Verdichtermaschinensystems 100 kann einen Druckluftleitungsaufbau aufweisen, der zum Sicherstellen, das alle einzelnen Reifendrücke im Wesentlichen äquivalent bleiben, ausgebildet ist. Das Untersystem 104 kann somit einen physikalischen Mechanismus bereitstellen, mittels dem jeder einzelne Reifen in einer offenen und direkten Verbindung mit den Kompressor- und Entlüftungseinheiten 106 steht.
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Schließlich kann eine Benutzerschnittstellenvorrichtung 108 zum Ermöglichen, dass ein Benutzer der Maschine 10 Ausgaben der Steuerung 50 außer Kraft setzen kann, wenn und/oder soweit dies angebracht erscheint, angepasst sein. Aus 3 ist ersichtlich, dass das vereinheitlichte Druckteilsystem 104, das durch die Kompressor- und Entlüftungseinheiten 106 mit dem vorderen und dem hinteren Reifensatz 14, 16 verbunden ist, effektiv durch die Steuerung 50 gesteuert werden kann, um bei Bedarf kontinuierlich variierende Reifendruckeinstellungen vorzunehmen.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Allgemein ist die folgende Offenbarung zum besonderen Nutzen für Luftreifenverdichtermaschinen. Sie kann ebenfalls bei anderen industriellen Maschinen verwendet werden, einschließlich bestimmter Lader und verschiedener Arbeitsmaschinen, die im Baugewerbe, in der Landwirtschaft und in der Industrie verwendet werden, jedoch nicht darauf begrenzt.
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Bei einem Betrieb kann die Luftreifenverdichtermaschine 10 zum Verdichten einer verdichtbaren Oberfläche, beispielsweise eines Asphaltunterbaus, einer Müllkippe oder einer Schotterunterlage für eine Landebahn, verwendet werden. Die zugeordnete elektronische Bodendruckkontaktsteuerung 50 kann zum automatischen Beibehalten eines gewünschten oder Sollbodenkontaktdrucks durch selektives Beaufschlagen des vorderen und des hinteren Reifensatzes 14, 16 der Maschine 10 mit Druck und Ablassen desselben verwendet werden. Die Steuerung 50 kann zum Beibehalten eines solchen Sollbodenkontaktdrucks durch Verwenden von mindestens den Eingaben des Gesamtmaschinengewichts, der Anzahl von Reifen, des aktuellen Reifendrucks, der aktuellen Reifenkontaktfläche und der Umgebungstemperatur angepasst sein. Bei der offenbarten Ausführungsform kann der Bediener auf vorteilhafte Weise einen Sollbodenkontaktdruck direkt von dem Führerhaus aus steuern, und in einigen Fällen kann er dazu in der Lage sein, über die Benutzerschnittstellenvorrichtung 108 bewusst die Ausgaben der Steuerung außer Kraft zu setzten, wenn dies dem Bediener der Maschine angebracht erscheint. Beispielsweise kann die Steuerung 50, wenn Verdichtungsoberflächenbedingungen im Wesentlichen außerhalb eines normalen oder vorhergesagten Bereichs liegen, eine Möglichkeit zur Anpassung ihres Basisalgorithmus in Echtzeit vorsehen.
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Schließlich können zusätzliche Merkmale wie eine Aufzeichnung des Bodenkontaktdrucks in Echtzeit und eine Bestimmung eines Gesamtmaschinengewichts anhand einer Auslenkung einer Aufhängung den Bediener bei seinen Override-Entscheidungen unterstützen.